JP2009010180A - Soft magnetic powder, soft magnetic formed object, and method of manufacturing them - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧粉磁心等に用いられる軟磁性粉体、軟磁性成形体およびそれらの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a soft magnetic powder used for a dust core and the like, a soft magnetic molded body, and a method for producing the same.
一般に、圧粉磁心には軟磁性成形体が用いられ、軟磁性成形体は軟磁性粉体を成形することによって製造されている。そして、軟磁性粉体としては、一般的には鉄粉体が用いられ、特許文献1では、鉄粉体の例として、純鉄以外のFe合金粒体(文献では合金粉末)が記載されている。なお、Fe合金粒体としては、FeにAl、Si、Ti、Cr等の元素を添加したものが記載されている。
Generally, a soft magnetic molded body is used for the dust core, and the soft magnetic molded body is manufactured by molding a soft magnetic powder. As the soft magnetic powder, iron powder is generally used. In
また、特許文献2では、軟磁性粉体の例として、金属粒子(Fe、Fe−Al、Fe−Si等)と、金属粒子の表面を被覆する高抵抗物質(Al2O3、SiO2等)と、高抵抗物質の破壊を防止するリン酸系化成処理被膜とよりなる軟磁性粒子が記載されている。なお、このリン酸系化成処理被膜は、高抵抗物質の表面にリン酸系処理液を塗布、乾燥することによって形成することが記載されている。さらに、非特許文献1、2では、このような軟磁性粉体を焼鈍することによって、軟磁性粉体の結晶粒を粗大化して磁気特性を向上させることが記載されている。
しかしながら、特許文献1に記載されているFe合金粉体は、Al、Si等が添加されているため、純鉄に比較して高硬度で、成形性が悪いものであった。また、磁気特性も圧粉磁心用として十分なものとはいえなかった。また、特許文献2に記載されている軟磁性粒子も、金属粒子としてAl、Si等が添加されたFe合金を使用したものは、高硬度で、成形性が悪いものであった。さらに、金属粒子が高硬度であるため、成形の際に被膜(高抵抗物質、リン酸系化成被膜)が破れ、軟磁性粒子の比抵抗が低下し、渦電流損(鉄損)の増加、すなわち、磁気特性の低下が見られた。
However, since the Fe alloy powder described in
加えて、特許文献2に記載されている軟磁性粒子は、金属粒子(高抵抗物質)を被覆するリン酸系化成処理被膜が600℃程度で熱分解し耐熱性が低いものであった。したがって、特許文献2に記載されている軟磁性粒子は、非特許文献1および非特許文献2に記載された磁気特性向上のための焼鈍において、その上限温度を約800℃以上、具体的には金属粒子を構成するFeのα−γ変態温度(910℃)を超える温度に上げることができなかった。その結果、金属粒子(軟磁性粒子)の結晶粒が粗大化せず、磁気特性を向上させることができなかった。
In addition, in the soft magnetic particles described in Patent Document 2, the phosphoric acid-based chemical conversion coating film covering the metal particles (high resistance substance) is thermally decomposed at about 600 ° C. and has low heat resistance. Therefore, the soft magnetic particles described in Patent Document 2 have an upper limit temperature of about 800 ° C. or higher in annealing for improving magnetic properties described in
そこで、本発明は、このような問題を解決すべく創案されたもので、その目的は、磁気特性に優れた、具体的には鉄損が小さい軟磁性粉体、軟磁性成形体およびそれらの製造方法を提供することにある。 Therefore, the present invention was devised to solve such problems, and the purpose thereof is a soft magnetic powder excellent in magnetic properties, specifically with low iron loss, a soft magnetic molded body, and their It is to provide a manufacturing method.
前記課題を解決するために、請求項1に係る軟磁性粉体は、鉄を主成分とする鉄合金からなる軟磁性粉体であって、Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素と、Bとを含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする。
In order to solve the above problem, the soft magnetic powder according to
前記構成によれば、軟磁性粉体がAl、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択された少なくとも一種の元素(以下、Al、Si等と称することがある)を含むことによって、軟磁性粉体の結晶磁気異方性定数が低下し、保磁力が低減する。その結果、この軟磁性粉体から製造された軟磁性成形体(圧粉磁心等)のヒステリシス損が抑制される。 According to the above configuration, the soft magnetic powder contains at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Cr, Mo, and Ge (hereinafter sometimes referred to as Al, Si, etc.). The crystal magnetic anisotropy constant of the soft magnetic powder is lowered, and the coercive force is reduced. As a result, the hysteresis loss of a soft magnetic molded body (such as a dust core) manufactured from the soft magnetic powder is suppressed.
また、軟磁性粉体がBを含むことによって、軟磁性粉体を用いて軟磁性成形体を製造(成形、液相焼結)する際、液相焼結によって軟磁性粉体の内部からBが液相状態で染み出す。染み出したBは、軟磁性粉体の表面を被覆すると共に、軟磁性粉体同士を接合させる成形酸化物被膜(Al、Si等の酸化物とBの酸化物との混合物)の構成成分の1つ(Bの酸化物)となる。そして、酸化物被膜(Al、Si等の酸化物とBの酸化物との混合物)が絶縁被膜として機能するため、軟磁性成形体の比抵抗が高くなり、渦電流損が抑制される。 In addition, since the soft magnetic powder contains B, when a soft magnetic molded body is manufactured (molded, liquid phase sintered) using the soft magnetic powder, B is generated from the inside of the soft magnetic powder by liquid phase sintering. Oozes out in liquid phase. The exuded B covers the surface of the soft magnetic powder and is a component of a molded oxide film (a mixture of an oxide such as Al or Si and an oxide of B) that joins the soft magnetic powders together. One (B oxide). And since an oxide film (mixture of oxides, such as Al and Si, and the oxide of B) functions as an insulating film, the specific resistance of a soft-magnetic molded object becomes high and eddy current loss is suppressed.
また、軟磁性粉体がBを含むことによって、軟磁性粉体を用いて軟磁性成形体を製造する際の焼結温度をα−γ変態温度を超える温度に設定することが可能となる。変態温度を超える温度で液相焼結することによって、軟磁性成形体の結晶粒が粗大化し、ヒステリシス損(鉄損)が抑制される。
なお、軟磁性材料において、(鉄損)=(ヒステリシス損)+(渦電流損)である。
In addition, when the soft magnetic powder contains B, the sintering temperature at the time of producing a soft magnetic molded body using the soft magnetic powder can be set to a temperature exceeding the α-γ transformation temperature. By liquid phase sintering at a temperature exceeding the transformation temperature, the crystal grains of the soft magnetic compact are coarsened, and hysteresis loss (iron loss) is suppressed.
In the soft magnetic material, (iron loss) = (hysteresis loss) + (eddy current loss).
請求項2に係る軟磁性粉体は、鉄を主成分とする鉄合金からなる軟磁性粉体であって、Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素と、Bとを含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる粉体本体部と、前記粉体本体部の表面を被覆する前記Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素の酸化物からなる酸化物被膜とを備えることを特徴とする。 The soft magnetic powder according to claim 2 is a soft magnetic powder made of an iron alloy containing iron as a main component, and is at least one selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Cr, Mo, and Ge. Selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Cr, Mo and Ge covering the surface of the powder main body part and the powder main body part containing the element and B, the balance being Fe and inevitable impurities And an oxide film made of an oxide of at least one element.
