JP2003510805A - 軟磁性材料およびその製造方法 - Google Patents
軟磁性材料およびその製造方法Info
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-
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Abstract
(57)【要約】
特に磁性バルブでの使用のために適当な軟磁性材料およびその製造方法を提案する。そのためにまず粉末状の出発金属成分の個々の粉末粒子（１１）に表面的に少なくとも部分的に高い抵抗の表面層（１２）を設け、粉末粒子（１１）を原材料（１０）に圧縮する。粉末状の出発金属成分を軟磁性材料（１０）に圧縮するに際して、更に粉末粒子（１１）の表面層（１２）を互いに少なくとも部分的に一緒に溶接する。溶接は衝撃圧縮によって達成される。
Description
【０００１】
本発明は、独立形式請求項の種類により、特に磁性バルブにおける使用のため
の軟磁性材料ならびに、かかる軟磁性材料を製造するための方法に関する。
の軟磁性材料ならびに、かかる軟磁性材料を製造するための方法に関する。
【０００２】
従来の技術
現代のガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンは、燃料消費の低減および
有害物質放出の減少の要求を満たすために常により効率的な磁気噴射弁を必要と
する。これらの目的を満たすために、迅速な切換を可能にする磁性バルブが必要
である。
有害物質放出の減少の要求を満たすために常により効率的な磁気噴射弁を必要と
する。これらの目的を満たすために、迅速な切換を可能にする磁性バルブが必要
である。
【０００３】
その実現のために、高い比電気抵抗を有する軟磁性材料、例えば焼結されたＦ
ｅＳｉ合金、ＦｅＣｒ合金またはＦｅＣｏ合金または鉄粉および有機バインダか
らなる軟磁性の組合せ材料を使用することは既に知られている。
ｅＳｉ合金、ＦｅＣｒ合金またはＦｅＣｏ合金または鉄粉および有機バインダか
らなる軟磁性の組合せ材料を使用することは既に知られている。
【０００４】
しかしながら挙げられる組合せ材料は、これらが屡々機械的にあまり安定でな
く、かつ十分に耐熱性もしくは耐燃料性でないことが欠点である。
く、かつ十分に耐熱性もしくは耐燃料性でないことが欠点である。
【０００５】
粉末材料の焼結によって得られる鉄合金の場合には、更に合金技術的な措置に
よって単独で、これらを１μΩｍより大きい比電気抵抗で製造することができな
い。
よって単独で、これらを１μΩｍより大きい比電気抵抗で製造することができな
い。
【０００６】
鉄合金の比電気抵抗を高めるためにまず、純鉄粉末または鉄合金粉末を圧縮前
に電気的絶縁層で被覆し、次いで圧縮物を機械的に安定な成形部品に焼結させる
。
に電気的絶縁層で被覆し、次いで圧縮物を機械的に安定な成形部品に焼結させる
。
【０００７】
しかしながら、こうして得られた成形部品は不十分な機械的強度を示す。更に
、焼結の際に事前に作成される電気的絶縁層を得て、こうして所望の高い比電気
抵抗を調整することは屡々うまくいかない。最後に慣用の簡単なプレス法および
焼結法によって鉄粉末または鉄合金粉末の場合には最大７．３ｇ／ｃｍ３までの
制限された密度でのみが達成され、これは作成した成形部品の理論上の限界の９
２容量％未満の相対密度で結びついている。
、焼結の際に事前に作成される電気的絶縁層を得て、こうして所望の高い比電気
抵抗を調整することは屡々うまくいかない。最後に慣用の簡単なプレス法および
