CN111292949B - 压粉磁心的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及压粉磁心的制造方法。该制造方法具备混合工序、成形工序、除去工序和退火工序。在混合工序中，将磁性金属粉末、润滑剂和玻璃粉末混合来制作混合粉末。在成形工序中，将混合粉末加压来制作成形体。在除去工序中，从成形体中除去润滑剂。在退火工序中，对除去了润滑剂的成形体进行退火。以往的制造方法中，在退火工序中除去成形体中的润滑剂。但在退火工序中润滑剂挥发/燃烧时，氧被从熔融的玻璃粉末中夺去，玻璃的强度与原来的强度相比降低。但在本说明书公开的制造方法中，在退火工序之前从成形体中除去润滑剂。通过在退火之前除去润滑剂，消除了玻璃的缺氧状态，得到玻璃的原来的强度。其结果，压粉磁心的强度与以往相比得到改善。

Description

压粉磁心的制造方法
技术领域
本说明书公开的技术涉及压粉磁心的制造方法。
背景技术
有时在电动机的转子/定子、变压器的磁心、电抗器的磁心等中使用压粉磁心。压粉磁心是将磁性金属粉末加压使其变硬而得的成形体。
在专利文献1中公开了压粉磁心的制造方法的一例。该制造方法如下。制作混合有磁性金属粉末、润滑剂与玻璃粉末的混合粉末。将所得到的混合粉末加压而制作成形体。将得到的成形体进行退火。通过添加玻璃粉末，压粉磁心的强度提高。通过添加润滑剂，玻璃粉末均匀地分布于混合粉末中的磁性金属粒子的表面。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-45926号公报
发明内容
发明所要解决的问题
若增加所添加的玻璃粉末的量，则压粉磁心的强度提高。但是，在增加所添加的玻璃粉末的量时，压粉磁心的饱和磁通密度降低。本说明书提供不是通过增加玻璃粉末的量而是利用其它方法提高使用玻璃粉末制造的压粉磁心的强度的技术。
用于解决问题的手段
本说明书公开的制造方法具备混合工序、成形工序、除去工序和退火工序。在混合工序中，将磁性金属粉末、润滑剂和玻璃粉末混合来制作混合粉末。在成形工序中，将混合粉末加压来制作成形体。在除去工序中，从成形体中除去润滑剂。在退火工序中，将除去了润滑剂的成形体进行退火。
在退火工序中，可以将成形体加热至高于玻璃粉末的熔点(软化点)的温度。在以往的制造方法中，利用退火工序中的加热来除去成形体中所含的润滑剂。但是，在退火工序中润滑剂挥发/燃烧时，氧被从熔融的玻璃粉末中夺去。已知在缺氧的状态下玻璃粉末再次凝固时，所述玻璃粉末的强度与玻璃的原来的强度相比降低。因此，在本说明书公开的制造方法中，在退火工序之前从成形体中除去润滑剂。通过在除去润滑剂之后进行退火，消除了玻璃的缺氧状态，得到玻璃的原来的强度。其结果，压粉磁心的强度与以往相比得到改善。需要说明的是，期望在除去工序中从成形体中完全除去润滑剂，但是也可以不完全除去。即使仅从成形体中少量地除去润滑剂，也能够期待压粉磁心的强度的改善。
在除去工序中，为了通过汽化(気化)或燃烧除去润滑剂，可以将成形体加热至高于润滑剂的汽化温度的温度。通过在除去工序中将成形体加热至这样的温度，能够在不使玻璃粉末熔融的情况下除去润滑剂。
在除去工序中，可以将成形体加热至高于润滑剂的汽化温度且为摄氏500度以下的温度。需要说明的是，在除去工序中，通过将成形体在大气中加热来促进润滑剂的除去。另外，在将成形体加热至高于摄氏500度时，虽然除去了润滑剂，但是制成的压粉磁心的铁损增大。