前記構成によれば、粉体本体部のAl、Si等およびBによる、軟磁性粉体から製造される軟磁性成形体のヒステリシス損(鉄損)の抑制に加えて、粉体本体部を被覆するAl、Si等の酸化物からなる酸化物被膜を備えることによって、この酸化物被膜(Al、Si等の酸化物)が、軟磁性粉体を用いて製造(成形、液相焼結)された軟磁性成形体において、成形本体部同士を接合させる成形酸化物被膜(Al、Si等の酸化物とBの酸化物との混合物)の構成成分の1つとなる。そして、酸化物被膜(Al、Si等の酸化物とBの酸化物との混合物)が絶縁被膜として機能するため、軟磁性成形体の成形本体部間の電気的絶縁性が向上し、軟磁性成形体の比抵抗が高くなり、渦電流損がさらに抑制される。 According to the above configuration, in addition to suppressing the hysteresis loss (iron loss) of the soft magnetic molded body produced from the soft magnetic powder due to Al, Si, and B in the powder main body, the powder main body is covered. By providing an oxide film made of an oxide such as Al or Si, the oxide film (oxide such as Al or Si) is manufactured (molded, liquid phase sintered) using soft magnetic powder. In the soft magnetic molded body, it becomes one of the constituent components of a molded oxide film (a mixture of an oxide such as Al and Si and an oxide of B) that joins the molded body portions. And since the oxide film (mixture of oxides such as Al and Si and oxides of B) functions as an insulating film, the electrical insulation between the molded body portions of the soft magnetic molded body is improved, and the soft magnetism is improved. The specific resistance of the molded body is increased, and eddy current loss is further suppressed.
また、この酸化物被膜(Al、Si等の酸化物)は高硬度であるため、成形によって酸化物被膜(Al、Si等の酸化物)が破れやすい。しかしながら、成形後の液相焼結において、この酸化物被膜(Al、Si等の酸化物)の破れたところから、粉体本体部に含まれているBが染み出して酸化物被膜を形成する。そして、この酸化物被膜(Bの酸化物)は、あたかも破れた酸化物被膜(Al、Si等の酸化物)を補修するかのごとく振舞うため、破れのない成形酸化物被膜(Al、Si等の酸化物とBの酸化物との混合物)が形成され、軟磁性成形体の比抵抗がさらに高くなり、渦電流損(鉄損)がさらに抑制される。 Further, since this oxide film (oxide such as Al and Si) has high hardness, the oxide film (oxide such as Al and Si) is easily broken by molding. However, in the liquid phase sintering after molding, B contained in the powder body part oozes out from the broken portion of the oxide film (oxide of Al, Si, etc.) to form an oxide film. . And this oxide film (B oxide) behaves as if it repaired a broken oxide film (oxide of Al, Si, etc.), so a molded oxide film (Al, Si, etc.) without breakage A mixture of the oxide of B and the oxide of B) is formed, the specific resistance of the soft magnetic molded body is further increased, and eddy current loss (iron loss) is further suppressed.
請求項3に係る軟磁性粉体は、鉄を主成分とする鉄合金からなる軟磁性粉体であって、Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる粉体本体部と、前記粉体本体部の表面を被覆する前記Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素の酸化物からなる酸化物被膜およびBの酸化物からなる酸化物被膜とを備えることを特徴とする。 The soft magnetic powder according to claim 3 is a soft magnetic powder made of an iron alloy containing iron as a main component, and is at least one selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Cr, Mo, and Ge. At least one selected from the group consisting of a powder main body portion containing an element, the balance being Fe and inevitable impurities, and the Al, Si, Ti, Cr, Mo and Ge covering the surface of the powder main body portion And an oxide film composed of an oxide of B and an oxide film composed of an oxide of B.
前記構成によれば、粉体本体部のAl、Si等による、軟磁性粉体から製造される軟磁性成形体のヒステリシス損(鉄損)の抑制に加えて、粉体本体部を被覆するAl、Si等の酸化物からなる酸化物被膜と、Bの酸化物からなる酸化物被膜とを備えることによって、高硬度の酸化物被膜(Al、Si等の酸化物)があらかじめ酸化物被膜(Bの酸化物)によって補修されている。そのため、軟磁性成形体の製造(成形、液相焼結)において、成形の際に酸化物被膜(Al、Si等の酸化物)に破れが発生しにくくなる。また、液相焼結によって形成される成形本体部を被覆する成形酸化物被膜(Al、Si等の酸化物とBの酸化物との混合物)にも破れが発生しにくくなる。その結果、軟磁性成形体の比抵抗がさらに高くなり、渦電流損(鉄損)がさらに抑制される。 According to the above configuration, in addition to suppressing the hysteresis loss (iron loss) of the soft magnetic molded body produced from the soft magnetic powder due to Al, Si, etc. of the powder main body, Al covering the powder main body By providing an oxide film made of an oxide such as Si and an oxide film made of an oxide of B, a high-hardness oxide film (oxide of Al, Si, etc.) is previously formed into an oxide film (B Oxide). Therefore, in the production (molding, liquid phase sintering) of the soft magnetic molded body, the oxide film (oxide such as Al or Si) is hardly broken during molding. In addition, the formed oxide film (mixture of oxides such as Al and Si and B oxide) covering the formed main body formed by liquid phase sintering is not easily broken. As a result, the specific resistance of the soft magnetic molded body is further increased, and eddy current loss (iron loss) is further suppressed.
請求項4に係る軟磁性粉体は、請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の軟磁性粉体において、前記Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素の総含有量が1〜15at%であり、前記Bの含有量が0.1〜4at%であることを特徴とする。
The soft magnetic powder according to claim 4 is selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Cr, Mo and Ge in the soft magnetic powder according to any one of
前記構成によれば、Al、Si等の総含有量、および、Bの含有量を所定範囲とすることによって、軟磁性粉体の結晶磁気異方性定数を低下させることにより透磁率を向上させ、磁束密度が向上する。また、軟磁性粉体を用いて製造される軟磁性成形体において、成形本体部同士を接合する成形酸化物被膜(Al、Si等の酸化物とBの酸化物との混合物)が均一なものとなる。 According to the above configuration, the permeability is improved by reducing the crystal magnetic anisotropy constant of the soft magnetic powder by setting the total content of Al, Si and the like and the content of B within a predetermined range. , Magnetic flux density is improved. In addition, in a soft magnetic molded body manufactured using soft magnetic powder, a molded oxide film (a mixture of an oxide such as Al or Si and an oxide of B) that joins the molded body portions to each other is uniform. It becomes.
請求項5に係る軟磁性成形体は、請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の軟磁性粉体から製造された軟磁性成形体であって、Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成形本体部と、前記成形本体部の表面を被覆し、前記成形本体部同士を接合する成形酸化物被膜とを備え、前記成形酸化物被膜が、Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素の酸化物とBの酸化物との混合物とからなることを特徴とする。
A soft magnetic molded body according to claim 5 is a soft magnetic molded body manufactured from the soft magnetic powder according to any one of
前記構成によれば、成形本体部がAl、Si等を含むため、これから製造される軟磁性成形体の結晶磁気異方性定数を低下させることにより透磁率を向上させ、磁束密度が向上する。また、成形酸化物被膜がAl、Si等の酸化物とBの酸化物との混合物からなることによって、絶縁性の高いものとなり、軟磁性成形体の比抵抗が高くなり、渦電流損(鉄損)が抑制される。 According to the said structure, since a shaping | molding main-body part contains Al, Si, etc., magnetic permeability is improved by reducing the crystal magnetic anisotropy constant of the soft magnetic molded object manufactured from now, and magnetic flux density improves. Further, since the molded oxide film is made of a mixture of an oxide such as Al and Si and an oxide of B, the insulating film has high insulation, the specific resistance of the soft magnetic molded body is increased, and eddy current loss (iron Loss) is suppressed.
請求項6に係る軟磁性粉体の製造方法は、Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素と、Bとを含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる金属原料を使用し、アトマイズ法を用いて前記金属原料を粉体化したことを特徴とする。 The method for producing a soft magnetic powder according to claim 6 includes at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Cr, Mo and Ge, and B, with the balance being Fe and inevitable impurities. It is characterized in that the metal raw material is made into a powder using an atomizing method.
前記手順によれば、アトマイズ法を用いることによって、圧縮性に優れ、かつ反磁場係数の小さい軟磁性粉体を製造することが可能となる。また、金属原料がAl、Si等およびBを含むことによって、ヒステリシス損および渦電流損が抑制された軟磁性粉体を製造することが可能となる。 According to the above procedure, by using the atomizing method, it is possible to produce a soft magnetic powder having excellent compressibility and a small demagnetizing factor. Further, when the metal raw material contains Al, Si, etc. and B, it is possible to produce a soft magnetic powder in which hysteresis loss and eddy current loss are suppressed.
