KR102144824B1

KR102144824B1 - 연자성 금속 분말 및 압분 자심

Info

Publication number: KR102144824B1
Application number: KR1020140026001A
Authority: KR
Inventors: 미키코 추추이; 유이치로 후지타
Original assignee: 다이도 스틸 코오퍼레이션 리미티드
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2020-08-14
Also published as: JP6191855B2; TWI596624B; JP2014170877A; US20140251085A1; KR20140109338A; TW201440085A; CN104036900A; CN104036900B

Abstract

본 발명은, 충분한 투자율과 내식성을 구비함과 동시에, 수100kHz 이상의 고주파측의 동작 주파수 단계에서도 코어 로스를 줄일 수 있는 압분 자심 및 그를 위한 연자성 금속 분말을 제공한다. 본 발명은, 질량%로, Si를 0.5% 이상 10.0% 이하, Cr을 1.5% 이상 8.0% 이하, Sn을 0.05% 이상 3.0% 이하, 잔부(Fe) 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연자성 금속 분말에 관한 것이다.

Description

연자성 금속 분말 및 압분 자심{SOFT MAGNETIC METAL POWDER AND COMPRESSED POWDER CORE}

본 발명은, 연자성 금속 분말 및 이것을 사용한 압분 자심에 관한 것으로, 특히, 고주파용의 자성 부품에 사용되는 압분 자심 및 그를 위한 연자성 금속 분말에 관한 것이다.

디지털 전자 기기의 고성능화와 함께 소형 경량화시에는, 전자 회로의 동작 주파수를 고주파측으로 천이시키는 필요성으로부터, 이들 전자기기에 사용되는 전자 부품, 예컨대, 초크 코일이나 인덕터라고 하는 자성 부품(또는, 자성 소자)에 대해서도 고주파측에서의 최적화가 요구된다. 예컨대, 종래의 자성 부품에서는, 저가로 투자율이 높은 산화물 페라이트를 많이 사용해왔지만, 이러한 산화물 페라이트로 이루어진 자심은 수MHz 이상의 고주파측에서 코어 로스(손실)(core loss)가 현저하게 커지는 경향이 있다. 그래서, 연자성 분말을 절연 처리해서 압축 성형하여 얻어지는 압분 자심이 이용될 수 있다. 산화물 페라이트로 이루어진 벌크 형태 자심과 비교하여, 고주파측에서의 코어 로스가 작고, 또한 대전류에서도 높은 투자율을 유지할 수 있는 것이다.

한편, 고주파측에서의 코어 로스에 있어서, 자계에 의해 생기는 와전류에 의한 손실(와전류손)의 기여가 커진다. 와전류손에 대응하는 에너지는 자성 부품의 동작 효율의 저하됨과 동시에, 열이 되어 방출되고 전자기기의 소형화에 대한 저해 요인이 된다. 압분 자심에 있어서, 와전류손을 억제하려면 이것을 형성하는 연자성 분말의 평균 입경을 작게 하는 것이 유효하다.

예컨대, 특허문헌 1에서는, 압분 자심에 있어서도 수10kHz~수100kHz의 고주파측의 동작 주파수에서 와전류손이 급격하게 상승하는 것을 서술한 다음, 소정의 평균 입경과 최대 입경을 규정한 Fe-Si-Cr 삼원계 합금으로 이루어진 연자성 분말을 가압 성형하여 얻어지는 압분 자심을 개시하고 있다. 평균 입경이 작은 연자성 분말로부터 얻어지는 압분 자심으로는, 와전류의 유로가 짧아져서 와전류손을 저감할 수 있는 한편, 평균 입경이 너무 작으면 가압 성형의 불량에 의한 투자율의 저하를 초래한다. 또한, 연자성 분말의 제조에 있어서, 미립화 방법에 의하면, 입경의 미세한 분말을 효율적으로 제조할 수 있으며, 분말의 각 입자의 형상을 구형상에 가깝게 할 수 있어 가압 성형시의 충진률을 높이고, 더 밀도가 높은 압분 자심이 되어, 높은 투자율과 높은 자속밀도를 줄 수 있다고 한다.

