TW201711060A - 軟磁性壓粉磁芯之製造方法及軟磁性壓粉磁芯 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種高密度且高特性之軟磁性壓粉磁芯。 本發明係關於一種軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其係準備被覆粉末，該被覆粉末具有由Fe-B-Si-P-C-Cu系合金、Fe-B-P-C-Cu系合金、Fe-B-Si-P-Cu系合金、或Fe-B-P-Cu系合金構成，且具有第1結晶化開始溫度Tx1及第2結晶化開始溫度Tx2之非晶質粉末，及形成於上述非晶質粉末之表面之被覆，對於上述被覆粉末，於Tx1-100K以下之溫度施加成形壓力，於施加有上述成形壓力之狀態下，加熱至Tx1-50K以上且未滿Tx2之最高到達溫度。

Description

軟磁性壓粉磁芯之製造方法及軟磁性壓粉磁芯

本發明係關於一種軟磁性壓粉磁芯之製造方法，尤其係關於一種具有奈米結晶構造之鐵基軟磁性壓粉磁芯之製造方法。又，本發明係關於一種藉由上述製造方法所製造之軟磁性壓粉磁芯。

所謂壓粉磁芯，係指將磁性粉末進行壓粉成形而製造之磁芯。於成為原料之磁性粉末中，通常對表面實施絕緣被覆，進而視需要添加用以提高機械強度之黏合劑。壓粉磁芯由於具有於其構造上，與將電磁鋼板等積層所製造之積層磁芯相比，渦電流損耗較小、磁特性為等向性等特徵，故而尤其於高頻區域中之用途開發不斷推進。

壓粉磁芯中，以結晶質之粉末作為原料之壓粉磁芯於抗流線圈等用途中已廣泛地實用化。又，使用結晶質之材料之壓粉磁芯之同時，使用奈米結晶軟磁性材料之奈米結晶壓粉磁芯之開發亦不斷推進。

奈米結晶軟磁性材料係由微細之結晶構成之軟磁性材料，例如，作為代表性之奈米結晶軟磁性材料之鐵基奈米結晶材料可藉由對以可表現出奈米結晶組織之組成之非晶質作為主相之合金實施熱處理而獲得。上述熱處理係於根據合金組成所決定之結 晶化溫度以上進行，但若於過高溫進行熱處理，則產生結晶粒之粗大化、或非磁性相之析出等問題。因此，迄今為止已完成了用以製造良好特性之鐵基奈米結晶壓粉磁芯之研究。

例如，於專利文獻1、2中揭示有如下技術：將由Fe-Si-B-Nb-Cu-Cr系等之非晶質合金構成之粉末與黏合劑混合並加壓成形後，實施用以使上述黏合劑硬化之加熱處理，於該加熱處理期間中使奈米結晶相析出，藉此製造奈米結晶壓粉磁芯。

又，於專利文獻3中揭示有如下方法：將Fe-B-Si-P-C-Cu系之非晶質粉末進行熱處理而奈米結晶化後，進行加壓成形，藉此製造軟磁性壓粉磁芯。

然而，非晶質粒子或經實施熱處理之奈米結晶化粒子之硬度非常高，尤其對於上述Fe-B-Si-P-C-Cu系粉末而言，非晶質之狀態下之室溫之維氏硬度接近800，進而奈米結晶化後之維氏硬度超過1000。即便將由此種硬粒子構成之粉末進行壓粉成形，亦有所獲得之壓粉磁芯之密度較低，無法充分提高其磁特性等問題點。因此，正在研究使以非晶質粉末作為原料之奈米結晶壓粉磁芯實現高密度化之方法。

例如，於專利文獻4中揭示有如下方法：將Fe-B系之非晶質粉末加熱至其軟化點附近之溫度並擠出成形，藉此製造高密度之壓粉磁芯之方法。上述方法中之擠出成形溫度係設為300~600℃。

又，於專利文獻5中揭示有如下方法：於與專利文獻4同樣之將Fe-B系之非晶質粉末加壓同時加熱之方法中，將加熱溫度相對於非晶質粉末之結晶化開始溫度T_x而設為T_x-100℃以上且 T_x+100℃以下，藉此使壓粉體實現高密度化。於上述方法中，於上述溫度範圍內非晶質粉末軟化，故使壓粉體實現高密度化。

進而，於專利文獻6中揭示有如下方法：於藉由脈衝通電將金屬玻璃粉末進行燒結時，調節加壓與加熱之模式，藉此兼顧實施於粉末表面之絕緣層之破壞之抑制、與高密度化。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開2004-349585號公報

專利文獻2：日本專利特開2014-103265號公報

專利文獻3：日本專利第5537534號公報

專利文獻4：日本專利特開平7-145442號公報

專利文獻5：日本專利特開平8-337839號公報

專利文獻6：日本專利第4752641號公報

然而，即便使用如專利文獻4~6中記載般之方法，亦難以將如上所述般具有極高硬度之Fe-B-Si-P-C-Cu系非晶質粉末於不破壞實施於該粉末表面之絕緣被覆之情況下高密度地成形，且抑制對磁特性有害之硼化物等第2相之晶化。