請求項7に係る軟磁性粉体の製造方法は、前記金属原料が、前記Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素の総含有量が1〜15at%であり、前記Bの含有量が0.1〜4at%であることを特徴とする。 The method for producing a soft magnetic powder according to claim 7 is characterized in that the metal raw material has a total content of at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Cr, Mo and Ge of 1 to 15 at. %, And the B content is 0.1 to 4 at%.
前記手順によれば、金属原料が所定量のAl、Si等およびBを含有することによって、ヒステリシス損および渦電流損がさらに抑制された軟磁性粉体を製造することが可能となる。 According to the above procedure, it is possible to produce a soft magnetic powder in which hysteresis loss and eddy current loss are further suppressed when the metal raw material contains a predetermined amount of Al, Si, etc. and B.
請求項8に係る軟磁性粉体の製造方法は、請求項6または請求項7で製造された軟磁性粉体に、前記Feに対しては還元性雰囲気であると共に、前記Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素に対しては酸化性雰囲気である雰囲気下で、600〜800℃の熱処理を施すことを特徴とする。 A method for producing a soft magnetic powder according to an eighth aspect is the same as the soft magnetic powder produced in the sixth or seventh aspect, wherein the Fe, the reducing atmosphere, and the Al, Si, Ti are used. At least one element selected from the group consisting of Cr, Mo and Ge is subjected to heat treatment at 600 to 800 ° C. in an oxidizing atmosphere.
前記手順によれば、軟磁性粉体に所定の熱処理を施すことによって、Al、Si等の酸化物からなり、粉体本体部の表面を被覆する酸化物被膜を形成させることができる。 According to the above procedure, by applying a predetermined heat treatment to the soft magnetic powder, it is possible to form an oxide film made of an oxide such as Al or Si and covering the surface of the powder body.
請求項9に係る軟磁性粉体の製造方法は、請求項6または請求項7で製造された軟磁性粉体に、前記Feに対しては還元性雰囲気であると共に、前記Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素およびBに対しては酸化性雰囲気である雰囲気下で、1150〜1200℃の熱処理を施すことを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a soft magnetic powder, wherein the soft magnetic powder produced in the sixth or seventh aspect has a reducing atmosphere for the Fe and the Al, Si, Ti. At least one element selected from the group consisting of Cr, Mo and Ge and B are subjected to heat treatment at 1150 to 1200 ° C. in an oxidizing atmosphere.
前記手順によれば、軟磁性粉体に所定の熱処理を施すことによって、Al、Si等の酸化物からなり、粉体本体部の表面を被覆する酸化物被膜と、Bの酸化物からなり、粉体本体部および酸化物被膜(Al、Si等の酸化物)の表面を被覆する酸化物被膜を形成させることができる。 According to the above procedure, by applying a predetermined heat treatment to the soft magnetic powder, it consists of an oxide such as Al, Si, an oxide film that covers the surface of the powder body, and an oxide of B. An oxide film that covers the surface of the powder body and the surface of the oxide film (oxide of Al, Si, etc.) can be formed.
請求項10に係る軟磁性成形体の製造方法は、請求項6ないし請求項9のいずれか一項で製造された軟磁性粉体を加熱加圧成形し、その後、前記Feに対しては還元性雰囲気であると共に、前記Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素およびBに対しては酸化性雰囲気であり、かつ、1150〜1300℃である雰囲気下で、液相焼結すること特徴とする。 The method for producing a soft magnetic molded body according to claim 10 is a method of heat-pressing the soft magnetic powder produced in any one of claims 6 to 9 and then reducing the Fe. And an atmosphere that is an oxidizing atmosphere for B and at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Cr, Mo, and Ge, and is 1150 to 1300 ° C. Below, it is characterized by liquid phase sintering.
前記手順によれば、軟磁性粉体を加熱加圧成形後に、所定の液相焼結を施すことによって、成形本体部同士の間に絶縁性の高い成形酸化物被膜(Al、Si等の酸化物とBの酸化物との混合物)を形成させることができる。また、成形時に導入された歪が解放されると共に、結晶構造がα相からγ相に変態して結晶粒が粗大化するため、ヒステリシス損(鉄損)が抑制される。 According to the above procedure, after forming the soft magnetic powder by heating and pressing, a predetermined liquid phase sintering is performed, so that a molded oxide film (Al, Si, etc.) having a high insulating property is formed between the molded body portions. Mixture of the product and the oxide of B). In addition, the strain introduced at the time of molding is released, and the crystal structure is transformed from the α phase to the γ phase and the crystal grains are coarsened, so that hysteresis loss (iron loss) is suppressed.
本発明の軟磁性粉体によれば、Al、Si等とBとを含むことによって、この軟磁性粉体から製造される軟磁性成形体の磁気特性が優れたものとなる。特に、軟磁性成形体の鉄損が小さくなる。また、粉体本体部を被覆するAl、Si等の酸化物からなる酸化物被膜、または、粉体本体部を被覆するAl、Si等の酸化物からなる酸化物被膜とBの酸化物からなる酸化物被膜を備えることによって、軟磁性成形体の磁気特性がさらに優れたものとなる。さらに、軟磁性粉体に含有されるAl、Si等の総含有量、および、Bの含有量を所定範囲とすることによって、軟磁性成形体の磁気特性がさらに優れたものとなる。 According to the soft magnetic powder of the present invention, by including Al, Si, etc. and B, the magnetic properties of the soft magnetic molded body produced from the soft magnetic powder are excellent. In particular, the iron loss of the soft magnetic molded body is reduced. Moreover, it consists of an oxide film made of an oxide such as Al or Si covering the powder body part, or an oxide film made of an oxide such as Al or Si and B oxide covering the powder body part. By providing the oxide film, the magnetic properties of the soft magnetic molded body are further improved. Furthermore, by setting the total content of Al, Si, and the like contained in the soft magnetic powder and the content of B within a predetermined range, the magnetic properties of the soft magnetic molded body are further improved.
本発明に係る軟磁性成形体によれば、Al,Si等を含む成形本体部と、その成形本体部の表面を被覆し、成形本体部同士を接合するAl、Si等の酸化物とBの酸化物との混合物からなる成形酸化物被膜とを備えることによって、磁気特性が優れたものとなる。特に、軟磁性成形体の鉄損が小さくなる。 According to the soft magnetic molded body according to the present invention, a molded main body portion containing Al, Si, and the like, a surface of the molded main body portion, and an oxide such as Al and Si that joins the molded main body portions to each other and B By providing a molded oxide film made of a mixture with an oxide, the magnetic properties are excellent. In particular, the iron loss of the soft magnetic molded body is reduced.
本発明に係る軟磁性粉体の製造方法によれば、Al,Si等およびBを含む金属原料をアトマイズ法で粉体化することによって、磁気特性に優れた、特に、鉄損が小さい軟磁性成形体を得ることが可能な軟磁性粉体が製造される。また、金属原料が所定量のAl、Si等およびBを含有すること、さらに、製造された軟磁性粉体に所定の熱処理を施すことによって、磁気特性がさらに優れた軟磁性成形体を得ることが可能な軟磁性粉体が製造される。 According to the method for producing a soft magnetic powder according to the present invention, a metal raw material containing Al, Si, etc. and B is pulverized by an atomizing method, thereby providing excellent magnetic properties, in particular, soft magnetism with low iron loss. A soft magnetic powder capable of obtaining a molded body is produced. In addition, the metal raw material contains a predetermined amount of Al, Si, etc. and B, and further, by subjecting the manufactured soft magnetic powder to a predetermined heat treatment, a soft magnetic molded article having further excellent magnetic properties can be obtained. Can be produced.