焼結法によって鉄粉末または鉄合金粉末の場合には最大７．３ｇ／ｃｍ３までの
制限された密度でのみが達成され、これは作成した成形部品の理論上の限界の９
２容量％未満の相対密度で結びついている。
【０００８】
ＤＥ４４０７５９３号Ｃ１から高い密度の粉末圧縮物の製造のための方法は公
知である。
知である。
【０００９】
そのために鋳型中での純鉄粉末の慣用の静的プレスに、該圧縮物を圧縮の間に
短時間の電流パルスを印加し、第２工程を重ね合わせる。該方法はＤＥ４４０７
５９３号Ｃ１において“衝撃圧縮”と称される。
短時間の電流パルスを印加し、第２工程を重ね合わせる。該方法はＤＥ４４０７
５９３号Ｃ１において“衝撃圧縮”と称される。
【００１０】
本発明の利点
本発明による軟磁性材料およびその本発明による製造方法は従来の技術に対し
て、際立って良好な軟磁性特性を有する高密度かつ機械的に安定な成形部品を実
現する可能性を与える。
て、際立って良好な軟磁性特性を有する高密度かつ機械的に安定な成形部品を実
現する可能性を与える。
【００１１】
製造された軟磁性材料は、特に高い飽和分極および溶融冶金的に製造された鉄
材料および鉄合金に比して非常に高い比電気抵抗を示す。高い比電気抵抗は、そ
れから生ずる低減された渦電流損失に関して明らかに改善された切換動力学を、
例えば磁性バルブにおいてもたらす。
材料および鉄合金に比して非常に高い比電気抵抗を示す。高い比電気抵抗は、そ
れから生ずる低減された渦電流損失に関して明らかに改善された切換動力学を、
例えば磁性バルブにおいてもたらす。
【００１２】
得られた軟磁性材料は更に非常に質量安定であるが、必要に応じて簡単な方法
で機械的に後加工するしてもよい。
で機械的に後加工するしてもよい。
【００１３】
更にこれらの材料は７．４ｇ／ｃｍ３より高い、特に７．６ｇ／ｃｍ３より高
い非常に高い材料密度を有する。
い非常に高い材料密度を有する。
【００１４】
粉末状の出発金属成分の個々の粉末粒子もしくは粒子がそれらの高い抵抗の表
面層を介して溶接されていることによって、得られた軟磁性材料は機械的に非常
に安定であり、耐熱性であり、かつ耐燃料性である。
面層を介して溶接されていることによって、得られた軟磁性材料は機械的に非常
に安定であり、耐熱性であり、かつ耐燃料性である。
【００１５】
本発明の有利な開発は従属形式請求項に挙げられる措置からもたらされる。
【００１６】
このように、粉末状の出発金属成分は商慣習的に廉価に得られ、かつ簡単な方
法で本発明の方法のために提供することができることは有利である。
法で本発明の方法のために提供することができることは有利である。
【００１７】
出発粉末として、有利には平均粒度が５０μｍより大きく、かつ有利には１０
０μｍ〜５００μｍであるような粒子が使用される。更に、出発金属成分の粉末
粒子の平均粒度が、高い抵抗の表面層の厚さより明らかに大きい場合が有利であ
る。それと同時に、できるだけ高い割合の粉末状の、例えばフェライト系または
強磁性の出発成分が高い抵抗の表面層と向かい合って軟磁性材料中に達成される
。
０μｍ〜５００μｍであるような粒子が使用される。更に、出発金属成分の粉末
粒子の平均粒度が、高い抵抗の表面層の厚さより明らかに大きい場合が有利であ
る。それと同時に、できるだけ高い割合の粉末状の、例えばフェライト系または
強磁性の出発成分が高い抵抗の表面層と向かい合って軟磁性材料中に達成される
。
【００１８】
更に、本発明による方法において、その他に粉末冶金学において慣用の焼結工