本發明係鑒於上述實際情況而成者，其目的在於提供一種高密度且高特性之軟磁性壓粉磁芯。

即，本發明之主旨構成係如下所述。

1.一種軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其係準備被覆粉末，該被覆粉末具有由Fe-B-Si-P-C-Cu系合金、Fe-B-P-C-Cu系合金、Fe-B-Si-P-Cu系合金、或Fe-B-P-Cu系合金構成且具有第1結晶化開始溫度T_x1及第2結晶化開始溫度T_x2之非晶質粉末，及形成於上述非晶質粉末之表面之被覆；對於上述被覆粉末、或上述被覆粉末與上述非晶質粉末之混合物，於T_x1-100K以下之溫度施加成形壓力；及於施加有上述成形壓力之狀態下，加熱至T_x1-50K以上且未滿T_x2之最高到達溫度。

2.如上述1中記載之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中，上述非晶質粉末具有以原子%計由如下成分構成之組成：Fe：79%以上且86%以下；B：4%以上且13%以下；Si：0%以上且8%以下；P：1%以上且14%以下；C：0%以上且5%以下；Cu：0.4%以上且1.4%以下；及不可避免之雜質。

3.如上述2中記載之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中，取代Fe之一部分，上述組成含有合計3原子%以下之選自由Co、Ni、Ca、Mg、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W、Cr、Al、Mn、Ag、Zn、Sn、As、Sb、Bi、Y、N、O、S、及稀土類元素所組成之群組中之至少1種。

4.如上述1至3中任一項記載之軟磁性壓粉磁芯之製 造方法，其中，上述非晶質粉末之平均粒徑D₅₀為1~100μm。

5.如上述1至4中任一項記載之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中，上述非晶質粉末之AD(Mg/m³)、與平均粒徑D₅₀(μm)滿足AD≧2.8+0.005×D₅₀之關係。

6.如上述1至5中任一項記載之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中，上述非晶質粉末之結晶度為20%以下。

7.如上述1至6中任一項記載之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中，於上述非晶質粉末或上述被覆粉末中混合結晶性軟磁性粉末。

8.如上述1至7中任一項記載之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中，上述形成壓力為100~2000MPa，且被定義為於經加熱至上述最高到達溫度後於施加有上述成形壓力之狀態下於上述最高到達溫度保持之時間的保持時間為120分鐘以下。

9.如上述1至8中任一項記載之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中，上述加熱係藉由通電加熱而進行。

10.如上述1至8中任一項記載之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中，上述加熱係使用設置於施加上述成形壓力所使用之模具之內部及外部之至少一者之加熱源而進行。

11.如上述1至8中任一項記載之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中上述加熱係藉由如下兩者而進行：通電加熱；及使用設置於施加上述成形壓力所使用之模具之內部及外部之至少一者之加熱源之加熱。

12.如上述1至11中任一項記載之軟磁性壓粉磁芯之 製造方法，其中，於施加上述成形壓力之前，將上述非晶質粉末以70%以下之填充率進行預備成形。

13.一種軟磁性壓粉磁芯，其係利用如上述1至12中任一項記載之方法所製造，並且壓粉密度為78%以上，結晶度為40%以上，α-Fe微晶尺寸為50nm以下。

根據本發明，可獲得高密度且高特性之軟磁性壓粉磁芯。

圖1係表示本發明之一實施形態之軟磁性壓粉磁芯之製造方法之流程圖。

圖1係表示本發明之一實施形態之軟磁性壓粉磁芯之製造方法之流程圖。於該流程圖所示之實施形態中，首先，於非晶質粉末之表面實施被覆，準備成為原料之被覆粉末。繼而，將上述被覆粉末供於加壓、加熱步驟，獲得作為成形體之壓粉磁芯。於上述加壓、加熱步驟中，於既定之溫度條件下對原料施加成形壓力後，於施加有上述成形壓力之狀態下，升溫至既定之最高到達溫度。再者，亦可如圖1所示般，於實施被覆前之非晶質粉末、及被覆粉末中，添加平均粒徑小於上述非晶質粉末之結晶質磁性粉末。亦可於上述被覆粉末中添加未實施被覆之上述非晶質粉末，於被覆粉末與非晶質粉末之混合物之狀態下，供於加壓、加熱步驟。又，亦可於加壓、加熱步驟之前，預先將被覆粉末進行預備成形。進而， 亦可對藉由加壓、加熱步驟所獲得之壓粉磁芯實施熱處理。以下，對本發明中可使用之材料、或各步驟具體地進行說明。再者，於以下之說明中，關於組成之%顯示只要並無特別說明，則視為表示原子%。

<被覆粉末>

於本發明之軟磁性壓粉磁芯之製造方法中，使用具有非晶質粉末、與形成於上述非晶質粉末之表面之被覆的被覆粉末作為原料。

<非晶質粉末>

作為上述非晶質粉末，只要為由Fe-B-Si-P-C-Cu系合金、Fe-B-P-C-Cu系合金、Fe-B-Si-P-Cu系合金、或Fe-B-P-Cu系合金構成之非晶質粉末，則可使用任意者。