상기와 같은 압분 자심을 위한 연자성 분말로는, 종래의 자성 부품의 자심에 사용되었던 규소 강판의 성분 조성으로 Fe-Si 이원계 합금이나, 이에 내식성을 높이기 위해 비자성의 Cr을 더한 Fe-Si-Cr 삼원계 합금이 많이 사용되고 있다.

예컨대, 특허문헌 2에서는, Si를 0.5~8.0wt% 포함하는 Fe-Si 이원계 합금에 있어서, 분말 입자안의 결정 입자의 평균 결정 입경이, 압분 자심의 여자 주파수를 200kHz 정도로 할 때 소정의 범위를 충족하도록 한 연자성 분말을 개시하고 있다. 이 특성에 영향을 미치지 않는 범위에서, C, N, Mn, P, S, Cu, Ni, Cr, Mo, Co, Ti, Sn, Nb, Zr, Al 등을 부가할 수 있다. 여기에서는, 코어 로스가 분말 입자내의 결정 입경에 의존하고, 소정의 여자 주파수 아래에서 코어 로스를 억제하는 결정 입경의 존재에 대해 서술하고 있다.

일본국특개 2011-049568호 공보 일본국특개 2008-124270호 공보

상기와 같이, 연자성 분말을 가압 성형하여 얻어지는 압분 자심에 대해, 동작 주파수의 고주파측에서의 최적화를 위한 방법으로, 연자성 분말의 입경이나 분말 입자내의 결정 입경을 조정하는 것이 제안되어 있다. 이러한 조정은 연자성 분말의 제조 조건의 제어에 의해 할 수 있다. 그러나, 특허문헌 2에서 서술하고 있는 바와 같이, 제조 조건을 제어하면서, 코어 로스를 최저로 하는 결정 입경의 연자성 분말을 안정적으로 얻는 것은, 실제로는 많은 어려움이 따른다.

본 발명은, 이러한 상황에 비추어 본 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 고주파용의 자성 부품에 사용되는 압분 자심 및 그 제조에 적절한 연자성 금속 분말로, 얻어지는 분말 자심에 있어서, 충분한 투자율과 내식성을 구비하면서, 수100KHz 이상의 고주파측의 동작 주파수 단계에서도 코어 로스를 저감할 수 있는 연자성 금속 분말을 제공하는 것에 있다.

본 발명자는, 금속 분말의 성분 조성을 조정함으로써, 상기와 같은 코어 로스를 작게 할 수 있는 결정 입경의 연자성 금속 분말을 안정적으로 제조할 수 있도록 하는 것을 생각하고, 예의 연구를 진행하는 중에 본 발명에 도달했다. 즉, 본 발명에 의한 연자성 금속 분말은, 질량%로, Si를 0.5% 이상 10.0% 이하, Cr을 1.5% 이상 8.0% 이하, Sn을 0.05% 이상 3.0% 이하, 잔부(Fe) 및 불가피적 불순물로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이러한 발명에 의하면, 소정의 Fe-Si-Cr계 합금에 비자성의 Sn을 소정량만 첨가함으로서, 얻어지는 압분 자심에서 투자율과 내식성을 희생하지 않고, 수100kHz 이상의 고주파측의 동작 주파수 단계에서 코어 로스를 저감할 수 있고, 또한, 특히 전원 용도로 요구되는 직류 중첩 특성을 대폭으로 향상시킬 수 있는 것이다.

또, 본 발명에 의한 압분 자심은, 질량%로, Si를 0.5% 이상 10.0% 이하, Cr을 1.5% 이상 8.0% 이하, Sn을 0.05% 이상 3.0% 이하, 잔부(Fe) 및 불가피적 불순물로 이루어지는 연자성 금속 분말을 가압 성형하여 이루지는 것을 특징으로 해도 좋다.

