JP2002003905A - 焼結された軟磁性材料及びその製造方法 - Google Patents
焼結された軟磁性材料及びその製造方法Info
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Abstract
に、金属粉末射出成形又は通常の粉末冶金法を用いて、
改善された軟磁性特性、比較的高い焼結密度及び同時に
低い焼結温度を有する焼結した軟磁性材料を製造するこ
と 【解決手段】 主成分として第1の軟磁性粉末状出発成
分及び副成分として少なくとも1つの第2の粉末状出発
成分を含有し、第1の出発成分が軟磁性金属又は軟磁性
合金であり、第2の出発成分が液相形成材である出発混
合物を有し、前記出発混合物から焼結後に軟磁性材料が
形成される、特に電磁弁に使用するための、焼結された
軟磁性材料
Description
記載された種類の焼結された軟磁性材料、特に電磁弁に
使用するための焼結された軟磁性材料及びその製造方法
に関する。
ィーゼルエンジン及びガソリンエンジンの電磁弁制御さ
れた噴射システムにおいて使用される。この場合、使用
量及び排出値の減少並びにコストの削減に関する高まる
要求が金属粉末射出成形(MIM)又は常用の粉末冶金
法(PM)によるこの種の軟磁性成分の製造についての
関心を高めている。それというのもこれらの方法は、同
時に最終形状に近い形状で著しく多様な成形性を可能に
するためである。同時にこれらの方法の使用により、機
械的に加工が困難な軟磁性材料の連結した成形が可能で
ある。
して今まで公知の軟磁性MIM部材又はPM部材の本質
的な欠点はそのわずかな密度であり、この密度は公知の
MIM部材において8体積%までもしくは公知のPM部
材において20体積%までの焼結による気孔率に起因す
る。従って、この種の部材の体積に関する軟磁性特性の
達成可能な値、つまり特に達成可能な飽和分極も圧縮材
料からの部材の値より低い。
場合に今まで容認できる焼結密度を生じさせるために必
要な高い温度が欠点であり、この温度は例えばFe−C
o材料の場合1400℃までである。焼結の際にこのよ
うに高い温度は特に高すぎるプロセスコストにつなが
る。
れた部品の電気的特性に悪影響を与えずに、金属粉末射
出成形又は通常の粉末冶金法を用いて、改善された軟磁
性特性、比較的高い焼結密度及び同時に低い焼結温度を
有する焼結した軟磁性材料の製造である。
り、主成分として第1の軟磁性粉末状出発成分及び副成
分として少なくとも1つの第2の粉末状出発成分を含有
し、第1の出発成分が軟磁性金属又は軟磁性合金であ
り、第2の出発成分が液相形成材である出発混合物を有
し、前記出発混合物から焼結後に軟磁性材料が形成され
る、特に電磁弁に使用するための焼結された軟磁性材料
により解決される。
その製造方法は先行技術と比較して、比較的高い焼結密
度及び同時に高い飽和分極を有する軟磁性材料が達成さ
れるという利点を有する。このように達成された焼結密
度は一般に最大に達成可能な密度の92%を上回り、こ
れは、2.1テスラの典型的な飽和分極で8体積%より
少ない焼結による開放気孔率に相当する。
分として使用した第1の軟磁性出発成分の磁気特性がこ
の出発成分中で焼結の際に溶解しないか又はわずかに溶
解する第2の出発成分によって損なわれないという利点
を有する。
化する成分がない出発混合物の場合よりも低い焼結温度
で行うことができるという利点を有する。焼結の際に一
般に1200℃〜1350℃、特に1250℃〜130
0℃の最終温度で十分である。さらに、本発明による軟
磁性材料は第2の出発成分の添加により保磁力及び比電
気抵抗に悪影響を被らないか又はわずかに悪影響を被る
だけであることが有利である。従って、焼結の際に液化
する添加物なしで製造された公知の軟磁性材料のこれら
の特性は維持される。
として、例えば電磁弁用に使用される軟磁性MIM部材
又はPM部材の製造のために並びに体積単位当たり高い
磁気性能を必要とする多方面の用途のために特に適して
いる。
の引用形式請求項に記載された施策により達成される。
ウ素又はリンと鉄、コバルト、ニッケル、クロム及びケ
イ素のグループから選択される1以上の元素との合金を
使用するのが特に有利である。この液相形成材は鉄又は