作為上述非晶質粉末，可使用例如專利文獻3中所揭示之Fe-B-Si-P-C-Cu系非晶質粉末。以下，關於上述組成之較佳範圍，進而對各成分進行說明。

Fe含量越高，則飽和磁通密度越提高。因此，就充分提高飽和磁通密度之觀點而言，較佳為將Fe含量設為79%以上。尤其於必需1.6T以上之飽和磁通密度之情形時，較佳為將Fe含量設為81%以上。另一方面，若Fe含量變得過高，則有於製造非晶質粉末時所要求之冷卻速度變快，均質之非晶質粉末之製造變得困難之情形。因此，較佳為將Fe含量設為86%以下。於進而要求均質性之情形時，更佳為將Fe含量設為85%以下。又，尤其於使用氣體霧化法等冷卻速度較慢之方法製造非晶質粉末之情形時，進而 較佳為將Fe含量設為84%以下。

Si係負責非晶質相之形成之元素。Si含量之下限並無特別限定，亦可為0%，可藉由添加Si而提高奈米結晶之穩定化。於添加Si之情形時，Si含量較佳為設為0.1%以上，更佳為設為0.5%以上，進而較佳為設為1%以上。另一方面，若Si含量過度升高，則非晶質形成能力降低，軟磁特性亦降低。因此，Si含量較佳為設為8%以下，更佳為設為6%以下，進而較佳為設為5%以下。

B係負責非晶質相之形成之必需元素。若B含量過少，則有水霧化法等液體急冷條件下之非晶質相之形成變得困難之情形。因此，B含量較佳為設為4%以上，更佳為設為5%以上。另一方面，若B含量過多，則T_x1與T_x2之差變小，結果變得難以獲得均質之奈米結晶組織，有壓粉磁芯之軟磁特性降低之情形。因此，B含量較佳為設為13%以下。尤其於為了量產化而合金粉末必須具有較低熔點之情形時，更佳為將B含量設為10%以下。

P係負責非晶質相之形成之必需元素。若P含量過少，則有水霧化法等液體急冷條件下之非晶質相之形成變得困難之情形。因此，P含量較佳為設為1%以上，更佳為設為3%以上，進而較佳為設為4%以上。另一方面，若P含量過多，則有飽和磁通密度降低而軟磁特性劣化之情形。因此，P含量較佳為設為14%以下，更佳為設為9%以下。

C係負責非晶質相之形成之元素。C含量之下限並無特別限定，亦可為0%，藉由與B、Si、P等元素併用，與僅使用任一種元素之情形相比，可進一步提高非晶質形成能力或奈米結晶之穩定性。於添加C之情形時，較佳為將C含量設為0.1%以上，更 佳為設為0.5%以上。另一方面，若C含量過高，則有合金組成物脆化，產生軟磁特性之劣化之情形。因此，C含量較佳為設為5%以下。尤其若將C含量設為2%以下，則可抑制因熔解時之C之蒸發導致之組成之不均。

Cu係有助於奈米結晶化之必需元素。若Cu含量過少，則有奈米結晶化變得困難之情況。因此，Cu含量較佳為設為0.4%以上，更佳為設為0.5%以上。另一方面，若Cu含量過多，則有非晶質相變得不均質，無法藉由熱處理而獲得均質之奈米結晶組織，軟磁特性劣化之情形。因此，Cu含量較佳為設為1.4%以下，更佳為設為1.2%以下，進而較佳為設為0.8%以下。尤其若考慮合金粉末之氧化及向奈米結晶之晶粒成長，更佳為將Cu含量設為0.5%以上且0.8%以下。

本案發明之一實施態樣中所使用之非晶質粉末係實質上由上述各元素與不可避免之雜質構成者。又，作為上述不可避免之雜質，有包含Mn、Al、O等元素之情形，但於該情形時，Mn、Al及O之合計含量較佳為設為1.5%以下。

作為上述非晶質粉末，更佳為使用具有由79%≦Fe≦86%、0%≦Si≦8%、4%≦B≦13%、1%≦P≦14%、0%≦C≦5%、0.4%≦Cu≦1.4%、及不可避免之雜質構成之組成者。又，上述非晶質粉末進而較佳為具有由81%≦Fe≦85%、0%≦Si≦6%、4%≦B≦10%、3%≦P≦9%、0%≦C≦2%、0.5%≦Cu≦0.8%、及不可避免之雜質構成之組成，最佳為具有由81%≦Fe≦84%、0%≦Si≦5%、4%≦B≦10%、4%≦P≦9%、0%≦C≦2%、0.5%≦Cu≦0.8%、及不可避免之雜質構成之組成。

再者，只要無損本發明之作用、效果，則上述組成含有其他微量元素者亦可包含於本發明之範圍內。又，為了改善耐蝕性或調整電阻等，於不產生飽和磁通密度明顯降低之範圍，上述非晶質粉末之組成亦可含有合計3原子%以下之選自由Co、Ni、Ca、Mg、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W、Cr、Al、Mn、Ag、Zn、Sn、As、Sb、Bi、Y、N、O、S、及稀土類元素所組成之群組中之至少1種而代替Fe之一部分。

換言之，可使用具有以原子%計由如下成分所構成之組成之非晶質粉末：Fe：79%以上且86%以下；B：4%以上且13%以下；Si：0%以上且8%以下；P：1%以上且14%以下；C：0%以上且5%以下；Cu：0.4%以上且1.4%以下；任意選自由Co、Ni、Ca、Mg、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W、Cr、Al、Mn、Ag、Zn、Sn、As、Sb、Bi、Y、N、O、S、及稀土類元素所組成之群組中之至少1種：合計3原子%以下；及不可避免之雜質。