이러한 발명에 의하면, 높은 투자율과 내식성을 구비하면서, 수100kHz 이상의 고주파측의 동작 주파수 단계에서 코어 로스를 저감할 수 있고, 또한, 특히 전원 용도로 요구되는 직류 중첩 특성에도 우수한 압분 자심을 주는 것이다.

도 1은 연자성 금속 분말 및 압분 자심의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 평가 시험에 사용한 압분 자심의 사시도이다.
도 3은 연자성 금속 분말의 SEM 사진이다.
도 4는 압분 자심의 철손에 차지하는 와전류손의 비율과 Sn의 첨가량과의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명에 의한 압분 자심용의 연자성 금속 분말은, Fe-Si-Cr계 합금에 비자성의 Sn을 소정량만 첨가한 합금으로, 질량%로, Si를 0.5% 이상 10.0% 이하, Cr을 1.5% 이상 8.0% 이하, Sn을 0.05% 이상 3.0% 이하로 한 성분 조성을 구비한다. Fe-Si계 합금에 내식성의 향상을 위해 Cr을 소정량만 첨가하면서, 비자성의 Sn을 소정량만 첨가함으로서, 보다 작은 평균 입경으로 보다 구형에 가까운 연자성 금속 분말을 효율적으로 제조할 수 있고, 또한, 연자성 금속 분말의 내부의 결정 입자를 세립화 시킬 수 있는 것이다. 이에 의해, 얻어지는 압분 자심에서, 투자율과 내식성을 희생하지 않고, 수100kHz 이상의 고주파측의 동작 주파수 단계에서 특히 문제가 되는 와전류손을 억제하여 코어 로스의 저감과 직류 중첩 특성을 향상시킨다.

이하, 본 발명에 의한 1개의 실시예인 연자성 금속 분말의 제조 방법 및 이러한 연자성 금속 분말(이하, "금속 분말"이라 함.)을 사용한 압분 자심의 제조 방법에 대해 도 1을 이용해서 설명한다.

도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 후술하는 성분 조성의 Fe-Si-Cr-Sn계 합금으로 이루어진 용융 금속(3)에 물을 분사하여 미립화(atomization)하는 수분사법(water atomization)에 의해 금속 분말(1)을 제조했다. 또한, 금속 분말(1)은 그 외의 공지의 방법으로 제조할 수 있지만, 특히, 상기의 수분사법에 의하면, 평균 입경의 비교적 작은 구형상의 또한 그 내부의 결정 입자의 미세한 금속 분말(1)을 안정적으로 제조할 수 있다.

다음으로, 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 금속 분말(1)에 절연 수지(2)를 바인더로서 혼합하고, 소정의 형상의 금형에 충진하여, 프레스로 가압 성형한다. 여기서, 금속 분말(1)은 적절, 입경을 조절할 수 있도록 분급한 것을 사용해도 좋다. 또한, 절연 수지(2)로서 실란계, 티탄계, 알루미늄계 각종 커플링제나 실리콘 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 부티랄 수지 등의 수지의 각 단량체 또는 복수를 혼합한 것을 사용할 수 있다. 이어서, 금형에서 꺼낸 성형체를 열처리하여 수지(2)를 경화시키면, 압분 자심(10)을 얻을 수 있다. 또한, 프레스로 가압 성형하는 방법을 변경하여, 사출 성형기에 의해 사출 성형하는(트랜스퍼 성형을 포함) 방법, 포팅 등의 주형 성형법, 인쇄에 의한 성형법에 의해 복합 자성체(자심)를 제조할 수도 있다.

이어서, 상기의 제조 방법으로 성분 조성을 변경한 금속 분말을 제조하여, 압분 자심을 제조하고, 각종 시험을 실행한 결과에 대해 설명한다.