在退火工序中，可以将成形体加热至高于玻璃粉末的熔点的温度。通过使玻璃熔融、再次凝固，压粉磁心的强度提高。在使用低熔点玻璃的情况下，在退火工序中，可以将成形体加热至高于摄氏600度的温度。另外，在退火工序中，可以将成形体在氮气中加热。
本说明书公开的技术的详细内容和进一步的改良将在以下的“具体实施方式”中进行说明。
附图说明
图1为实施例的制造方法的流程图。
图2为表示试验件的制造条件的表。
图3为表示试验件的强度提高率的图。
图4为表示试验件的铁损增加率的图。
具体实施方式
图1中示出实施例的制造方法的流程图。根据图1的流程图对实施例的制造方法进行说明。
(步骤S2：磁性金属粉末制作工序)首先，制作磁性金属(软磁性金属)的粉末。雾化法适合于磁性金属的粉末的制作。雾化法是将空气等喷吹到金属(或合金)的熔体的细流上，使熔体飞散、骤冷凝固而得到粉末的方法。喷吹的物质可以是气体也可以是液体。作为软磁性金属，Fe-Si-Al类合金是合适的。具体而言，优选在0.5[重量％]～5.0[重量％]之间含有铝(Al)、在0.5[重量％]～9.0[重量％]之间含有硅(Si)、其余为铁(Fe)的合金。但是，磁性金属粉末并不限于上面列举的物质。
(步骤S3：加热工序)将在步骤S2中制造的磁性金属粉末进行加热，在粉末的粒子的表面上形成氧化铝的绝缘覆膜。在该工序中，将磁性金属粉末保持在0.5小时～5小时之间、摄氏650度～摄氏1000度之间的温度。
(步骤S4：粉碎工序)在加热工序中粉末凝聚的情况下，将凝聚的粉末粉碎，将粉末的粒子均匀化。
(步骤S5：混合工序)在由步骤S2～步骤S4得到的磁性金属粉末中混合润滑剂和玻璃粉末来制作混合粉末。玻璃粉末是为了提高所制作的磁心的强度而添加的。添加润滑剂以使得磁性金属粉末与玻璃粉末充分混合。为了使玻璃粉末的粒子均匀地分布于金属粉末的粒子的表面上而添加润滑剂。在之后的成形工序中对混合粉末施加压力时，润滑剂还有助于金属粒子彼此变得密集。另外，润滑剂还使成形体容易从模具中取出。
作为玻璃粉末，使用低熔点玻璃。低熔点玻璃的熔点(软化点)优选为摄氏600度以下。另外，作为低熔点玻璃，使用具有比后述润滑剂的汽化温度高的熔点的玻璃。更优选低熔点玻璃可以具有摄氏500度～摄氏600度之间的熔点。作为一例，可以使用硼硅酸类、硼硅酸钡类、硼酸钡类、铝磷酸盐类、磷酸盐类、铋硅酸盐类的玻璃粉末。玻璃粉末的粒子的平均粒径优选为约1[μm]～约10[μm]。但是，玻璃粉末并不限于上面列举的物质。
作为润滑剂，使用例如选自脂肪酸酰胺、高级醇等中的一种或两种以上的物质。作为润滑剂，使用具有比混合的玻璃粉末的熔点低的汽化温度的物质。例如，芥酸酰胺的汽化温度为摄氏473.86度，硬脂酸酰胺的汽化温度为摄氏250度。油酸单酰胺的汽化温度为摄氏200度。这些汽化温度低于之前说明的低熔点玻璃的熔点。例如，硼硅酸类的玻璃的熔点为摄氏500度。
在混合工序中，将上述材料(磁性金属粉末、玻璃粉末和润滑剂)混合。以下将所混合的粉末称为混合粉末。所添加的润滑剂相对于混合粉末整体的重量的比例优选为0.1[重量％]～0.6[重量％]之间。磁性金属粉末、玻璃粉末与润滑剂的混合在比润滑剂的汽化温度低的温度下进行。通过添加润滑剂，得到玻璃粒子均匀地分布于磁性金属粉末的各粒子的表面上的粉末。