由於上述Co、Ni、Ca、Mg、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W、Cr、Al、Mn、Ag、Zn、Sn、As、Sb、Bi、Y、N、O、S、及稀土類元素為任意添加元素，故而該等之合計含量之下限亦可為0%。

<結晶化開始溫度>

本發明中所使用之非晶質粉末具有第1結晶化開始溫度T_x1及第2結晶化開始溫度T_x2。換言之，上述非晶質粉末於藉由示差掃描熱量測定(DSC，Differential Scanning Calorimetry)所獲得之DSC曲線之加熱過程中，具有至少兩個表示結晶化之發熱峰。上述發熱峰中，最低溫側之發熱峰表示α-Fe相進行晶化之第1結晶化，隨後之發熱峰表示硼化物等進行晶化之第2結晶化。

此處，上述第1結晶化開始溫度T_x1係定義為作為通過自上述DSC曲線之基準線至作為最低溫側之發熱峰之第1峰為止之第1上升部中之正斜率最大之點之切線的第1上升切線、與上述基準線之交點之溫度。又，上述第2結晶化開始溫度T_x2係定義為作為通過自上述基準線至作為上述第1峰之隨後發熱峰之第2峰為止之第2上升部中之正斜率最大之點之切線的第2上升切線、與上述基準線之交點之溫度。再者，第1結晶化結束溫度T_z1係定義為作為通過自上述第1峰至上述基準線為止之第1下降部中之負斜率最大之點之切線的第1下降切線、與上述基準線之交點之溫度。

本發明中所使用之非晶質粉末之製法並無特別限定，例如可使用：將由既定之成分構成之合金原料熔解後，進行霧化而使其粉末化之方法。作為上述霧化之具體之方法，可應用水霧化法或氣體霧化法等各種方法，可較佳地使用：如專利文獻3之實施例中所揭示之水霧化法，如日本專利特開2013-55182號公報中所揭示之利用旋轉圓盤之離心力進行霧化之方法，如日本專利4061783號公報、日本專利4181234號公報中所揭示之將氣體霧化法與水冷卻組合之方法，或如日本專利特開2007-291454號公報中 所記載之於水霧化後進而進行水冷之方法等。

<平均粒徑D₅₀>

本發明中所使用之非晶質粉末之平均粒徑D₅₀較佳為處於1~100μm之範圍。D₅₀小於1μm者難以於工業上以低成本製造。因此，較佳為將D₅₀設為1μm以上，更佳為設為3μm以上，進而較佳為設為5μm以上。另一方面，若D₅₀超過100μm，則有產生粒度偏析等弊病之情形。因此，較佳為將D₅₀設為100μm以下，更佳為設為90μm以下，進而較佳為設為80μm以下。再者，此處提及之所謂平均粒徑D₅₀，係指利用雷射繞射．散射法所測定之體積基準累計粒度分佈成為50%之粒徑。

<表觀密度AD>

本發明中所使用之非晶質粉末之粒子形狀越接近球狀越佳。若粒子之球狀度較低，則於粒子表面產生突起，於施加成形壓力時來自周圍之粒子之應力集中於該突起而破壞被覆，無法充分保持絕緣性，其結果為，有所獲得之壓粉磁芯之磁特性(尤其是鐵損)降低之情形。因此，作為粒子球狀度之指標之表觀密度AD較佳為滿足AD≧2.8+0.005×D₅₀之關係。再者，此處，上述AD之單位係設為Mg/m³，D₅₀之單位係設為μm。又，上述AD可利用JIS Z2504中所規定之方法進行測定。另一方面，由於表觀密度AD越高越好，故而AD之上限並無特別限定，例如可為5.00Mg/m³以下，亦可為4.50Mg/m³以下。

再者，關於粒子之球狀度，可藉由非晶質粉末之製造 條件、例如若為水霧化法則可藉由用於霧化之高壓水噴射之水量或水壓、熔融原料之溫度及供給速度等之調整，而控制為較佳之範圍。具體之製造條件係根據製造之非晶質粉末之組成、或所需之生產性而變化。

本發明之非晶質粉末之粒度分佈並無特別限定，但過寬之粒度分佈可成為粒度偏析等不良影響之原因。因此，較佳為將上述非晶質粉末之最大粒徑設為2000μm以下。又，如A.B.Yu and N.Standish,「Characterisation of non-spherical particles from their packing behavior」,Powder Technol.74(1993)205-213.中所記載般，若使用於粒度分佈中具有兩個峰之非晶質粉末，則填充性提高，其結果為壓粉磁芯之密度亦提高。具有兩個峰之粒度分佈例如係藉由將以欲形成峰之粒度為中心分級之兩種粒度之粉末進行混合而獲得。分級可應用篩分級法或氣流分級法，混合可應用手動攪拌、利用V型混合機或雙錐混合機等之機械攪拌等任意之方法或裝置。又，藉由使粒度較小之粉末粒子附著於粒度較大之粉末粒子之表面，而使粒度偏析之可能性降低。為了使粒子附著，可應用利用被覆材料本身之附著力之方法、或添加黏合劑之方法等任意之方法。