程もしくは焼結法を省略することができるのが有利である。むしろ絶縁層は個々
の粉末粒子の表面上に衝撃圧縮によって一緒に溶接され、かつ焼結においては回
避できないような崩壊がおこらない。
程もしくは焼結法を省略することができるのが有利である。むしろ絶縁層は個々
の粉末粒子の表面上に衝撃圧縮によって一緒に溶接され、かつ焼結においては回
避できないような崩壊がおこらない。
【００１９】
粉末状の出発金属成分として、特に表面上に高い抵抗の層、例えばＦｅ３Ｏ４
からなる酸化物層が設けられた純鉄粉末または鉄合金粉末が適当である。この高
い抵抗の表面層は所望の比電気抵抗の調整のために１μｍ〜１０μｍの有利な厚
みを有する。
い抵抗の表面層は所望の比電気抵抗の調整のために１μｍ〜１０μｍの有利な厚
みを有する。
【００２０】
出発粉末粒子の表面上に存在もしくは生成する高い抵抗の表面層は、被覆され
た粉末粒子の圧縮後に軟磁性材料のままで保持され続け、かつ高い抵抗の表面層
を個々の粉末粒子間で衝撃圧縮によって一緒に溶接することによって、非常に有
利には得られた材料の１μΩｍより大きい、特に２μΩｍより高い比電気抵抗が
生じる。
た粉末粒子の圧縮後に軟磁性材料のままで保持され続け、かつ高い抵抗の表面層
を個々の粉末粒子間で衝撃圧縮によって一緒に溶接することによって、非常に有
利には得られた材料の１μΩｍより大きい、特に２μΩｍより高い比電気抵抗が
生じる。
【００２１】
高い抵抗の表面層が設けられた粉末状の出発金属成分の粉末粒子の成形におい
て、これらの成分を有利には自体公知の方法において鋳型中に充填し、かつ単軸
プレスによって２００ＭＰａ〜８００ＭＰａの圧力によって圧縮する。この成形
工程に更に非常に有利には高い抵抗の表面層が設けられた粉末粒子の本来の衝撃
圧縮が重ね合わされる。そのために、プレスおよび鋳型中での圧縮物の衝撃圧縮
は１つのプロセス工程で実施される。
て、これらの成分を有利には自体公知の方法において鋳型中に充填し、かつ単軸
プレスによって２００ＭＰａ〜８００ＭＰａの圧力によって圧縮する。この成形
工程に更に非常に有利には高い抵抗の表面層が設けられた粉末粒子の本来の衝撃
圧縮が重ね合わされる。そのために、プレスおよび鋳型中での圧縮物の衝撃圧縮
は１つのプロセス工程で実施される。
【００２２】
説明
本発明を説明および以下の記載に基づいてより詳細に説明する。
【００２３】
図は軟磁性材料の組織の光学顕微鏡写真を示す。
【００２４】
実施例
まず商慣習的に得られる純鉄粉末または鉄合金粉末、例えばＦｅＣｒ合金粉末
、ＦｅＳｉ合金粉末、ＦｅＮｉ合金粉末またはＦｅＣｏ合金粉末を規定する。後
に得られる成形体中の粉末状の出発金属成分としての粉末の容量割合をできるだ
け高く得るために、５０μｍより大きい粒度を有する粗粉末を使用する。
、ＦｅＳｉ合金粉末、ＦｅＮｉ合金粉末またはＦｅＣｏ合金粉末を規定する。後
に得られる成形体中の粉末状の出発金属成分としての粉末の容量割合をできるだ
け高く得るために、５０μｍより大きい粒度を有する粗粉末を使用する。
【００２５】
説明される例において、まず慣用の標準的粉末、例えば金属粉末粒子１１に関
してヘガネス社（Haeganaes）（スウェーデン）のＡＳＣ型、ＡＢＣ型、ＡＢＭ
型またはソマロイ（Somaloy）５００が存在し、その平均粒度はまず微細成分の
篩過によって１００μｍより大きく調整される。
してヘガネス社（Haeganaes）（スウェーデン）のＡＳＣ型、ＡＢＣ型、ＡＢＭ
型またはソマロイ（Somaloy）５００が存在し、その平均粒度はまず微細成分の