(步骤S6：成形工序)在成形工序中，将在混合工序中制作的混合粉末加压而得到成形体。将混合粉末填充到模具中。对填充在模具中的混合粉末施加压力使其变硬。施加于混合粉末的压力优选为100[MPa]～2000[MPa]之间。在预定时间内对混合粉末施加压力时，混合粉末变硬。以下将变硬的混合粉末称为成形体。需要说明的是，也可以在将填充到模具中的混合粉末加热的同时施加压力。在此情况下，将混合粉末保持于高于润滑剂的熔点且低于润滑剂的汽化温度的温度下。通过润滑剂发生熔融，磁性金属粒子群之间的润滑变得良好。另外，由于润滑剂也扩散至模具与成形体之间，因此容易从模具中取出成形体。
(步骤S7：脱脂工序)在步骤S8的退火工序之前，从成形体中除去润滑剂。润滑剂为油类，因此在此将除去润滑剂的工序记作脱脂工序。
在脱脂工序(润滑剂除去工序)中，将成形体加热至高于润滑剂的汽化温度且低于玻璃粉末的熔点的温度。在混合粉末中所含的玻璃粉末具有高于摄氏500度的熔点的情况下，将成形体加热至摄氏500度以下且高于润滑剂的汽化温度的温度。将成形体在大气中加热。由此，成形体中的润滑剂汽化(或燃烧)，润滑剂从成形体中被除去。由于只加热至比玻璃粉末的熔点低的温度，因此脱脂工序不对玻璃粉末造成影响。
(步骤S8：退火工序)在退火工序中，将成形体加热至高于玻璃粉末的熔点的温度。将成形体在氮气中加热。在玻璃粉末具有摄氏600度以下的熔点的情况下，在退火工序中，将成形体加热至高于摄氏600度的温度。将成形体在氮气中例如于摄氏600度～摄氏900度之间的温度下保持15分钟～60分钟之间。
通过退火，在成形工序中加压时在金属粒子中产生的应变被除去。另外，通过退火，玻璃粉末熔融。通过在成形体中熔融的玻璃粉末再次凝固，成形体(压粉磁心)的强度提高。退火后的成形体相当于压粉磁心。即，在退火结束时，制成了压粉磁心。
在以往的制造方法中，在退火之前未实施脱脂工序(润滑剂除去工序)。在此情况下，在退火工序中成形体被加热时，玻璃粉末熔融，并且润滑剂汽化或燃烧。在润滑剂燃烧时，氧被从熔融的玻璃粉末中夺去。在氧被夺去的玻璃粉末再次凝固时，与氧未被夺去的情况相比，强度降低。在本说明书公开的制造方法中，在退火之前从成形体中除去润滑剂。因此，在退火工序中氧不会从玻璃中被夺去。其结果，得到强度比以往高的压粉磁心。需要说明的是，优选在脱脂工序中完全除去润滑剂。但是，即使仅在脱脂工序中少量地除去润滑剂，也能够期待压粉磁心的强度的改善。
进行确认脱脂工序(润滑剂除去工序)的效果的试验。作为磁性金属粉末的材料，使用Fe-Si-Al类合金。根据图1所示的工序，制作环状的压粉磁心的多个试验件。在多种条件下制作试验件。图2中示出脱脂工序的条件和在各条件下制作的试验件的强度评价结果。“以往”表示未实施脱脂工序(润滑剂除去工序)的试验件。作为润滑剂，使用硬脂酸酰胺(汽化温度为摄氏250度)。另外，作为玻璃粉末，使用硼硅酸类的玻璃(熔点为摄氏500度)的粉末。
图2中的“温度差”表示润滑剂的汽化温度与脱脂工序中的成形体的温度之差。比较例1的“温度差：-100度”表示仅将成形体加热至比润滑剂的汽化温度低100度的温度。比较例2的“温度差：0度”表示将成形体加热至与润滑剂的汽化温度相同的温度。除“以往”以外的所有的试验件均在大气中脱脂。即，除“以往”以外的所有的试验件在脱脂工序中均在大气中加热。所有的试验件均在氮气中退火。
通过对试验件进行径向抗压强度试验(圧環強度試験)来评价强度。径向抗压强度试验使用根据JIS Z-2507的方法进行。在“以往”的试验件的径向抗压强度设定为1.0时，将其它试验件的强度的提高率以百分率表示。
将图2的强度的提高率示于图中得到图3。圆形标记表示比较例的结果，四角形标记表示实施例的结果。若温度差大于零，即，若将试验件加热至比润滑剂的汽化温度高的温度，则能够确认试验件(压粉磁心)的强度比未进行脱脂工序的试验件提高。