又，亦可於上述非晶質粉末或上述被覆粉末中，混合結晶性軟磁性粉末。可混合之磁性粉末並無特別限定，例如可使用：純鐵粉、羰基鐵粉、鐵矽鋁合金粉末、鐵鈷合金粉末、Fe-Si-Cr系軟磁性粉末等任意者。上述結晶性軟磁性粉末只要根據製造之奈米結晶壓粉磁芯之用途而選擇即可。尤佳為使用平均粒徑小於非晶質粉末之結晶性軟磁性粉末。藉此，非晶質粉末粒子間之空隙被磁性粒子填充而壓粉磁芯之密度提高，故而帶來飽和磁通密度提高等 效果。再者，結晶性軟磁性粉末之混合量較佳為相對於與上述非晶質粉末或上述被覆粉末之合計而設為5質量%以下。由於在結晶質軟磁性粉末中本發明之非晶質粉末緻密化之效果不起作用，故而於其混合量超過5質量%之情形時，壓粉磁芯之密度反而降低。

<結晶度>

本發明中所使用之非晶質粉末係其結晶度越低，所製造之壓粉磁芯越均勻地奈米結晶化，顯示出良好之軟磁特性。因此，較佳為將非晶質粉末之結晶度設為20%以下，更佳為設為10%以下，進而較佳為設為3%以下。再者，此處所謂結晶度，係指根據X射線繞射圖案藉由WPPD(whole-powder-pattern decomposition，全譜結構分解)法而算出之值。另一方面，上述非晶質粉末之結晶度越低越佳，故而其下限並無限定，例如亦可為0%。

<被覆>

於上述非晶質粉末中，為了提高絕緣或機械強度等而實施被覆。上述被覆之材料並無特別限定，可使用任意之材料、尤其是絕緣材料。作為上述材料，例如可根據所要求之絕緣性能而使用：樹脂類(聚矽氧樹脂、環氧樹脂、酚樹脂、聚醯胺樹脂、聚醯亞胺樹脂等)、磷酸鹽、硼酸鹽、鉻酸鹽、金屬氧化物(氧化矽、氧化鋁、氧化鎂等)、及無機高分子(聚矽烷、聚鍺烷、聚錫氧烷、聚矽氧烷、聚倍半矽氧烷、聚矽氮烷、聚環硼氮烯、聚磷腈等)等任意之材料。又，可併用數種材料，亦可利用不同之材料形成兩層或兩層以上之多層構造之被覆。進而，於使用如上所述之於粒度分佈中具有兩個 峰之非晶質粉末之情形時，亦可於上述兩種粒度之粉末中之僅任一者上實施絕緣被覆，於另一者上不實施絕緣被覆而進行混合並供於成形。

被覆之方法可考慮被覆之材料之種類與經濟性而自粉末混合法、浸漬法、噴霧法、流動層法、溶膠凝膠法、CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)法、或PVD(Physical Vapor Deposition，物理氣相沈積)法等各種方法中選擇。

若上述被覆之附著量(被覆量)過多，則飽和磁通密度降低。因此，被覆量較佳為相對於非晶質粉末100體積份而設為15體積份以下，更佳為設為10體積份以下。另一方面，雖然上述被覆量之下限並無特別限定，但若被覆量過少，則有無法充分獲得由被覆所得之絕緣性或強度之提高效果之情形。因此，被覆量較佳為相對於非晶質粉末100體積份而設為0.5體積份以上，更佳為設為1體積份以上。

<預備成形>

於本發明中，亦可於對上述被覆粉末進行下述成形壓力之施加前，進行預備成形。然而，若藉由預備成型所獲得之預備成形體之填充率超過70%，則有被覆被部分地破壞而無法獲得充分之絕緣效果之虞。因此，於進行預備成形之情形時，較佳為將該預備成形後之成形體之填充率設為70%以下。另一方面，上述填充率之下限並無特別限定，但若未滿30%，則有預備成型體之強度下降，於其後續步驟中之處理時破損之虞。因此，上述填充率較佳為設為30%以上。再者，此處所謂填充率，係指實際密度相對於根據其組成所決 定之理論密度之比例。於上述預備成形中，可使用粉末冶金法等中所使用之任意之方法、例如單軸加壓成形法、靜水壓成形法、注漿成形法等，可根據所需之形狀與經濟性而選擇。上述預備成形較佳為於低於T_x1之溫度進行。

<成形壓力之施加(加壓)>

繼而，對於以如上所述之方式所獲得之被覆粉末，於既定之溫度條件下施加成形壓力。上述成形壓力之施加可藉由根據常法將被覆粉末填充至模具中並加壓而進行。此時，成形壓力越高，高密度化之效果越提高。因此，成形壓力較佳為設為200MPa以上，更佳為設為300MPa以上，進而較佳為設為500MPa以上。另一方面，即便過度提高成形壓力，亦除了高密度化之效果飽和以外，模具破損之風險升高。因此，成形壓力較佳為設為2000MPa以下，更佳為設為1500MPa以下，進而較佳為設為1300MPa以下。