[사전 시험]

얻어지는 금속 분말의 입경에 대한 Sn의 영향을 확인하기 위해, 수분사법에 의한 Sn량을 바꾼 금속 분말을 제조하고, 그 평균 입경(D50)을 측정했다. 이에 대해서는, 표 1에 정리했다. 또한, 성분 조성에 대해, 비교예 1a는 후술하는 비교예 1과, 실시예 1a는 후술하는 실시예 1과 대응하기 위해, 편의적으로 비교예 1a, 1b 및 실시예 1a~5a를 표 중에서 사용하고 있다. 또, 성분 조성은, 미립화하는 합금과 얻어지는 금속 분말로 동일하다.

(1) 시험 방법

표 1에 나타내는 각 성분 조성의 Fe-Si-Cr-Sn계 합금을 준비하고, 수분사법에 의해 금속 분말을 제조했다. 얻어진 금속 분말에 대해, 그 평균 입경(D50)을 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치에 의해 계측했다.

(2) 시험 결과

표 1에 나타내는 바와 같이, 평균 입경(D50)은, 성분 조성 안의 Sn의 양의 증가와 함께 작아지는 경향이 있었다. 상세하게는, Sn을 포함하지 않는 비교예 1a에서는 평균 입경(D50)이 15.7㎛로 최대가 되고, Sn의 양을 4wt%로 한 비교예 2a에서는 평균 입경(D50)이 11.8㎛로 최소가 되었다. Sn의 양이 실시예 1a~7a로 순차 많아질수록, 평균 입경(D50)은 작아졌다. 즉, 금속 분말을 분급하여 소정의 평균 입경의 금속 분말을 얻으려고 하면, 성분 조성 안의 Sn의 양이 많을수록, 평균 입경(D50)의 작은 금속 분말의 비율이 높아진다.

[평가 시험]

다음으로, 자기 특성에 대한 성분 조성의 영향을 확인하기 위해, 성분 조성을 변경한 용융 금속(3)으로부터 수분사법에 의해 금속 분말을 제조하고, 분급 후, 입경을 조절한 금속 분말(일부에 대해서는, 분급을 실행하지 않았지만 이것에 대해서는 후술한다.)을 사용해서 코어(압분 자심)를 제조하고, 각종 평가 시험을 실행했다. 이들에 대해, 표 2 내지 표 5에 정리했다.

(1) 금속 분말의 제조

표 2 내지 표 5에 나타내는 각 성분 조성의 합금을 준비하고, 수분사법에 의해 금속 분말을 제조했다. 실시예 22 및 23(표 5 참조)을 제외하고, 얻어진 금속 분말에 대해서는 20㎛의 체로 분급했다. 표 중에도 나타낸 바와 같이, 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치에 의해 평균 입경(D50)을 계측한 바, 실시예 22 및 23을 제외하고, 평균 입경(D50)을 10~12㎛ 정도로 조절할 수 있었다. 또한, 실시예 22 및 23에서는, 수분사법에서 분무압 등의 제조 조건을 변경하여 평균 입경(D50)이 비교적 큰 금속 분말을 제조하여 사용하고 있다.

(2) 시험용 코어(압분 자심)의 제조

각 금속 분말을 도 2에 나타내는 외경φ19㎜, 내경φ13㎜, 두께 4.8㎜의 링 형상의 트로이덜 코어(troidal core)(10)에서 가공했다. 즉, 100 질량부의 금속 분말에 대해 2.5 질량부의 에폭시 수지를 바인더로 첨가하고, 소정의 금속 분말을 혼합 분산시켜서 금형에 충진하고, 면압으로 6ton/㎠를 가하여 압축 성형했다. 성형체를 대기중에서 170℃, 1시간 유지하고, 에폭시 수지를 경화시켜서 코어(10)를 얻었다.

(3) 자기 특성의 측정

코어(10)의 초기투자율, 직류 인가 자계, 철손(코어 로스)에 대해, 이하의 각 측정을 실행했다.