本発明に係る軟磁性成形体の製造方法によれば、加熱加圧成形後、所定条件で液相焼結することによって、磁気特性に優れた、特に、鉄損が小さい軟磁性成形体が製造される。また、本発明に係る軟磁性成形体の製造方法によれば、液相焼結によって絶縁性の高い酸化物被膜を形成させる。そのため、従来のように、絶縁性の高い被膜(高抵抗物質)の破壊防止のために、リン酸系処理液を塗布する必要がなくなる。また、軟磁性粉体の焼鈍時、または、軟磁性成形体の製造(液相焼結)時に絶縁性の高い被膜が破壊されることがない。その結果、軟磁性成形体の生産性が向上する。 According to the method for producing a soft magnetic molded body according to the present invention, a soft magnetic molded body having excellent magnetic properties, in particular, low iron loss, is manufactured by performing liquid phase sintering under predetermined conditions after hot pressing. Is done. In addition, according to the method for manufacturing a soft magnetic molded body according to the present invention, an oxide film having high insulation is formed by liquid phase sintering. Therefore, unlike the conventional case, it is not necessary to apply a phosphoric acid treatment liquid in order to prevent destruction of a highly insulating film (high resistance substance). In addition, the highly insulating coating is not broken during annealing of the soft magnetic powder or during the production (liquid phase sintering) of the soft magnetic compact. As a result, the productivity of the soft magnetic molded body is improved.
本発明に係る軟磁性粉体、軟磁性成形体およびそれらの製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。図1(a)〜(c)は、軟磁性粉体の構成を示す模式図、図2(a)〜(c)は、軟磁性成形体の製造方法を模式的に説明する説明図である。 The soft magnetic powder, soft magnetic molded body, and production method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 (a) to 1 (c) are schematic views showing the structure of soft magnetic powder, and FIGS. 2 (a) to 2 (c) are explanatory views schematically explaining a method for producing a soft magnetic molded body. .
<軟磁性粉体>
まず、軟磁性粉体の第1の実施形態について説明する。
図1(a)に示すように、軟磁性粉体(以下、粉体と称することがある)1は、鉄を主成分とする鉄合金からなる軟磁性粉体であって、Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択された少なくとも一種の元素(以下、Al、Si等と称することがある)と、Bとを含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。
<Soft magnetic powder>
First, a first embodiment of the soft magnetic powder will be described.
As shown in FIG. 1 (a), a soft magnetic powder (hereinafter sometimes referred to as powder) 1 is a soft magnetic powder made of an iron alloy containing iron as a main component, and includes Al, Si, It contains at least one element selected from the group consisting of Ti, Cr, Mo and Ge (hereinafter sometimes referred to as Al, Si, etc.) and B, with the balance being Fe and inevitable impurities.
粉体1は球状(丸い球形を指すばかりでなく、小さな粒子が凝集付着した異形状の球状粒子を含む)の粒子であって、その平均粒径は、この粉体1を用いて製造される軟磁性成形体(以下、成形体と称することがある。図2(c)参照)10の透磁率と保磁力、絶縁性に大きく影響し、45〜300μmであることが好ましい。平均粒径が45μm未満であると、成形体10の透磁率が低下しやすい。一方、平均粒径が300μmを超えると、粉体1が金型の細部に充填されにくくなるほか、粉体1から製造される成形本体部10a内での変形が大きく、成形本体部10a間に形成される成形酸化物被膜10bが破壊されやすくなり、成形体10の絶縁性が低下しやすい。
The
粉体1は、前記したAl、Si等の総含有量が1〜15at%、かつ、Bの含有量が0.1〜4at%であることが好ましい。そして、含有量の数値限定理由については以下のとおりである。
The
Al、Si等は、Feの結晶磁気異方性定数を小さくする元素であって、この粉体1を用いて製造される成形体10の結晶磁気異方性定数を低下させ、透磁率が向上するほか保磁力低減によってヒステリシス損(鉄損)が低減する効果がある。
Al, Si, and the like are elements that reduce the crystal magnetic anisotropy constant of Fe, and lower the crystal magnetic anisotropy constant of the molded body 10 produced using this
そして、Al、Si等の総含有量が1at%未満であると、成形体10(粉体1)の結晶磁気異方性定数の低下が小さく、保磁力低減によるヒステリシス損(鉄損)低減の効果が小さくなりやすい。一方、Al、Si等の総含有量が15at%を超えると、粉体1において、磁性を担うFe原子の量が少なくなり、粉体1の磁束密度が低下しやすい。また、固溶強化により粉体1が硬くなるため、この粉体1を用いて製造される成形体10の密度の低下を引き起こし、成形体10の磁束密度が低下しやすい。したがって、Al、Si等の総含有量は、1〜15at%が好ましい。
When the total content of Al, Si, etc. is less than 1 at%, the decrease in the crystal magnetic anisotropy constant of the molded body 10 (powder 1) is small, and the hysteresis loss (iron loss) is reduced by reducing the coercive force. The effect tends to be small. On the other hand, if the total content of Al, Si, etc. exceeds 15 at%, the amount of Fe atoms responsible for magnetism decreases in the
Bは、この粉体1を用いて成形体10を製造(成形、液相焼結)する際、焼結時に液相となって粉体1の内部から染み出し、図2(c)に示すように、成形本体部10aの表面を被覆し、成形本体部10a同士を接合する絶縁性の高い成形酸化物被膜10b(Al、Si等の酸化物とBの酸化物との混合物)の構成成分の1つとなる。成形酸化物被膜10bの形成によって、成形体10の比抵抗が高くなり、渦電流損(鉄損)が低減する効果がある。なお、成形体10が高磁気特性を発現するためには、絶縁性の高い成形酸化物被膜10bの量が少なく、かつ、成形本体部10aの表面に均一に被覆されていることが重要である。
B is a liquid phase during the production (molding, liquid phase sintering) of the powder 10 using the
そして、Bの含有量が0.1at%未満であると、δ相の固溶限外となり、焼結時に液相となって染み出すB量が少なすぎるため、成形体10において成形本体部10aの表面を均一に被覆することが困難になりやすい。その結果、成形体10の比抵抗の増加が見られず、渦電流損(鉄損)が低減しにくい。一方、Bの含有量が4at%を超えると、液相となって染み出すB量が多すぎるため、均一被覆は十分に達成されるが、成形酸化物被膜10bの厚さが厚くなる。その結果、成形本体部10a間のギャップが大きくなるため、成形体10の透磁率が低下し、その結果として磁束密度が低下しやすい。また、成形本体部10aの内部に金属間化合物(Fe2B)が析出するため、成形体10の磁気特性が低下しやすい。したがって、Bの含有量は、0.1〜4at%が好ましい。
If the B content is less than 0.1 at%, the δ phase is out of the solid solubility limit, and the amount of B that becomes a liquid phase and oozes out during the sintering is too small. It tends to be difficult to uniformly coat the surface. As a result, the specific resistance of the molded body 10 is not increased, and eddy current loss (iron loss) is difficult to reduce. On the other hand, if the content of B exceeds 4 at%, the amount of B that exudes as a liquid phase is too large, so that uniform coating is sufficiently achieved, but the thickness of the molded
粉体1は、不可避的不純物として、例えば、Mn,P,S,C,Cu等を含有してもよい。そして、その含有量としては0.1at%以下であれば、本発明に係る粉体1の磁気特性に影響を与えない。
The
軟磁性粉体の第2の実施形態について説明する。
図1(b)に示すように、軟磁性粉体(粉体)1aは、鉄を主成分とする鉄合金からなる軟磁性粉体であって、Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素と、Bとを含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる粉体本体部2aと、粉体本体部2aの表面を被覆し、Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素の酸化物からなる酸化物被膜3aとを備える。なお、軟磁性粉体1aにおいて、粉体本体部2aについては、前記第1の実施形態(粉体1)と同様であるので、説明を省略する。
A second embodiment of the soft magnetic powder will be described.