篩過によって１００μｍより大きく調整される。
【００２６】
出発金属粉末に次いでまず表面的に高い抵抗の表面層１２を設ける。高い抵抗
の表面層１２として、特に酸化層、特にＦｅ３Ｏ４−層が適当である。更にケイ
素またはリン酸塩を含有する層もそれに該当する。
の表面層１２として、特に酸化層、特にＦｅ３Ｏ４−層が適当である。更にケイ
素またはリン酸塩を含有する層もそれに該当する。
【００２７】
この場合、高い抵抗の表面層１２の下に、その比電気抵抗が粉末状の出発金属
成分もしくは粉末粒子１１の比電気抵抗より著しく大きいか、またはその比電気
抵抗が少なくともＦｅ３Ｏ４の比電気抵抗に匹敵する大きさのオーダーである１
層を設けるべきである。
成分もしくは粉末粒子１１の比電気抵抗より著しく大きいか、またはその比電気
抵抗が少なくともＦｅ３Ｏ４の比電気抵抗に匹敵する大きさのオーダーである１
層を設けるべきである。
【００２８】
高い抵抗の表面層１２として粉末粒子１１上にＦｅ３Ｏ４−層を作成すること
は、有利には室炉または連続炉中で約５５０℃の温度において水蒸気を導入する
ことによって実施する。
は、有利には室炉または連続炉中で約５５０℃の温度において水蒸気を導入する
ことによって実施する。
【００２９】
“蒸気青化（Dampfblaeuen）”と呼ばれる、粉末冶金学的に公知の表面処理法
において更に、生じたＦｅ３Ｏ４層の厚さはオーブン中に導入される水蒸気の量
ならびにその作用時間によって調整することができる。
において更に、生じたＦｅ３Ｏ４層の厚さはオーブン中に導入される水蒸気の量
ならびにその作用時間によって調整することができる。
【００３０】
択一的にケイ素またはリン酸塩を含有する高い抵抗の表面層１２を粉末粒子１
１上に生じさせるべきであれば、しかしながらまたこれは自体公知の方法で化学
的または電気化学的な析出によって実施してよい。
１上に生じさせるべきであれば、しかしながらまたこれは自体公知の方法で化学
的または電気化学的な析出によって実施してよい。
【００３１】
粉末状の出発金属成分の粉末粒子１１に高い抵抗の表面層１２を設けた後で、
該粉末を鋳型中に充填し、かつ単軸プレスによって圧縮する。プレスの間に同時
に、ＤＥ４４０７５９３号に記載される方法による衝撃圧縮を、圧縮物に短時間
の電流パルスを印加することによって実施する。この場合、粉末粒子１１の表面
層１２は少なくとも部分的に一緒に溶接される。
該粉末を鋳型中に充填し、かつ単軸プレスによって圧縮する。プレスの間に同時
に、ＤＥ４４０７５９３号に記載される方法による衝撃圧縮を、圧縮物に短時間
の電流パルスを印加することによって実施する。この場合、粉末粒子１１の表面
層１２は少なくとも部分的に一緒に溶接される。
【００３２】
有利には１〜３回の電流パルスが衝撃圧縮の際に使用され、これらをそれぞれ
５・１０- ５秒ないし５・１０- １秒の期間にわたり持続させ、かつこれらは１ｃ
ｍ２のプレス面に対して１０ｋＡないし２００ｋＡの電流強度を有する。
５・１０- ５秒ないし５・１０- １秒の期間にわたり持続させ、かつこれらは１ｃ
ｍ２のプレス面に対して１０ｋＡないし２００ｋＡの電流強度を有する。
【００３３】
他の点では原則的に同様に、高い抵抗の表面層１２が設けられた粉末粒子１１
の鋳型中での圧縮ならびに電流パルスによる衝撃圧縮を２つの別々のプロセス工
程で実施する。しかしながらこれは費用がかかる。
の鋳型中での圧縮ならびに電流パルスによる衝撃圧縮を２つの別々のプロセス工
程で実施する。しかしながらこれは費用がかかる。
【００３４】