초기투자율은, 코어(10)에 160턴의 코일을 부여하고, AGILENT TECHNOLOGIES 제품의 LCR메타(4284A)를 사용하여, 주파수 1MHz, 0.5mA에서 측정했다. 또, 직류 인가 자계는, 코어(10)에 160턴의 코일을 부여하여, 같은 LCR메타를 사용하고, 주파수 10kHz의 전류를 인가하면서 직류 자계를 중첩 인가하고, 초기투자율이 20% 저하한 부분의 직류 자계의 값을 측정했다.

철손은, 코어(10)의 1차측에 40턴의 코일, 2차측에 8턴의 코일을 각각 부여하고, IWATSU 계측 주식회사의 B-H 애널라이저(SY-8258)을 사용해서, 자속밀도 0.05T, 주파수 500kHz의 조건에서 측정했다. 또, 철손으로 각각 히스테리시스손(hysteresis loss)을 줄여서 와전류손을 산출하고, 철손에 차지하는 와전류손의 비율을 요구했다(표 3 참조).

히스테리시스손은, 상기와 같이 B-H 애널라이저에 의해 자속밀도를 고정하고, 주파수를 변화시키면서 각 주파수에서의 철손을 측정하여 산출했다. 즉, 각 주파수에서의 철손의 측정값을 당해 주파수로 제산(除算)하고, 주파수에 대해 그래프를 작성한다. 주파수 0kHz까지 외삽한 절편의 값을 히스테리시스 손실 계수로 한다. 또한, 히스테리리스 손실 계수에 주파수를 이용해서 각 주파수에서의 히스테리시스손을 산출했다.

(4) 내식성의 평가

내식성은, 코어(10)를 온도 85℃, 상대 습도 85℃로 유지된 항온항습조 안에 500시간 방치하고, 그 표면의 변색의 유무를 목시(目視)로 관찰하여 평가했다.

(5) 시험 결과

먼저, Sn의 양을 변화시킨 금속 분말로 얻어진 코어의 자기 특성 및 내식성의 결과에 대해 설명한다.

표 2에 나타내는 바와 같이, 초기투자율은, 성분 조성안의 Sn의 양의 증가와 함께 작아지는 경향이 있었다. 상세하게는, Sn을 포함하지 않는 비교예 1에서는 34, Sn의 양을 0.05wt%로 한 실시예 1에서는 34, Sn의 양을 0.2wt%로 한 실시예 2에서는 35와 동등하게 되고, Sn의 양을 실시예 3~7로 순차적으로 많이 할수록 작아지고, Sn의 양을 4wt%로 한 비교예 2에서는 21로 최소가 되었다. 즉, 비자성의 Sn을 첨가할수록, 초기 투자율은 저하한다.

직류 인가 자계는, 성분 조성안의 Sn의 양의 증가와 함께 커지는 경향이 있었다. 상세하게는, Sn을 포함하지 않는 비교예 1 및 Sn의 양을 0.05wt%로 한 실시예 1에서는 86Oe, Sn의 양을 0.2wt%로 한 실시예 2에서는 84Oe로 동등하게 되고, Sn의 양을 실시예 3~7로 순차적으로 많이 할수록 커지고, Sn의 양을 4wt%로 한 비교예 2에서는 직류 인가 자계가 118Oe로 최대가 되었다. 즉, Sn을 첨가함으로서 직류 중첩 특성을 향상시킬 수 있다.

철손은, 성분 조성안의 Sn의 양의 증가와 함께 작아지는 경향이 있었다. 상세하게는, Sn을 포함하지 않는 비교예 1에서는 7419kW/㎥로 최대가 되고, Sn의 양을 4wt%로 한 비교예 2에서는 6676kW/㎥로 최소가 되었다. Sn의 양을 실시예 1~7로 많이 할수록 철손이 작아졌다. 즉, Sn을 첨가함으로서 철손을 저감시킬 수 있다.