制作另外的试验件，调查铁损的增加率。作为磁性金属粉末，使用Fe-Si-Al合金。在脱脂处理中，将成形体(试验件)加热至各种温度，并进行退火。测定退火后的成形体(试验件)的铁损。图4表示在将不实施脱脂工序的情况下试验件的铁损设定为1.0时各试验件的铁损增加率。铁损越小越好。图4的三角形标记表示比较例，四角形标记表示实施例。由图4可知，在脱脂处理中的温度为摄氏500度以下时，铁损的增加率小。这是因为，在大气中将试验件加热至500度以上时，试验件中的铁(Fe)发生氧化，铁损增加。即，优选在脱脂工序(润滑剂除去工序)中，将成形体加热至高于润滑剂的汽化温度且为摄氏500度以下的温度。
本说明书公开的技术能够应用于各种装置中使用的压粉磁心。磁性金属粉末的材料、玻璃粉末的材料、润滑剂的材料不限于实施例中例示的物质。实施例中使用的润滑剂为油类，因此将润滑剂除去工序称为“脱脂工序”。润滑剂不限于油类。在使用非油类的润滑剂的情况下，不称为“脱脂工序”，可以称为“润滑剂除去工序”。
在实施例的脱脂工序(润滑剂除去工序)中，将成形体加热至高于润滑剂的汽化温度且低于玻璃粉末的熔点的温度。在润滑剂除去工序中，可以将成形体加热至玻璃粉末的熔点以上的温度。例如，在玻璃粉末具有摄氏500度以上的熔点(或高于500度的熔点)的情况下，在除去工序中，可以将成形体加热至高于润滑剂的汽化温度且低于摄氏500度的(或摄氏500度以下)的温度。但是，只要润滑剂的汽化温度低于玻璃粉末的熔点即可，在除去工序中也可以将成形体加热至摄氏500度以上。即使在润滑剂除去工序中将成形体加热至摄氏500度以上的情况下，退火后的成形体的强度也提高。
低熔点玻璃有时具有摄氏600度以下的熔点。在使用这样的低熔点玻璃的情况下，在退火工序中可以将成形体加热至高于摄氏600度的温度。
以上，详细地说明了本发明的具体例，但这些只不过是例示，并不限定权利要求书。在权利要求书所记载的技术中，包括对以上例示的具体例进行各种变形、变更而得到的技术。本说明书或附图中说明的技术要素单独或通过各种组合来发挥技术效用，并不限定于申请时权利要求所记载的组合。另外，本说明书或附图所例示的技术能够同时实现多个目的，实现其中的一个目的本身就具有技术效用。

Claims (6)

1.一种压粉磁心的制造方法，具备：
混合工序，其中制作混合有磁性金属粉末、润滑剂和玻璃粉末的混合粉末；
成形工序，其中将所述混合粉末加压来制作成形体；
除去工序，其中从所述成形体除去所述润滑剂；和
退火工序，其中将除去了所述润滑剂的所述成形体加热至高于所述玻璃粉末的熔点的温度来进行退火，其中
所述除去工序中加热至比所述玻璃粉末的熔点低的温度。
2.如权利要求1所述的制造方法，其中，
在所述除去工序中，将所述成形体加热至高于所述润滑剂的汽化温度的温度。
3.如权利要求2所述的制造方法，其中，
在所述除去工序中，将所述成形体加热至摄氏500度以下的温度。
4.如权利要求2或3所述的制造方法，其中，
在所述除去工序中，将所述成形体在大气中加热。
5.如权利要求1所述的制造方法，其中，
在所述退火工序中，将所述成形体加热至高于摄氏600度的温度。
6.如权利要求1或5所述的制造方法，其中，
在所述退火工序中，将所述成形体在氮气中加热。
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