従って高い抵抗の表面層１２が設けられた粉末粒子１１の衝撃圧縮の後に、軟
磁性材料１０がもたらされ、これを次いで、例えば磁性バルブでの使用のために
後加工し、かつ必要に応じて機械的にも後加工してよい。更に耐食性の改善のた
めに、得られた軟磁性材料もしくはこれで製造された成形体の表面的被覆を実施
してもよい。
磁性材料１０がもたらされ、これを次いで、例えば磁性バルブでの使用のために
後加工し、かつ必要に応じて機械的にも後加工してよい。更に耐食性の改善のた
めに、得られた軟磁性材料もしくはこれで製造された成形体の表面的被覆を実施
してもよい。
【００３５】
説明された方法を以下にもう一度具体的に軟磁性材料１０の１５ｍｍの直径お
よび１５ｍｍの高さを有する円形板金（Ronde）の形での製造ならびにこれらの
円形板金の得られる物理的特性に基づいて説明する。
よび１５ｍｍの高さを有する円形板金（Ronde）の形での製造ならびにこれらの
円形板金の得られる物理的特性に基づいて説明する。
【００３６】
そのためにまずヘガネス社（スウェーデン）のＡＢＣ１００．３型の純鉄粉末
を使用し、これから１２５μｍ未満の粒度を有する微細成分に篩を介してより分
ける。この出発粉末を次いで前記で既に説明した蒸気青化によって高い抵抗の表
面層１２を形成させた後に鋳型工具中で円形板金（直径１５ｍｍ）の円形の端面
に対して８０ｋＮでプレスする。プレスの間に、同時に衝撃圧縮を鋳型工具中で
約７０ｋＡもしくは１２０ｋＡの２つの電流パルスでＤＥ４４０７５９３号Ｃ１
から公知のように実施する。
を使用し、これから１２５μｍ未満の粒度を有する微細成分に篩を介してより分
ける。この出発粉末を次いで前記で既に説明した蒸気青化によって高い抵抗の表
面層１２を形成させた後に鋳型工具中で円形板金（直径１５ｍｍ）の円形の端面
に対して８０ｋＮでプレスする。プレスの間に、同時に衝撃圧縮を鋳型工具中で
約７０ｋＡもしくは１２０ｋＡの２つの電流パルスでＤＥ４４０７５９３号Ｃ１
から公知のように実施する。
【００３７】
その後、得られる円形板金もしくは得られる軟磁性材料１０は以下の特性を有
する： 密度［ｇ／ｍ３］： ７．６ 飽和分極Ｊｓ［Ｔ］： １．８７ 保磁力Ｈｃ［Ａ／ｃｍ］： ３．１〜３．３ 比電気抵抗［μΩｍ］： ２．４〜２．６
する： 密度［ｇ／ｍ３］： ７．６ 飽和分極Ｊｓ［Ｔ］： １．８７ 保磁力Ｈｃ［Ａ／ｃｍ］： ３．１〜３．３ 比電気抵抗［μΩｍ］： ２．４〜２．６
【図１】
図１は軟磁性材料の組織の光学顕微鏡写真を示す。
【符号の説明】
１０ 軟磁性材料、 １１ 粉末粒子、 １２ 表面層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｃ２２Ｃ 33/02 Ｃ２２Ｃ 33/02 Ｌ
Ｍ
Ｆターム(参考） 4K018 AA24 AA26 AA30 AA32 BA14
BB03 BB04 BC33 CA11 EA25
KA43
5E041 AA11 AA19 AB12 AB19 CA01
HB17 NN01 NN06 NN18
Claims (18)
- 【請求項１】 特に磁性バルブでの使用のための軟磁性材料であって、該材
料は粉末状の出発金属成分を有し、その粉末粒子（１１）に表面的に少なくとも
広範囲に少なくとも１つの高い抵抗の表面層（１２）が設けられており、その際
、該粉末粒子（１１）は圧縮の後に該材料（１０）を形成し、かつ該粉末粒子（
１１）の表面層（１２）は少なくとも部分的に互いに溶接されている、軟磁性材
料。 - 【請求項２】 高い抵抗の表面層（１２）が酸化層、特にＦｅ３Ｏ４含有層