於本發明中，重要為對被覆粉末於T_x1-100K以下之溫度施加上述成形壓力。此處，所謂「於T_x1-100K以下之溫度施加上述成形壓力」，意指施加成形壓力之時間點之被覆粉末之溫度為T_x1-100K以下。因此，為此只要預先將施加成形壓力前之被覆粉末之溫度設為T_x1-100K以下即可。若上述溫度超過T_x1-100K，則成形後之密度未充分提高。推測其原因為：若上述溫度超過T_x1-100K，則開始部分之結晶化，又，由於結晶化速度較快，故而粒子開始硬化。相對於此，關於專利文獻4之Fe-B系之非晶質材料，即便為加熱至結晶化溫度附近後進行加壓之方法，密度亦提高。因此，若不將加壓前之原料之溫度保持於T_x1-100K以下則無 法獲得高密度之壓粉磁芯之現象係本發明中所使用之合金系特有者，係於關於本發明之研究中首次明確者。考慮該現象之原因為：本發明中所使用之合金系具有與其他合金相比結晶化所需之時間較短之特性。

又，於本發明中施加成形壓力時之非晶質粉末之溫度為T_x1-100K以下，故而加壓開始時之該非晶質粉末之硬度較高。然而，若如上所述般使用滿足AD≧2.8+0.005×D₅₀之關係之粒子形狀之非晶質粉末，則即便於粒子之硬度較高之狀態下進行加壓，亦抑制粒子表面之絕緣被覆之破壞，故而保持較高之電阻。因此，於使用滿足AD≧2.8+0.005×D₅₀之關係之非晶質粉末之情形時，可獲得更高密度、且電阻極高、進而適合作為壓粉磁芯之成形體。

<加熱>

繼而，於施加上述成形壓力之狀態下，將被覆粉末加熱至T_x1-50K以上且未滿T_x2之最高到達溫度。進行上述加熱之方法並無特別限定，例如可使用：通電加熱(直流、脈衝等)法、利用安裝至模具內部之電加熱器等熱源之方法、將模具安裝至加熱室中而自外側進行加熱之方法等各種方法。若溫度到達T_x1-50K，則非晶質之構造緩和開始，此時非晶質粉末軟化，故而成形體之密度提高。若溫度超過T_x1，則第1結晶化開始，粒子進而軟化，故而成形體之密度進一步提高。另一方面，若溫度成為T_x2以上，則硼化物等第2相析出而軟磁特性劣化，故而於本發明中，將最高到達溫度設為未滿T_x2。上述最高到達溫度係設為△T=T_x2-T_x1，較佳為設為T_x2-0.4△TK以下，更佳為設為T_x2-0.6△TK以下，進而較佳為 設為T_x2-0.8△TK以下。

於本發明中，可於經加熱至上述最高到達溫度後，於施加有上述成形壓力之狀態下於上述最高到達溫度保持任意之時間。然而，若上述保持時間過長，則有α-Fe結晶粒粗大化，或硼化物等第2相部分地晶化之情形。因此，上述保持時間較佳為設為120分鐘以下，更佳為設為100分鐘以下。另一方面，上述保持時間之下限並無特別限定，較佳為設為1分鐘以上，更佳為設為5分鐘以上。

<熱處理>

於本發明中，亦可將上述步驟中經壓粉成形之壓粉磁芯進而於T_x1以上且T_x2以下之溫度範圍內進行熱處理。可藉由上述熱處理而使奈米結晶化進一步進行，進一步改善軟磁特性。

<軟磁性壓粉磁芯>

於本發明中，藉由如以上般於既定之條件下進行加壓、加熱，可獲得壓粉密度為78%以上、結晶度為40%以上、且α-Fe微晶尺寸為50nm以下之軟磁性壓粉磁芯。上述壓粉密度較佳為設為80%以上，更佳為設為85%以上，進而較佳為設為90%以上。另一方面，上述壓粉密度之上限並無特別限定，可為100%，亦可為99%以下。上述結晶度之上限並無特別限定，通常可為60%以下，亦可為55%以下，亦可為50%以下。上述α-Fe微晶尺寸較佳為設為40nm以下，更佳為設為30nm以下，進而較佳為設為25nm以下。另一方面，上述α-Fe微晶尺寸之下限並無特別限定，越低越好，通常可 為10nm以上，亦可為15nm以上。

再者，此處所謂壓粉密度，係指將由壓粉磁芯(成形體)之尺寸與重量所算出之密度除以由組成與被覆量所決定之被覆粉末之真密度並以百分率表示者。又，所謂α-Fe微晶尺寸，係指由α-Fe(110)面之X射線繞射峰之半高寬β，使用謝樂之式D=0.9λ/βcosθ所算出之微晶徑D(nm)。此處，λ係X射線之波長(nm)，θ係α-Fe(110)面之繞射角，2θ=52.505°。軟磁性壓粉磁芯之結晶度可利用與上述非晶質粉末之結晶度相同之方法進行測定。

(實施例)

繼而，根據實施例進而具體地說明本發明。以下之實施例係表示本發明之較佳之一例者，本發明不受該實施例之任何限定。

(非晶質粉末之製作)