As shown in FIG. 1B, a soft magnetic powder (powder) 1a is a soft magnetic powder made of an iron alloy containing iron as a main component, and is made of Al, Si, Ti, Cr, Mo and Ge. A powder body 2a containing at least one element selected from the group consisting of B and the balance of Fe and unavoidable impurities, and covering the surface of the powder body 2a, Al, Si, Ti And an
酸化物被膜3aは、後記するように、第1の実施形態である粉体1に所定の熱処理、具体的には酸化性雰囲気で600〜800℃(10分〜2時間)の熱処理を施すことによって、形成される。そして、酸化物被膜3aは、粉体1を構成するAl、Si等の一部が酸化したもので、Al2O3、SiO2、TiO2、Cr2O3、MoO2等である。
As will be described later, the
酸化物被膜3aは、その厚さが0.01〜0.5μmであることが好ましい。厚さが0.01μm未満であると、成形体10において成形酸化物被膜(Al、Si等の酸化物とBの酸化物との混合物)10bが成形本体部10aを均一に被覆することが困難になりやすい(図2(c)参照)。その結果、成形体10の比抵抗の増加が見られず、渦電流損(鉄損)が低減しにくい。一方、厚さが0.5μmを超えると、成形体10において成形本体部10a間のギャップが大きくなり、透磁率が低下しやすく、その結果として磁束密度が低下しやすい。
The
粉体1a、すなわち、粉体本体部2aおよび酸化物被膜3aに含まれるAl、Si等の含有量は、総含有量で1〜15at%であることが好ましい。また、粉体1a、すなわち、粉体本体部2aに含まれるBの含有量は、0.1〜4at%であることが好ましい。そして、含有量の数値限定理由については前記とおりである。
The content of Al, Si, etc. contained in the
軟磁性粉体の第3の実施形態について説明する。
図1(c)に示すように、軟磁性粉体(粉体)1bは、鉄を主成分とする鉄合金からなる軟磁性粉体であって、Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる粉体本体部2bと、粉体本体部2bの表面を被覆し、Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素の酸化物とからなる酸化物被膜3aと、Bの酸化物からなる酸化物被膜3bとを備える。なお、軟磁性粉体1bにおいて、粉体本体部2bは、基本的にBが含まれていないこと以外は、前記第1、2の実施形態(粉体1、粉体1aの粉体本体部2a)と同様であるので、説明を省略する。ただし、粉体本体部2bには少量のBが含まれている場合がある。すなわち、後記する酸化物被膜3aおよび酸化物被膜3bを形成するための熱処理において、熱処理条件(熱処理温度、処理時間)が下限に近い場合には、粉体1からほとんどのBが染み出て酸化物被膜3bを形成するが、粉体本体部2bに少量のBが固溶した状態で残存することがある。
A third embodiment of the soft magnetic powder will be described.
As shown in FIG. 1C, the soft magnetic powder (powder) 1b is a soft magnetic powder made of an iron alloy containing iron as a main component, and includes Al, Si, Ti, Cr, Mo, and Ge. A powder body portion 2b containing at least one element selected from the group consisting of Fe and unavoidable impurities and the surface of the powder body portion 2b, and Al, Si, Ti, Cr, Mo And an
酸化物被膜3aおよび酸化物被膜3bは、後記するように、第1の実施形態である軟磁性粉体1に所定の熱処理、具体的には酸化性雰囲気で1150〜1200℃(10分〜2時間)の熱処理を施すことによって、形成される。そして、酸化物被膜3aは、粉体1を構成するAl、Si等の一部が酸化したもので、Al2O3、SiO2、TiO2、Cr2O3、MoO2等である。また、酸化物被膜3bは、粉体1から染み出したBが酸化したB2O3等である。
As will be described later, the
酸化物被膜3bは、その厚さが0.01〜0.5μmであることが好ましい。厚さが0.01μm未満であると、成形体10において成形酸化物被膜(Al、Si等の酸化物とBの酸化物との混合物)10bが成形本体部10aを均一に被覆することが困難になりやすい(図2(c)参照)。その結果、成形体10の比抵抗の増加が見られず、渦電流損(鉄損)が低減しにくい。一方、厚さが0.5μmを超えると、成形体10において成形本体部10a間のギャップが大きくなり、透磁率が低下しやすく、その結果として磁束密度が低下しやすい。なお、酸化物被膜3aの厚さは前記軟磁性粉体1aと同様である。
The oxide film 3b preferably has a thickness of 0.01 to 0.5 μm. If the thickness is less than 0.01 μm, it is difficult for the molded body 10 to uniformly cover the molded
粉体1b、すなわち、粉体本体部2bおよび酸化物被膜3aに含まれるAl、Si等の含有量は、総含有量で1〜15at%であることが好ましい。また、粉体1b、すなわち、酸化物被膜3bに含まれるBの含有量は、0.1〜4at%であることが好ましい。そして、含有量の数値限定理由については前記とおりである。
The content of Al, Si and the like contained in the
<軟磁性成形体>
次に、軟磁性成形体について説明する。
図2(a)〜(c)に示すように、軟磁性成形体10は、前記軟磁性粉体1、1a、1bから製造されたものであって、Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成形本体部10aと、Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素の酸化物とBの酸化物との混合物とからなる成形酸化物被膜10bとを備える。なお、成形本体部10aは、前記軟磁性粉体1、粉体本体部2a(軟磁性粉体1a)または粉体本体部2b(軟磁性粉体1b)から後記する加圧成形、液相焼結によって製造され、実質的にBを含まないこと以外は、軟磁性粉体1、粉体本体部2aと構成において同一であるため説明を省略するが、その結晶粒径は、後記する液相焼結によって、粗大化している。
<Soft magnetic compact>
Next, the soft magnetic molded body will be described.
As shown in FIGS. 2 (a) to 2 (c), a soft magnetic molded body 10 is manufactured from the soft
成形酸化物被膜10bは、成形本体部10aの表面を均一に被覆し、成形本体部10a同士を接合するもので、前記2種の酸化物の混合物からなることによって、高い絶縁性を有するものである。この絶縁被膜として機能する成形酸化物被膜10bが形成されることによって、軟磁性成形体10の比抵抗が高くなり、渦電流損(鉄損)が小さくなる。そして、成形酸化物被膜10bは、後記する液相焼結によって形成される。
The molded
成形酸化物被膜10bは、その厚さが0.01〜0.5μmであることが好ましい。厚さが0.01μm未満であると、成形体10において成形酸化物被膜10bが成形本体部10aを均一に被覆することが困難になりやすい。その結果、成形体10の比抵抗の増加が見られず、渦電流損(鉄損)が低減しにくい。一方、厚さが0.5μmを超えると、成形体10において成形本体部10a間のギャップが大きくなり、透磁率が低下しやすく、その結果として磁束密度が低下しやすい。
The thickness of the molded
<軟磁性粉体の製造方法>
次に、本発明に係る軟磁性粉体の製造方法について説明する。
軟磁性粉体の製造方法において、第1の方法は、Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素と、Bとを含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる金属原料を使用し、アトマイズ法、好ましくは水アトマイズ法またはガスアトマイズ法を用いて粉体化するものである。なお、金属原料は、Al、Si等を1〜15at%、Bを0.1〜4at%含むものが好ましい。なお、この製造方法によって、図1(a)に示す軟磁性粉体1が製造される。
<Method for producing soft magnetic powder>
Next, a method for producing the soft magnetic powder according to the present invention will be described.
In the method for producing a soft magnetic powder, the first method includes at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Cr, Mo and Ge, and B, with the balance being Fe and inevitable A metal raw material composed of impurities is used and pulverized using an atomizing method, preferably a water atomizing method or a gas atomizing method. The metal raw material preferably contains 1-15 at% of Al, Si, etc. and 0.1-4 at% of B. In addition, the soft
アトマイズ法は、金属原料を溶解し、その溶融金属を直径2〜20mmのノズルより溶融金属流として流下させ、それに50〜800kg/cm2の高圧媒体を噴霧ノズルより噴射させて溶融金属流を粒滴化し、粉体として固化させるものである。水アトマイズ法は高圧媒体として水を用いるもの、ガスアトマイズ法は高圧媒体として、例えば、アルゴン等の不活性ガスを用いるものである。このアトマイズ法により得られる粉体は、成分組成の制御が容易で希望する成分のものがつくれること、さらに高圧媒体によって急冷されるために、粉体の形状が不規則状となり圧縮性に優れ、かつ反磁場係数が小さいものができる。そのため、圧粉磁心用に適した粉体を製造することができる。 In the atomization method, a metal raw material is melted, the molten metal is caused to flow down as a molten metal stream from a nozzle having a diameter of 2 to 20 mm, and a high-pressure medium of 50 to 800 kg / cm 2 is sprayed from the spray nozzle to form a molten metal stream. It drops and solidifies as a powder. The water atomizing method uses water as a high-pressure medium, and the gas atomizing method uses an inert gas such as argon as the high-pressure medium. The powder obtained by this atomization method is easy to control the composition of the component and can produce the desired component. Further, since it is rapidly cooled by a high-pressure medium, the powder has an irregular shape and excellent compressibility. And a thing with a small demagnetizing factor is made. Therefore, a powder suitable for a dust core can be produced.