여기서, 도 3(a)에는, 성분 조성안에 Sn을 포함하지 않는 금속 분말의 평균적인 입자(비교예 1)를 나타냈다. 또, 도 3(b)에는, Sn을 1wt% 포함하는 금속 분말의 평균적인 입자(실시예 5)를 나타냈다. 비교예 1의 입자는 비뚤어진 형태를 구비하고 있지만, 실시예 5의 입자에서는 보다 구형에 가까운 형태를 구비하고 있다. Sn을 성분 조성안에 포함하는 것에 의해, 미립화시의 용융 금속(3)의 용탕(溶湯)의 점성이 저하하고, 보다 구형의 입자가 되었다고 생각할 수 있다. 또한, 실시예 5의 입자에서는, 비교예 1의 입자보다 미세한 내부 결정 입자를 구비하고 있다. 도 4를 함께 참조하면, 비교예 1, 실시예 1~5의 금속 분말(1)로 얻은 코어(10)에 대해, Sn을 성분 조성안에 포함하는 것에 의해, 철손에 차지하는 와전류손의 비율이 급격하게 작아지고, 함유량과 함께 이 비율이 더 작아지는 경향이 있다. 이 경향은 50kHz에 비해 500kHz의 고주파측에서 현저하게 된다.

다시 표 2를 참조하면, 내식성에 대해서는 Sn을 포함하지 않는 비교예 1에서는 변색이 관찰되었지만, Sn의 양을 0.05% 이상으로 한 실시예 1~7, 비교예 2에서는 변색은 관찰되지 않았다. 즉, Sn의 첨가에 의해 내식성이 향상했다.

상기의 결과에 의하면, 비자성의 Sn을 투자율 등의 자기 특성을 희생하지 않는 범위에서 첨가하고, 금속 분말의 결정 입자를 미세화할 수 있고, 얻어지는 압분 자심에 있어서, 특히 500kHz 이상의 고주파측에서 와전류손과 철손의 저하를 줄 수 있는 것과 동시에 내식성을 향상시킬 수 있다. 즉, 이와 같은 압분 자심은, 특히, 500kHz 이상의 고주파용의 자성 부품에의 사용에 적절하다. 또, Sn의 첨가로 금속 분말의 형상을 보다 구형에 가깝게 할 수 있고 직류 중첩 특성을 향상시킬 수 있다. 즉, 얻어지는 압분 자심을 전원 용도로 컨버터 회로 등에 사용했을 때, 높은 전류값까지 인덕턴스의 저하를 억제할 수 있어, 높은 변환 효율을 유지할 수 있다.

다음으로, Si 및 Cr의 양을 변화시킨 금속 분말로부터 얻은 코어(10)의 자기 특성 및 내식성에 대해 설명한다.

먼저, Si의 양에 대해, 표 3에 나타내는 바와 같이, 초기투자율은, Si의 양을 0.5~10wt%로 한 실시예 5 및 실시예 8~15에서는 28~34로 비교적 높았던 것에 대해, Si를 포함하지 않는 비교예 3에서는 27, Si의 양을 11wt%로 한 비교예 4에서는 26으로 둘 다 낮았다. 즉, Si의 양에서는, 초기투자율을 최적화하는 성분 범위가 있다. 또, 직류 인가 자계는, Si를 포함하지 않는 비교예 3에서 147Oe로 최대가 되고, 실시예 8~12, 5, 13~15와 Si의 양을 많게 함에 따라 작아지고, Si의 양을 11wt%로 한 비교예 4에서는 72Oe로 최소가 되었다. 즉, Si의 양을 많게 할수록, 직류 인가 자계가 작아지는 경향이 있다. 또한, 철손은 Si를 포함하지 않는 비교예 3에서는 15231kW/㎥로 최대가 되고, 실시예 8~12, 5, 13~15와 Si의 양을 많게 할수록, 작아져서 Si의 양을 11wt%로 한 비교예 4에서는 3498kW/㎥로 최소가 되었다. 즉, Si의 양을 많게 할수록, 철손이 작아지는 경향이 있다.