、またはケイ素またはリン酸塩を含有する層である、請求項１記載の材料。 - 【請求項３】 粉末状の出発金属成分が磁性材料、特に強磁性材料またはフ
ェライト系材料を有する、請求項１または２記載の材料。 - 【請求項４】 粉末状の出発金属成分が純鉄粉末または鉄合金粉末、特にＦ
ｅＣｒ合金粉末、ＦｅＳｉ合金粉末、ＦｅＮｉ合金粉末またはＦｅＣｏ合金粉末
である、請求項３記載の材料。 - 【請求項５】 ７．４ｇ／ｃｍ３より高い圧力、特に７．６ｇ／ｃｍ３より
高い圧力を特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の材料。 - 【請求項６】 粉末状の出発金属成分が５０μｍより大きい粒度、特に１０
０μｍないし５００μｍの平均粒度を有する、請求項１から５までのいずれか１
項記載の材料。 - 【請求項７】 高い抵抗の表面層（１２）が１μｍないし１０μｍの厚さを
有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の材料。 - 【請求項８】 １μΩｍより高い比電気抵抗、特に２μΩｍの比電気抵抗を
特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の材料。 - 【請求項９】 圧縮後に、材料（１０）の理論的に達成可能な密度の９４％
より高い、特に９６％より高い密度を特徴とする、請求項１から８までのいずれ
か１項記載の材料。 - 【請求項１０】 以下のプロセス工程： ａ）粉末状の出発金属成分を調製する工程、 ｂ）出発成分の粉末粒子（１１）に表面的に高い抵抗を有する表面層（１２）を
設ける工程、 ｃ）高められた圧力下に鋳型中で出発成分の粉末粒子（１１）を圧縮する工程、
および ｄ）少なくとも１回の電流パルスによって鋳型中で出発成分の粉末粒子（１１）
を衝撃圧縮する工程 で軟磁性材料を製造する方法。 - 【請求項１１】 プロセス工程ｃ）およびｄ）を同時に実施する、請求項１
０記載の方法。 - 【請求項１２】 単軸プレスによって鋳型中で２００ＭＰａ〜８００ＭＰａ
の圧力で圧縮および／または衝撃圧縮する、請求項１０または１１記載の方法。 - 【請求項１３】 出発成分の粉末粒子（１１）に酸化によって水蒸気中で高
められた温度において、特に５００℃〜６００℃でか、または化学的または電気
化学的な析出によって表面層（１２）を設ける、請求項１０記載の方法。 - 【請求項１４】 表面層（１２）の厚さを水蒸気の量および／または水蒸気
の作用時間によって調整する、請求項１３記載の方法。 - 【請求項１５】 衝撃圧縮の間に出発成分の粉末粒子（１１）の高い抵抗の
表面層（１２）を少なくとも部分的に一緒に溶接する、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】 軟磁性材料（１０）を続いて後加工し、かつ／または該材
料に耐食層を設ける、請求項１０から１５までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項１７】 １ないし３回の電流パルスをそれぞれ５・１０- ５秒〜５
・１０- １秒の期間にわたり使用する、請求項１０から１６までのいずれか１項
記載の方法。 - 【請求項１８】 電流パルスが１ｃｍ２のプレス面に対して１０ｋＡないし
２００ｋＡの電流の強さを有する、請求項１０から１７までのいずれか１項記載
の方法。
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