第2の方法は、前記第1の方法で製造された軟磁性粉体1に、Feに対しては還元性雰囲気であると共に、Al、Si等に対しては酸化性雰囲気である雰囲気下で600〜800℃の熱処理を施すものである。なお、この製造方法によって、図1(b)に示す軟磁性粉体1aが製造される。
In the second method, the soft
熱処理温度の数値限定理由は以下のとおりである。熱処理温度が600℃未満では、Al、Si等の酸化速度が遅く、十分な酸化物被膜3a(Al、Si等の酸化物)が形成されない。一方、800℃を超えると、軟磁性粉体1aが焼結し始めるため、酸化物被膜3aの形成後の解砕時の剥離により酸化被膜3aのダメージが大きくなる。したがって、熱処理温度は600〜800℃で行う必要がある。
The reason for limiting the numerical value of the heat treatment temperature is as follows. When the heat treatment temperature is less than 600 ° C., the oxidation rate of Al, Si, etc. is slow and
軟磁性粉体1を、Feに対しては還元性雰囲気下で熱処理することによって、Feの酸化を抑制することができ、製造される軟磁性粉体1aの磁気特性が維持される。また、Al、Si等に対しては酸化性雰囲気下で熱処理することによって、軟磁性粉体1を構成するAl、Si等を酸化することができ、粉体本体部2aの表面を被覆する絶縁性の高い酸化物被膜3aが形成される。このような雰囲気の好ましい条件としては、酸素分圧が10−32〜10−26atm、(水素分圧/水蒸気分圧)=1〜108、または、(一酸化炭素分圧/二酸化炭素分圧)=1〜108である。
By heat-treating the soft
熱処理は、生産性の観点から圧力は大気圧で施すことが好ましい。また、処理時間は10分〜2時間が好ましく、30分〜1時間がさらに好ましい。さらに、処理プロセスは、軟磁性粉体1を攪拌しながら熱処理することが好ましい。軟磁性粉体1を攪拌することで、粉体1の表面が均一に雰囲気と接触するため、酸化物被膜3aが均一形成しやすくなる。
The heat treatment is preferably performed at atmospheric pressure from the viewpoint of productivity. The treatment time is preferably 10 minutes to 2 hours, more preferably 30 minutes to 1 hour. Furthermore, it is preferable to heat-process the processing process, stirring the soft
第3の方法は、前記第1の方法で製造された軟磁性粉体1に、Feに対しては還元性雰囲気であると共に、Al、Si等およびBには酸化性雰囲気である雰囲気下で1150〜1200℃の熱処理を施すものである。なお、この製造方法によって、図1(c)に示す軟磁性粉体1bが製造される。
In the third method, the soft
熱処理温度の数値限定理由は以下のとおりである。熱処理温度が1150℃未満では、共晶温度(1150℃)未満であるため、Bが粉体本体部2bの表面に液相として染み出さず、十分な酸化物被膜3b(Bの酸化物)が形成されない。一方、1200℃を超えると、軟磁性粉体1b同士の焼結が進み、液相として染み出したBの酸化物被膜3bによる粉体本体部2bの被覆が不十分になる。したがって、熱処理温度は1150〜1200℃で行う必要がある。
The reason for limiting the numerical value of the heat treatment temperature is as follows. When the heat treatment temperature is less than 1150 ° C., it is less than the eutectic temperature (1150 ° C.), so that B does not ooze out as a liquid phase on the surface of the powder body 2b, and a sufficient oxide coating 3b (B oxide) is formed. Not formed. On the other hand, when the temperature exceeds 1200 ° C., the sintering of the soft
軟磁性粉体1を、Feに対しては還元性雰囲気下で熱処理することによって、Feの酸化を抑制することができ、製造される軟磁性粉体1bの磁気特性が維持される。また、Al、Si等およびBに対しては酸化性雰囲気下で熱処理することによって、軟磁性粉体1を構成するAl、Si等およびBを酸化することができ、粉体本体部2bの表面を被覆する絶縁性の高い酸化物被膜(Al、Si等の酸化物)3aおよび酸化物被膜(Bの酸化物)3bが形成される。このような雰囲気の好ましい条件としては、酸素分圧が10−32〜10−26atm、(水素分圧/水蒸気分圧)=1〜108、または、(一酸化炭素分圧/二酸化炭素分圧)=1〜108である。
By heat-treating the soft
熱処理は、生産性の観点から圧力は大気圧で施すことが好ましい。また、処理時間は10分〜2時間が好ましく、30分〜1時間がさらに好ましい。さらに、処理プロセスは、軟磁性粉体1を攪拌しながら熱処理することが好ましい。軟磁性粉体1を攪拌することで、粉体本体部2bの表面が均一に雰囲気と接触するため、酸化物被膜3aおよび酸化物被膜3bが均一形成しやすくなる。
The heat treatment is preferably performed at atmospheric pressure from the viewpoint of productivity. The treatment time is preferably 10 minutes to 2 hours, more preferably 30 minutes to 1 hour. Furthermore, it is preferable to heat-process the processing process, stirring the soft
<軟磁性成形体の製造方法>
次に、本発明に係る軟磁性成形体の製造方法について説明する。
軟磁性成形体の製造方法は、図2(a)〜(c)に示すように、前記製造方法で製造された軟磁性粉体1、1a、1bを加圧成形して成形中間体9を製造し、その後、成形中間体9を液相焼結するものである。
<Method for producing soft magnetic compact>
Next, the manufacturing method of the soft magnetic molded body according to the present invention will be described.
As shown in FIGS. 2 (a) to 2 (c), the soft magnetic molded body is produced by press-molding the soft
加熱加圧成形の成形条件は、製造される成形体10の形状、特性に応じて適宜選択されるが、例えば、圧粉磁心(軟磁性成形体)を製造する際には、成形温度150〜600℃、成形圧力1〜15ton/cm2で行うことが好ましい。 The molding conditions for heat and pressure molding are appropriately selected according to the shape and characteristics of the molded body 10 to be manufactured. For example, when manufacturing a dust core (soft magnetic molded body), a molding temperature of 150 to It is preferable to carry out at 600 ° C. and a molding pressure of 1 to 15 ton / cm 2 .
液相焼結は、Feに対しては還元性雰囲気であると共に、Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素およびBに対しては酸化性雰囲気であり、かつ、1150〜1300℃である雰囲気下で行う。 Liquid phase sintering is a reducing atmosphere for Fe and at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Cr, Mo, and Ge and an oxidizing atmosphere for B. Yes and in an atmosphere of 1150 to 1300 ° C.