鉄合金と一緒に軟磁性主要相としてもしくは軟磁性主成
分として特に有利な焼結特性を有する。さらにこれは一
般に1000℃を上回る、特に1150℃を上回る温度
で液化し、特に焼結の際に第1の軟磁性出発成分中に液
状の状態で溶解しないかわずかな程度で溶解するだけで
ある。
工は有利に一方で金属粉末射出成形により又は他方で粉
末冶金により慣用の技術により行うことができる。
鉄合金粉末を設定した。鉄合金粉末は鉄と、コバルト、
クロム、ケイ素又はニッケルから選択される少なくとも
1種の元素並びに場合により他の合金元素との合金が有
利である。この場合、鉄合金に対して、合金のコバルト
は0〜55質量%の割合で、クロムは0〜20質量%の
割合で、ケイ素は0〜10質量%の割合で及びニッケル
は0〜70質量%の割合で添加される。
る出発成分は例えば液相形成材、例えばホウ素又はリン
を含有する。
ウ素又はリンと鉄、コバルト、ニッケル、クロム又はケ
イ素のグループから選択される1以上の元素との合金も
使用することができる。本質的な体積割合がホウ化物又
はリン化物を含有する合金が特に有利であると判明して
いる。
物Fe2B、FeB、Co3B、Co2B、CoB、N
i3B、Ni2B、Ni4B3、NiB、Cr2B、C
r5B3、CrB、Cr3B4、CrB2、CrB4、
SiB3、SiB6又は一般にSiBn、Fe3P、F
e2P、FeP、FeP2、FeP4、Co2P、Co
P、Ni3P、Ni5P2、Ni12P5、Ni2P、
Ni5P4、NiP、NiP2、NiP3、Cr3P、
Cr2P、Cr12P7、CrP、CrP2、Cr
P4、SiP又はこれらの混合物である。この合金の他
に、さらに少なくとも前記リン化物もしくはホウ化物の
本質的な体積割合を含有するような合金も使用すること
ができる。
した液相形成材の主な特徴は、この成分が出発混合物の
焼結の際に一時的に少なくとも十分に液化することであ
る。このように、第2の出発成分は粉末粒子として使用
された第1の出発成分を焼結の後に少なくとも十分に、
特に粒界相として取り囲むことが保障される。さらに、
第2の出発成分は特に液体の状態で第1の出発成分中に
溶解性でないか又はわずかに溶解するだけであり、その
結果、できるだけわずかな混合を生じさせ、ひいては第
1の出発成分の磁性特性をできるだけ損なわないように
することが重要である。
ぞれ粉末の形で使用するのが有利であり、その際第1の
出発成分の粒度D50は1μm〜300μm、特に3μ
m〜100μmであり、第2の出発成分の粒度D50は
0.1μm〜100μm、特に0.5μm〜10μmで
あるのが有利である。この場合、第2の出発成分の割合
は0.02質量%〜20質量%であり、第1の出発成分
の割合は99.98質量%〜80質量%である。
に、焼結温度を下回る温度処理で少なくともほぼ完全に
揮発もしくは分解する自体公知の有機結合剤を添加する
場合が有利である。この有機結合剤は例えばマイクロワ
ックス又はポリマー、例えばポリオレフィンであり、出
発混合物中で6〜10質量%の割合で使用される。
粉末技術的に微粉末の形で導入されるのが有利であり、
これは例えば粉砕又は溶融冶金学的に製造された合金か
らアトマイゼーションにより製造される。この粉末は次
いで第1の軟磁性出発成分の粉末と混合及び/又は粉砕
され並びに場合により前記した出発混合物に添加される
有機結合剤と混合され、その結果、出発混合物が射出成
形可能なコンパウンドの形で存在する。
た後に、この出発混合物の成形は金属粉末射出成形(M
IM)によって又は粉末冶金による成形方法によって行
われる。金属粉末射出成形を使用する場合、粉末状の第
1の軟磁性出発成分は有利に粒度D50=1〜50μ
m、有利に3〜20μmを有する。さらに、この場合、
液相を形成する粉末状の第2の出発成分の粒度はD50
=0.1〜10μmである。第2の出発成分の粒度が第
1の出発成分の粒度よりも明らかに小さいのが特に有利
である。
う場合、10〜300μm、有利に20〜100μmの
粒度D50を有する第1の軟磁性出発成分を出発混合物
に添加される。第2の出発成分はこの場合1〜100μ
mの粒度D50を有し、その際、ここでも第2の出発成
分の粒度は第1の出発成分の粒度よりも明らかに小さい