將作為原料之電解鐵、矽鐵合金、磷鐵合金、鐵硼合金、及電解銅以成為既定之比率之方式稱量。將上述原料進行真空熔解而獲得鋼液，將所獲得之鋼液於氬氣環境中進行水霧化，製作表1所示之組成之非晶質粉末。再者，No.3-1~3-4、及No.6-1~6-3之非晶質粉末係分別使用相同組成之鋼液所製作者，但藉由調整水霧化條件及霧化後之分級條件，而使平均粒徑D₅₀及表觀密度AD變化。又，No.3-4之非晶質粉末係將使藉由水霧化所獲得之粉末於網眼53μm之篩下分級所得者、與使相同粉末於網眼106μm與75μm之篩之間分級所得者，以重量比50：50進行混合所得。因此，上述No.3-4之非晶質粒子係具有於粒度分佈中存在兩個峰之二峰性 之粒度分佈。再者，於本實施例中所使用之水霧化裝置及分級裝置中，於欲將平均粒徑調整為1μm以下之情形時，良率極端降低，製作僅壓粉成形而進行評價之數量較為困難。

(實施例1)

為了調查加壓、加熱條件之影響，對相同之被覆粉末於各種條件下進行加壓、加熱，評價所獲得之軟磁性壓粉磁芯之密度或結晶狀態。具體之順序係如下所述。

作為非晶質粉末，使用第1結晶化開始溫度T_x1為454℃、第2結晶化開始溫度T_x2為567℃之No.1之非晶質粉末，於上述非晶質粉末之表面形成絕緣被覆。上述絕緣被覆係於利用二甲苯將聚矽氧樹脂(Dow Corning Toray製作之SR2400)稀釋而成之溶液中，浸漬上述非晶質粉末後，使二甲苯揮發而形成。上述聚矽氧樹脂之被覆量係設為非晶質粉末每100重量份中聚矽氧樹脂固形份1重量份。若將該樹脂被覆量換算為體積分率，則相對於非晶質粉末100體積份而相當於約6體積份。

對於以如上之方式所獲得之被覆粉末，按照以下之順序進行成形壓力之施加、與加熱。首先，於作為內徑15mm之圓筒狀之模具內，於自該模具之下側安裝衝頭之狀態下填充上述被覆粉末後，自上側安裝衝頭並施加1GPa之加壓力。繼而，於施加有上述加壓力之狀態下，將上下衝頭作為電極而使直流通電，以10℃/分鐘之速度升溫至既定之最高到達溫度。到達最高到達溫度後，於該溫度保持既定時間，繼而冷卻至第1結晶化開始溫度以下後，將壓粉成形體自模具中抽出。將上述成形壓力施加時之溫度、最高到 達溫度、及上述最高到達溫度下之保持時間示於表2。

測定所獲得之軟磁性壓粉磁芯之壓粉密度、結晶度、及微晶尺寸。測定結果係如表2所示般。又，藉由X射線繞射所評價之α-Fe以外之第2相產生之有無亦一併示於表2。再者，此處壓粉密度係藉由將由軟磁性壓粉磁芯之尺寸與重量所算出之密度除以由組成與被覆量所決定之被覆粉末之真密度而求出。

於滿足本發明之條件之成形條件No.2~7、9、11、及14中，均獲得了78%以上之壓粉密度、及40%以上之結晶度。又，於該等發明例中，微晶尺寸為50nm以下，又，亦未生成第2相，或即便生成亦為極少。相對於此，於最高到達溫度較低之成形條件No.1中，無法獲得充分之壓粉密度，結晶度亦較低。又，於最高到達溫度較高之成形條件No.8中，第2相之生成顯著。於施加成形壓力時之溫度較高之成形條件No.10中，無法獲得充分之壓粉密度。於最高到達溫度之保持時間為較長之140min之成形條件No.12中，與保持時間為10min之情形相比微晶尺寸較大，亦可見極少第2相之生成。又，於成形壓力為較低之80MPa之成形條件No.13中，與成形壓力為1100MPa之情形相比壓粉密度較低。

(實施例2)

繼而，為了調查所使用之非晶質粉末之影響，對表1所示之No.1~13之各非晶質粉末於相同之條件下進行加壓、加熱，評價所獲得之軟磁性壓粉磁芯之密度等。具體之順序係如下所述。

對表1所示之No.1~13之各非晶質粉末，以與實施例1相同之條件形成由聚矽氧樹脂構成之絕緣被覆，獲得被覆粉末。繼而，對於所獲得之被覆粉末，將成形條件固定為表2之No.3之條件，除此以外，以與實施例1相同之方法成形，製作軟磁性壓粉磁芯。測定所獲得之各軟磁性壓粉磁芯之壓粉密度、微晶尺寸、及比電阻。將測定結果示於表3。此處，壓粉密度係利用上述之方法而求出。又，比電阻係利用四端子法進行測定。

如由表3所示之結果可知，藉由利用滿足本發明之條件之方法進行加壓、加熱，於使用任一種非晶質粉末之情形時，均可獲得78%以上之壓粉密度、40%以上之結晶度、及50nm以下之微晶尺寸。