このような雰囲気下で液相焼結を行うことによって、軟磁性粉体1、1a、1bを構成するFeの酸化が抑制されるため、製造される成形体10の磁気特性が維持される。また、軟磁性粉体1、1a、1bを構成するAl、Si等およびBが酸化される。そして、それぞれの酸化物の混合物からなり、成形本体部10aの表面を均一に被覆して成形本体部10a同士を接合する絶縁性の高い成形酸化物被膜10bを形成する。また、このような雰囲気の好ましい条件としては、酸素分圧10−25〜10−16atm、(水素分圧/水蒸気分圧)=1〜105、または、(一酸化炭素分圧/二酸化炭素分圧)=1〜106である。
By performing liquid phase sintering in such an atmosphere, oxidation of Fe constituting the soft
焼結温度の数値限定理由は以下のとおりである。焼結温度が1150℃未満であると、焼結温度が共晶温度(1150℃)未満となるため、軟磁性粉体1、1a、1bを構成するBが液相となって出現せず、成形酸化物被膜10bが形成されない。また、焼結温度がFe合金のα−γ変態温度を超えないため、成形体10の結晶粒が粗大化しない。なお、Fe合金は、α−γ変態温度を超えるとγ相でその結晶構造は面心立方(FCC)構造となり、α−γ変態温度未満ではα相でその結晶構造は体心立方(BCC)構造となる。α−γ変態では、結晶構造が大きく変わるので、原子の移動が大きく、結晶粒を粗大化させることが可能となる。
一方、焼結温度が1300℃を超えると、成形本体部10a同士の焼結が進み、金属結合が形成され、電気的に導通するため、渦電流損(鉄損)が大きくなる。
したがって、液相焼結は1150〜1300℃で行う必要がある。
The reasons for limiting the numerical value of the sintering temperature are as follows. When the sintering temperature is less than 1150 ° C., the sintering temperature is less than the eutectic temperature (1150 ° C.), so that B constituting the soft
On the other hand, when the sintering temperature exceeds 1300 ° C., sintering of the molded
Therefore, it is necessary to perform liquid phase sintering at 1150 to 1300 ° C.
また、焼結条件としては、粉末冶金における一般的な焼結条件と同一で、焼結時間は30分〜2時間程度、焼結圧力は大気圧で実施することが好ましい。 The sintering conditions are the same as the general sintering conditions in powder metallurgy, and the sintering time is preferably about 30 minutes to 2 hours, and the sintering pressure is preferably atmospheric pressure.
(実施例No.1〜9)
表1に示す組成の金属原料(No.1〜9)を用いてガスアトマイズ法で表2に示す組成の軟磁性粉体(平均粒径約100μm、No.1〜9)を製造した。そして、これらの軟磁性粉体を表2に示す成形温度、成形圧力で成形し、成形中間体を製造した。その後、これらの成形中間体を、表2に示す熱処理雰囲気下で、表2に示す温度、時間で液相焼結を行い、直径30mm×厚さ15mmの軟磁性成形体(No.1〜9)を製造した。ここで、表1、表2の組成において、Fe−1at%Al−0.2at%Bは、Alを1at%、Bを0.2at%含有し、残部がFeである鉄合金を意味する。
(Example Nos. 1 to 9)
Soft magnetic powders (average particle size of about 100 μm, Nos. 1 to 9) having the compositions shown in Table 2 were produced by gas atomization using metal raw materials (Nos. 1 to 9) having the compositions shown in Table 1. These soft magnetic powders were molded at the molding temperatures and pressures shown in Table 2 to produce molded intermediates. Thereafter, these molded intermediates were subjected to liquid phase sintering in the heat treatment atmosphere shown in Table 2 at the temperature and time shown in Table 2, and a soft magnetic molded body (No. 1-9 having a diameter of 30 mm and a thickness of 15 mm). ) Was manufactured. Here, in the compositions of Tables 1 and 2, Fe-1 at% Al-0.2 at% B means an iron alloy containing 1 at% Al and 0.2 at% B, with the balance being Fe.
(比較例No.10〜17)
表1に示す組成の金属原料(No.10〜17)を用いてガスアトマイズ法で粉体(粒径平均粒径約100μm、No.10〜17)を製造した。そして、これらの粉体に、650℃×30分間の熱処理を施し、粉体表面にAl、Siの酸化物からなる酸化物被膜を形成させた表2に示す組成の軟磁性粉体(No.10〜17)を製造した。ただし、軟磁性粉体(No.12、13、16、17)については、酸化物被膜の表面にリン酸処理液を塗布、乾燥して、軟磁性粉体の最表面にリン酸系処理被膜を形成させた。これらの軟磁性粉体(No.10〜17)を表2に示す成形温度、成形圧力で成形し、直径30mm×厚さ15mmの軟磁性成形体(No.10〜17)を製造した。
(Comparative Example No. 10-17)
Powders (particle size average particle size of about 100 μm, Nos. 10 to 17) were produced by a gas atomization method using metal raw materials (Nos. 10 to 17) having the compositions shown in Table 1. These powders were subjected to a heat treatment at 650 ° C. for 30 minutes to form an oxide film composed of an oxide of Al and Si on the surface of the powder. 10-17) were produced. However, for soft magnetic powders (Nos. 12, 13, 16, and 17), a phosphating solution was applied to the surface of the oxide coating and dried, and a phosphoric acid processing coating was applied to the outermost surface of the soft magnetic powder. Formed. These soft magnetic powders (Nos. 10 to 17) were molded at the molding temperatures and pressures shown in Table 2 to produce soft magnetic compacts (Nos. 10 to 17) having a diameter of 30 mm and a thickness of 15 mm.
次に、製造した軟磁性成形体(No.1〜17)の密度、磁束密度、比抵抗および鉄損を、以下の方法で測定した。その結果を表2に示す。 Next, the density, magnetic flux density, specific resistance, and iron loss of the produced soft magnetic molded bodies (Nos. 1 to 17) were measured by the following methods. The results are shown in Table 2.
(密度)
各軟磁性成形体の質量を電子上皿天秤により測定すると共に、軟磁性成形体の寸法をマイクロメータにて測定し体積を求めた。そして、密度=質量/体積を算出した。
(density)
The mass of each soft magnetic compact was measured with an electronic pan balance, and the dimensions of the soft magnetic compact were measured with a micrometer to determine the volume. Then, density = mass / volume was calculated.
(磁束密度)
各軟磁性成形体から直径φ10mm×長さ10mmの円柱形の試料をワイヤーカットにより作製した。これを直流磁化特性自動記録装置(理研電子(株)製,BHU-60)の電磁石に挟んで、印加磁場625Oe(エルステッド)を負荷し、そのときの磁束密度を測定した。
(Magnetic flux density)
A cylindrical sample having a diameter of 10 mm and a length of 10 mm was prepared from each soft magnetic molded body by wire cutting. This was sandwiched between electromagnets of a direct current magnetization characteristic automatic recording device (BHU-60, manufactured by Riken Denshi Co., Ltd.), an applied magnetic field 625 Oe (Oersted) was loaded, and the magnetic flux density at that time was measured.
(比抵抗)
各軟磁性成形体から厚み(a)が2mm、幅(b)が3mm、長さ(c)が12mmの直方体形状の試料20(図3参照)をマイクロカッターにより作製した。この表面をバフ研磨により鏡面仕上げした後,4端子法により測定した。4端子法は、図4に示すごとく、試料20に所定の電流を流し,その先端面20Aと後端面20Bとの間の電流値と,上面20Cの中央において間隔(d)=1mmの間の電圧値とを求め,これらの値から算出した。
(Specific resistance)
A rectangular parallelepiped sample 20 (see FIG. 3) having a thickness (a) of 2 mm, a width (b) of 3 mm, and a length (c) of 12 mm was produced from each soft magnetic molded body using a microcutter. This surface was mirror-finished by buffing and then measured by the 4-terminal method. In the 4-terminal method, as shown in FIG. 4, a predetermined current is passed through the
(鉄損)
各軟磁性成形体から内径φ11mm×外径φ15mm×長さ2mmのリング状の試料をワイヤーカットにより作製し、これに1次側、2次側共に50ターンのコイルを巻いた。この試料を用いて、交流磁気特性測定装置(岩崎通信機(株)製,B−Hanalyzer SY−8232)で、10kHz,50mTの場合についての体積鉄損(鉄損)を測定した。
(Iron loss)
A ring-shaped sample having an inner diameter of φ11 mm, an outer diameter of φ15 mm, and a length of 2 mm was prepared from each soft magnetic compact by wire cutting, and a coil of 50 turns was wound around the primary side and the secondary side. Using this sample, the volumetric iron loss (iron loss) in the case of 10 kHz and 50 mT was measured with an AC magnetic property measurement apparatus (Iwasaki Tsushinki Co., Ltd., B-Hanalyzer SY-8232).