のが有利であることが通用する。
物を成形した後に、引き続き成形された出発混合物の焼
結させて所望の軟磁性材料にし、この場合、焼結の際に
一般に1200℃、〜1350℃、特に1250℃〜1
300℃の最終温度に達する。同時に第2の出発成分は
焼結プロセスの経過と共に少なくとも十分に液化する。
1000℃を上回る、特に1150℃を上回る温度で液
化が行われるのが有利である。
は、ドイツ国特許出願DE19960095.3が参照
される。
Claims (16)
- 【請求項1】 主成分として第1の軟磁性粉末状出発成
分及び副成分として少なくとも1つの第2の粉末状出発
成分を含有し、第1の出発成分が軟磁性金属又は軟磁性
金属合金であり、第2の出発成分が液相形成材である出
発混合物を有し、前記出発混合物から焼結後に軟磁性材
料が形成されている、特に電磁弁に使用するための焼結
された軟磁性材料。 - 【請求項2】 第1の出発成分が、鉄、コバルト、クロ
ム、ケイ素及びニッケルのグループから選択される少な
くとも1つの元素又は前記の元素の合金を含有する、請
求項1記載の焼結された軟磁性材料。 - 【請求項3】 液相形成材がホウ素、リン、ホウ化物、
リン化物又はホウ素及び/又はリンと鉄、コバルト、ニ
ッケル、クロム及びケイ素のグループから選択される少
なくとも1つの元素との合金を含有する、請求項1又は
2記載の焼結された軟磁性材料。 - 【請求項4】 第1の粉末状出発成分の粒度がD50=
1μm〜300μmである、請求項1記載の焼結された
軟磁性材料。 - 【請求項5】 第2の粉末状出発成分の粒度がD50=
0.1μm〜100μmである、請求項1記載の焼結さ
れた軟磁性材料。 - 【請求項6】 第2の出発成分が0.02質量%〜20
質量%の割合で出発混合物に添加されており、かつ第1
の出発成分が99.98質量%〜80質量%の割合で出
発混合物に添加されている、請求項1から5までのいず
れか1項記載の焼結された軟磁性材料。 - 【請求項7】 主成分として第1の軟磁性出発成分及び
副成分として少なくとも1つの第2の出発成分を含有
し、第1及び第2の出発成分は焼結後に少なくとも十分
に材料中に残留し、第2の出発成分は出発混合物の焼結
の際に一時的に少なくとも十分に液化する材料である出
発混合物を有し、前記出発混合物から焼結後に軟磁性材
料が形成されている、特に電磁弁に使用するための焼結
された軟磁性材料。 - 【請求項8】 第1の出発成分及び/又は第2の出発成
分が粉末状である、請求項7記載の焼結された軟磁性材
料。 - 【請求項9】 第2の出発成分が焼結後に第1の出発成
分を少なくとも十分に、特に粒界相として取り囲む、請
求項7又は8記載の焼結された軟磁性材料。 - 【請求項10】 次の方法工程:a)主成分として第1
の、特に粉末状の出発成分及び副成分として第2の、特
に粉末状の出発成分を準備し、b)前記の出発成分を混
合して出発混合物にし、c)出発混合物を成形し及び
d)成形された出発混合物を焼結して軟磁性材料にす
る、軟磁性材料、特に請求項1から9までのいずれか1
項記載の軟磁性材料の製造方法において、第2の出発成
分が焼結の際に一時的に少なくとも十分に液化すること
を特徴とする軟磁性材料の製造方法。 - 【請求項11】 第2の出発成分の準備は微粉末への粉
砕及び/又は溶融冶金により製造した合金のアトマイゼ
ーションである、請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 出発成分の混合が微細粒への粉砕であ
る、請求項10記載の方法。 - 【請求項13】 出発混合物を混合の間及び/又は混合
の後に射出成形可能なコンパウンドに加工する、請求項
10記載の方法。 - 【請求項14】 成形を金属粉末射出成形又は粉末冶金
による成形法を用いて行う、請求項10記載の方法。 - 【請求項15】 焼結を1200℃〜1350℃の最終
温度で行う、請求項10から14までのいずれか1項記
載の方法。 - 【請求項16】 出発混合物に付加的に有機結合剤を添
加する、請求項10から14までのいずれか1項記載の
方法。
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