또, Cr의 양에 대해서, 표 4에 나타내는 바와 같이, 초기투자율은, Cr의 양을 1wt%로 한 비교예 5에서는 34로 최대가 되고, 실시예 16~18, 5, 19~21와 Cr의 양을 많게 함에 따라 작아지고, Cr의 양을 9wt%로 한 비교예 6에서는 24로 최소가 되었다. 즉, 성분 조성안의 Cr의 양을 많게 함에 따라 초기투자율은 작아지는 경향이 있다. 또, 직류 인가 자계는, Cr의 양을 1wt%로 한 비교예 5에서는 116Oe로 최대가 되고, 실시예 16~18, 5, 19~21와 Cr의 양을 많게 함에 따라 작아지고, Cr의 양을 9wt%로 한 비교예 6에서는 94Oe로 최소가 되었다. 즉, Cr의 양을 많게 할수록, 직류 인가 자계는 작아졌다. 또한, 철손은 Cr의 양을 1wt%로 한 비교예 5에서는 5744kW/㎥로 최소가 되고, 실시예 16~18, 5, 19~21과 Cr의 양을 많게 함에 따라 커지고, 9wt%로 한 비교예 6에서는 7627kW/㎥로 최대가 되었다. 즉, Cr의 양을 많게 할수록, 철손이 커지는 경향이 있다. 또, 내식성에 대해, Cr의 양을 1wt%로 한 비교예 5에서는 변색이 관찰되었지만, Cr의 양을 1.5~9wt%로 한 실시예 5, 실시예 16~21, 비교예 6에서는, 변색이 관찰되지 않았다.

또한, 표 5에 나타내는 바와 같이, 직류 인가 자계는, Sn의 양을 1wt%로 한 실시예 14에서는 89Oe이었던 것에 대해, Sn을 포함하지 않는 비교예 7에서는 73Oe로 작아졌다. 성분 조성안의 Si의 양을 8wt%로 증가시킨 경우에서도, Sn의 첨가에서 직류 중첩 특성을 향상시킬 수 있다. 또, 실시예 14에 대해 평균 입경(D50)을 25.4㎛ 및 37.9㎛로 크게 한 실시예 22 및 23에서는, 초기투자율이 각각 34 및 37로 커지고, 직류 인가 자계는 각각 82Oe 및 80Oe로 작아졌지만 비교적 큰 값이었다. 한편, 철손은 각각 4930kW/㎥ 및 6122kW/㎥로 커졌지만 비교적 작은 값이었다. 즉, 금속 분말의 평균 입경을 크게 해도, Sn의 첨가에 의해 금속 분말의 형상을 구형에 가깝게 하여 결정 입자를 작게 할 수 있었기 때문이라고 생각할 수 있다. 또, Si의 함유량을 6.5wt%, Cr의 함유량을 5wt%로 한 실시예 20에서는, 초기투자율이 30으로 비교적 크고, 직류 인가 자계는 88Oe로 비교적 크고, 철손은 5719kW/㎥로 비교적 작았다.

상기의 평가 시험의 결과에 기초하여, 초기투자율, 직류 중첩 특성의 평가에서 직류 인가 자계, 철손의 각각에 대한 목표값을 정했다. 즉, 초기투자율은 24 이상, 직류 인가 자계는 80Oe 이상, 철손은 7400kW/㎥ 이하로 하면, 표 2~5에서, 자기 특성 및 내식성의 종합 판정으로, 자기 특성의 목표값을 모두 만족하고 내식성이 있는 것에는 "○", 그 밖에는 "X"를 붙였다.

한편, 본 발명에 의한 금속 분말(1)을 얻기 위한 용융 금속(3)의 성분 조성의 범위는, 상기의 평가 시험의 자기 특성 및 내식성을 고려하여 아래와 같이 정해진다.