表2の結果から、実施例(No1〜9)の軟磁性成形体は、比較例(No.10〜17)の軟磁性成形体に比べて、比抵抗が高く、鉄損が小さいことが確認された。 From the results of Table 2, it is confirmed that the soft magnetic molded bodies of Examples (No. 1 to 9) have higher specific resistance and lower iron loss than the soft magnetic molded bodies of Comparative Examples (No. 10 to 17). It was done.
(実施例No.18〜26)
表2に示す組成の軟磁性粉体(No.1〜9)に、650℃×30分間の熱処理(水素分圧/水蒸気分圧=103雰囲気下)を施し、粉体表面にAl、Si、Ti、CrまたはMoの酸化物からなる酸化物被膜を形成させた表3に示す組成の軟磁性粉体(平均粒径約100μm、No.18〜26)を製造した。そして、これらの酸化物被膜が形成された軟磁性粉体を表3に示す成形温度、成形圧力で成形し、成形中間体を製造した。その後、これらの成形中間体を、表3に示す熱処理雰囲気下で、表3に示す熱処理温度、時間で液相焼結を行い、直径30mm×厚さ15mmの軟磁性成形体(No.18〜26)を製造した。
(Example Nos. 18 to 26)
Table 2 shows the soft magnetic powder composition (Nanba1~9), heat treatment at 650 ° C. × 30 minutes (hydrogen partial pressure / water vapor partial pressure = 10 3 atmosphere) subjected, Al on the powder surface, Si A soft magnetic powder (average particle diameter of about 100 μm, No. 18 to 26) having the composition shown in Table 3 on which an oxide film made of an oxide of Ti, Cr or Mo was formed was produced. And the soft magnetic powder in which these oxide films were formed was shape | molded with the shaping | molding temperature and shaping | molding pressure which are shown in Table 3, and the shaping | molding intermediate body was manufactured. Thereafter, these molded intermediates were subjected to liquid phase sintering under the heat treatment atmosphere shown in Table 3 at the heat treatment temperature and time shown in Table 3, and a soft magnetic molded body (No. 18 to 30 mm in diameter x 15 mm in thickness). 26) was produced.
次に、製造した軟磁性成形体(No.18〜26)の密度、磁束密度、比抵抗および鉄損を前記の方法で測定した。その結果を表3に示す。 Next, the density, magnetic flux density, specific resistance, and iron loss of the produced soft magnetic molded body (Nos. 18 to 26) were measured by the above methods. The results are shown in Table 3.
表3の結果から、実施例(No18〜26)の軟磁性成形体は、表2に記載された比較例(No.10〜17)の軟磁性成形体に比べて、比抵抗が高く、鉄損が小さいことが確認された。 From the results of Table 3, the soft magnetic molded bodies of Examples (No. 18 to 26) have higher specific resistance than the soft magnetic molded bodies of Comparative Examples (No. 10 to 17) described in Table 2, and iron. It was confirmed that the loss was small.
(実施例No.27〜35)
表2に示す組成の軟磁性粉体(No.1〜9)に、1150℃×30分間の熱処理(水素分圧/水蒸気分圧=103雰囲気下)を施し、粉体表面にAl、Si、Ti、CrまたはMoの酸化物からなる酸化物被膜と、Bの酸化物からなる酸化物被膜とを形成させた表4に示す組成の軟磁性粉体(平均粒径約100μm、No.27〜35)を製造した。そして、これらの酸化物被膜が形成された軟磁性粉体を表4に示す成形温度、成形圧力で成形し、成形中間体を製造した。その後、これらの成形中間体を、表4に示す熱処理雰囲気下で、表4に示す熱処理温度、時間で液相焼結を行い、直径30mm×厚さ15mmの軟磁性成形体(No.27〜35)を製造した。
(Example Nos. 27 to 35)
Table 2 shows the soft magnetic powder composition (Nanba1~9), heat treatment at 1150 ° C. × 30 minutes (hydrogen partial pressure / water vapor partial pressure = 10 3 atmosphere) subjected, Al on the powder surface, Si , Soft magnetic powders having the composition shown in Table 4 (average particle diameter of about 100 μm, No. 27) formed with an oxide film made of an oxide of Ti, Cr or Mo and an oxide film made of an oxide of B To 35). And the soft magnetic powder in which these oxide films were formed was shape | molded with the shaping | molding temperature and shaping | molding pressure which are shown in Table 4, and the shaping | molding intermediate body was manufactured. Thereafter, these molded intermediates were subjected to liquid phase sintering under the heat treatment atmosphere shown in Table 4 at the heat treatment temperature and time shown in Table 4, and a soft magnetic molded body (No. 27 to 30 mm in diameter x 15 mm in thickness). 35) was produced.
次に、製造した軟磁性成形体(No.27〜35)の密度、磁束密度、比抵抗および鉄損を前記の方法で測定した。その結果を表4に示す。 Next, the density, magnetic flux density, specific resistance, and iron loss of the produced soft magnetic molded body (Nos. 27 to 35) were measured by the above methods. The results are shown in Table 4.
表4の結果から、実施例(No27〜35)の軟磁性成形体は、表2に記載された比較例(No.10〜17)の軟磁性成形体に比べて、比抵抗が高く、鉄損が小さいことが確認された。 From the results of Table 4, the soft magnetic molded bodies of the examples (No. 27 to 35) have higher specific resistance than the soft magnetic molded bodies of the comparative examples (No. 10 to 17) described in Table 2, and iron. It was confirmed that the loss was small.
1、1a、1b 軟磁性粉体(粉体)
2a、2b 粉体本体部
3a、3b 酸化物被膜
10 軟磁性成形体(成形体)
10a 成形本体部
10b 成形酸化物被膜
1, 1a, 1b Soft magnetic powder (powder)
2a,
10a molded
Claims (10)
Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素と、Bとを含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする軟磁性粉体。 A soft magnetic powder made of an iron alloy containing iron as a main component,
A soft magnetic powder comprising at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Cr, Mo, and Ge, and B, with the balance being Fe and inevitable impurities.
Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素と、Bとを含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる粉体本体部と、
前記粉体本体部の表面を被覆する前記Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素の酸化物からなる酸化物被膜とを備えることを特徴とする軟磁性粉体。 A soft magnetic powder made of an iron alloy containing iron as a main component,
A powder main body comprising at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Cr, Mo and Ge, and B, the balance being Fe and inevitable impurities;
A soft film comprising an oxide film made of an oxide of at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Cr, Mo and Ge covering the surface of the powder body. Magnetic powder.
Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる粉体本体部と、
前記粉体本体部の表面を被覆する前記Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素の酸化物からなる酸化物被膜およびBの酸化物からなる酸化物被膜とを備えることを特徴とする軟磁性粉体。 A soft magnetic powder made of an iron alloy containing iron as a main component,
A powder main body comprising at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Cr, Mo and Ge, the balance being Fe and inevitable impurities;
An oxide film made of an oxide of at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Cr, Mo, and Ge and an oxide made of B oxide covering the surface of the powder main body A soft magnetic powder comprising a coating.
Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成形本体部と、
前記成形本体部の表面を被覆し、前記成形本体部同士を接合する成形酸化物被膜とを備え、
前記成形酸化物被膜が、Al、Si、Ti、Cr、MoおよびGeからなる群から選択される少なくとも一種の元素の酸化物とBの酸化物との混合物とからなることを特徴とする軟磁性成形体。 A soft magnetic molded body produced from the soft magnetic powder according to any one of claims 1 to 4,
A molded main body comprising at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Cr, Mo and Ge, with the balance being Fe and inevitable impurities;
Covering the surface of the molded body part, comprising a molded oxide film that joins the molded body parts together,
The soft oxide characterized in that the molded oxide film is composed of a mixture of an oxide of at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Cr, Mo and Ge and an oxide of B Molded body.
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