再者，於使用表觀密度AD(Mg/m³)、與平均粒徑D₅₀(μm)滿足AD≧2.8+0.005×D₅₀之關係之非晶質粉末之No.1~4及6~18中，可獲得充分高之1000μΩm以上之比電阻。考慮其原因為：由於非晶質粉末之球狀度較高，故而由存在於粒子表面之突起所導致之絕緣被膜之破壞得到抑制。又，於使用非晶質粉末No.3-4之No.6中，可獲得與其他情形相比較高之壓粉密度。考慮其原因為：由於非晶質粉末No.3-4具有二峰性粒度分佈，故而填充率較高。再者，於使用非晶質粉末No.6-3之No.11中，壓粉密度 之不均較大。考慮其原因為：非晶質粉末No.6-3之平均粒徑D₅₀超過100μm，結果產生粒度偏析。又，於使用No.10與No.13之非晶質粉末之No.15、18中，與其他情形相比壓粉密度較低。考慮其原因為：成形前之非晶質粉末之結晶度超過20%，處於無法充分引起伴隨非晶質緩和或結晶化之軟化現象之狀態。

再者，於No.6及No.6-1中，使用具有二峰性粒度分佈之No.3-4之非晶質粉末。然而，於No.6中，對所有非晶質粉末均以與實施例1相同之方法實施樹脂被覆，相對於此，於No.6-1中，對於網眼106μm與75μm之篩之間分級所得之粉末以與實施例1相同之方法實施樹脂被覆，對於網眼53μm之篩下分級所得之粉末未實施被覆。關於上述方面以外，No.6與No.6-1係設為相同之條件。其結果為，雖然No.6-1之壓粉磁芯之比電阻稍低於No.6，但成為接近1000μΩm之值。

於表3之No.1-1~No.1-3中，將平均粒徑約1μm之羰基鐵粉混合於非晶質粉末No.1中使用，除此以外，以與No.1相同之條件製作壓粉磁芯。再者，所謂羰基鐵粉，係指藉由五羰基鐵之熱分解所獲得之純鐵粉。上述羰基鐵粉之添加量係相對於非晶質粉末No.1與上述羰基鐵粉之合計質量，設為2質量%(No.1-1)、4質量%(No.1-2)、及6質量%(No.1-3)。No.1-1及1-2之壓粉密度與No.1相比較高，相對於此，No.1-3之壓粉密度與No.1相比較低。

Claims (13)

1. 一種軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其係準備被覆粉末，該被覆粉末具有由Fe-B-Si-P-C-Cu系合金、Fe-B-P-C-Cu系合金、Fe-B-Si-P-Cu系合金、或Fe-B-P-Cu系合金構成，且具有第1結晶化開始溫度T_x1及第2結晶化開始溫度T_x2之非晶質粉末，及形成於上述非晶質粉末之表面之被覆；對於上述被覆粉末、或上述被覆粉末與上述非晶質粉末之混合物，於T_x1-100K以下之溫度施加成形壓力；及於施加有上述成形壓力之狀態下，加熱至T_x1-50K以上且未滿T_x2之最高到達溫度。
2. 如請求項1之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中，上述非晶質粉末具有以原子%計由如下成分構成之組成：Fe：79%以上且86%以下；B：4%以上且13%以下；Si：0%以上且8%以下；P：1%以上且14%以下；C：0%以上且5%以下；Cu：0.4%以上且1.4%以下；及不可避免之雜質。
3. 如請求項2之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中，取代Fe之一部分，上述組成含有合計3原子%以下之選自由Co、Ni、Ca、Mg、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W、Cr、Al、Mn、Ag、Zn、Sn、As、Sb、Bi、Y、N、O、S、及稀土類元素所組成之群組中之至少1種。
4. 如請求項1至3中任一項之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中，上述非晶質粉末之平均粒徑D₅₀為1~100μm。
5. 如請求項1至4中任一項之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中，上述非晶質粉末之表觀密度AD(Mg/m³)、與平均粒徑D₅₀(μm)滿足AD≧2.8+0.005×D₅₀之關係。
6. 如請求項1至5中任一項之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中，上述非晶質粉末之結晶度為20%以下。
7. 如請求項1至6中任一項之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中，於上述非晶質粉末或上述被覆粉末中混合結晶性軟磁性粉末。
8. 如請求項1至7中任一項之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中，上述成形壓力為100~2000MPa，且被定義為於經加熱至上述最高到達溫度後於施加有上述成形壓力之狀態下於上述最高到達溫度保持之時間的保持時間為120分鐘以下。
9. 如請求項1至8中任一項之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中，上述加熱係藉由通電加熱而進行。
10. 如請求項1至8中任一項之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中，上述加熱係使用設置於施加上述成形壓力所使用之模具之內部及外部之至少一者之加熱源進行。
11. 如請求項1至8中任一項之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中，上述加熱係藉由如下兩者而進行：通電加熱；及使用設置於施加上述成形壓力所使用之模具之內部及外部之至少一者之加熱源之加熱。
12. 如請求項1至11中任一項之軟磁性壓粉磁芯之製造方法，其中，於施加上述成形壓力之前，將上述非晶質粉末以70%以下之填充率進行預備成形。
13. 一種軟磁性壓粉磁芯，其係利用請求項1至12中任一項之方法所製造，壓粉密度為78%以上，結晶度為40%以上，α-Fe微晶尺寸為50nm以下。