Si는 그 함유량을 너무 많게 하거나 너무 적게 해도, 얻어지는 압분 자심 등의 복합 자성체의 투자율을 저하시키고, 그 함유량을 너무 적게 하면 철손까지도 증대시키게 된다. 또, 그 함유량을 너무 많게 하면 직류 중첩 특성까지도 저하시키게 된다. 한편, 질량%로, Si는 0.5~10.0%의 범위내이고, 바람직하게는 1.0~8.0%의 범위내이다. 또, Si의 바람직한 하한은, 1.5%이다.

Cr은, 분말 및 얻어지는 복합 자성체에 내식성을 부여하는 반면, 비자성이기 때문에, 과잉이 되면 얻어지는 복합 자성체의 투자율을 저하시키고, 철손을 증대시켜버린다. 한편, 질량%로, Cr은 1.5~8.0%의 범위내이고, 바람직하게는 2.0~6.0%의 범위내이다. 또, Cr의 바람직한 하한은, 3.0%이다.

Sn은, 비자성이고, 그 함유량을 너무 많게 하면 얻어지는 복합 자성체의 투자율을 저하시킨다. 반면에, 본 발명의 효과를 부여하고 복합 자성체의 철손을 증대시키지 않도록 하기 위해서는, 일정 이상을 첨가할 필요가 있다. 한편, 질량%로, Sn은 0.05~3.0%의 범위내이고, 바람직하게는 0.20~2.0%의 범위내이다. 또, Sn의 바람직한 상한은, 1.0%이다.

또한, 불가피적 불순물에 대해서는, 상기의 자기 특성 및 내식성을 훼손하지 않는 범위에서 허용될 수 있지만, 구체적으로는 질량%로, C:0.04% 이하, Mn:0.3% 이하, P:0.06% 이하, S:0.06% 이하, N:0.06% 이하, Cu:0.05% 이하, Mo:0.05% 이하, Ni:0.1% 이하, O(산소):1% 이하이다.

여기까지 본 발명에 의한 대표적 실시예에 대해 설명했지만, 본 발명은 반드시 이들에 한정되는 것이 아니다. 당업자라면, 첨부한 특허청구범위를 벗어나지 않고, 다양한 대체 실시예 및 개변예를 발견할 수 있을 것이다.

또한, 본 출원은, 2013년 3월 5일 출원된 일본 특허 출원(특원2013-042706)에 기초하는 것으로, 그 전체가 인용에 의해 원용된다.

1: 연자성 금속 분말
10: 코어(압분 자심)

Claims

Fe-Si-Cr-Sn계 합금의 연자성 금속 분말로서,
상기 연자성 금속 분말은 구형 입자(spherical particles)를 포함하고,
상기 구형 입자는 상기 Fe-Si-Cr-Sn계 합금의 결정 입자(crystal grain)를 포함하고,
상기 연자성 금속 분말은 질량%로,
Si를 0.5% 이상 10.0% 이하,
Cr을 1.5% 이상 8.0% 이하,
Sn을 0.05% 이상 3.0% 이하, 잔부(Fe) 및 불가피적 불순물로 구성되는 것을 특징으로 하는
연자성 금속 분말.
연자성 금속 분말을 가압 성형하여 제조되는 압분 자심으로서,
상기 연자성 금속 분말은 Fe-Si-Cr-Sn계 합금의 연자성 금속 분말이며 구형 입자(spherical particles)를 포함하고,
상기 구형 입자는 상기 Fe-Si-Cr-Sn계 합금의 결정 입자(crystal grain)를 포함하고,
상기 연자성 금속 분말은
질량%로,
Si를 0.5% 이상 10.0% 이하,
Cr을 1.5% 이상 8.0% 이하,
Sn을 0.05% 이상 3.0% 이하, 잔부(Fe) 및 불가피적 불순물로 구성되는 것을 특징으로 하는 압분 자심.