TW201802262A - 軟磁性金屬粉末及鐵粉芯 - Google Patents

Abstract

一種軟磁性金屬粉末，其係含有由Fe-Co系合金所構成的複數個軟磁性金屬粒子之軟磁性金屬粉末，該Fe-Co系合金係含有0.50質量%以上、8.00質量%以下的Co，剩餘部分係由Fe及不可避免的不純物所形成。又，一種軟磁性金屬粉末，其係含有由Fe-Co系合金所構成的複數個軟磁性金屬粒子之軟磁性金屬粉末，Fe-Co系合金係含有0.50質量%以上、8.00質量%以下的Co，0.01質量%以上、8.00質量%以下的Si，剩餘部分係由Fe及不可避免的不純物所形成。依照本發明，係能夠提供一種耐蝕性良好的軟磁性金屬粉末等。

Description

軟磁性金屬粉末及鐵粉芯

本發明係有關於一種軟磁性金屬粉末及鐵粉芯(dust core)。

已知有變壓器、抗流線圈(choke coil)、電感器等的線圈型電子零件，作為使用在民生及車載用等的各種電子機器的電源電路之電子零件。

此種線圈型電子零件，係具有在發揮預定的磁特性之磁性體的周圍或內部，配置有導電體亦即線圈(繞線)之構成。作為磁性體，係能夠按照需要的特性而使用各種材料。先前，在線圈型電子零件，係使用高透磁率且低電力損失之鐵氧磁體材料作為磁性體。

近年來，為了因應線圈型電子零件的進一步小型化、大電流化，係使用相較於鐵氧磁體材料，飽和磁束密度較高、即便在高磁場下亦具有良好的直流重疊特性(DC superimposition characteristics)之軟磁性金屬材料作為磁性體。例如，能夠將含有軟磁性金屬粒子之軟磁性金屬粉末壓縮成形，而得到作為磁性體之磁芯(core)。

作為軟磁性金屬材料，可例示純鐵、Fe-Si系合金等。因為該等材料係以Fe作為主成分之金屬，所以必須提高 絕緣性或耐蝕性(特別是對氧化之耐蝕性)。先前，作為確保絕緣性或耐蝕性之方法，係對軟磁性金屬粒子，進行設置由有機物或無機物構成之絕緣被膜。

但是，將軟磁性金屬粉末壓縮成形時，該等被膜係有因軟磁性金屬粒子的變形、與模具的摩擦等而剝離之虞。其結果，成為壓縮成形後的鐵粉芯的絕緣性及耐蝕性低落之問題。

因此，例如在專利文獻1，係記載藉由設為在Fe添加Co與Al、Si、Cr等的元素而成之粒子作為軟磁性金屬粒子，以確保絕緣性。

又，專利文獻2，係記載藉由設為在Fe添加Cr及Mn、與Si、Al等的元素而成之粒子作為軟磁性金屬粒子，以提升耐蝕性。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2008-297622號公報

[專利文獻2]日本特開2003-160847號公報

本發明係鑒於此種實際情況而進行，其目的係提供一種耐蝕性良好的軟磁性金屬粉末等。

本發明者等，係針對由以鐵作為主成分的合金所 構成之軟磁性金屬材料的耐蝕性、特別是對氧化之耐蝕性，進行研討，其結果，發現在如濕度高的環境等存在水分的氧化環境下，藉由將Co含量控制在特定範圍，即便不依賴通常被使用作為提升耐蝕性之Cr，軟磁性金屬材料亦能夠顯示良好的耐蝕性，而完成了本發明。

又，發現藉由除了Co以外，亦使用Si且將其含量控制在特定範圍，金屬材料係顯示良好的軟磁特性及耐蝕性，而完成了本發明。

亦即，本發明的第1態樣係

[1]一種軟磁性金屬粉末，其係含有由Fe-Co系合金所構成的複數個軟磁性金屬粒子之軟磁性金屬粉末，前述Fe-Co系合金係含有0.50質量%以上、8.00質量%以下的Co，剩餘部分係由Fe及不可避免的不純物所形成。

上述的軟磁性金屬粉末，即便在如水分存在的氧化環境下，亦能夠不依賴Cr而對氧化顯示良好的耐蝕性。而且，有關含有Cr時變差之飽和磁化等，因為Co係在常溫顯示強磁性，所以能夠發揮預定的磁特性。

[2]如[1]所述之軟磁性金屬粉末，其中含有1.00質量%以上、4.00質量%以下的Co。

藉由使Fe-Co系合金之Co的含量比例成為上述範圍，能夠進一步提升上述的效果。

[3]如[1]或[2]所述之軟磁性金屬粉末，其中前述Fe-Co系合金係進一步含有0.50質量%以上、8.00質量%以下的Si。

有關飽和磁化等，藉由上述的軟磁性金屬粉末係以上述範圍而含有Si，在發揮預定的磁特性之同時，能夠減低保磁力。

本發明的第2態樣係一種鐵粉芯，係由如[1]至[3]項中任一項所述之軟磁性金屬粉末所構成。

因為上述的鐵粉芯係使用上述的軟磁性金屬粉末而構成，所以除了對氧化具有良好的耐蝕性以外，有關直流重疊特性等，亦能夠得到預定的磁特性。而且，使用含有Si之軟磁性金屬粉末而構成鐵粉芯時，有關磁滯損失(Hysteresis loss)之磁特性亦能夠成為良好。

第1圖係顯示在本發明的實施例及比較例，Co含量與軟磁性金屬粉末的耐蝕性之關係之圖表。

第2圖係顯示在本發明的實施例及比較例，Co含量與鐵粉芯的耐蝕性之關係之圖表。

[用以實施發明之形態]

以下，基於具體的實施形態，依照以下的順序而詳細地說明本發明。

1.軟磁性金屬粉末

2.鐵粉芯

3.軟磁性金屬粉末的製造方法

4.鐵粉芯的製造方法

5.本實施形態的效果

(1.軟磁性金屬粉末)

本實施形態之軟磁性金屬粉末，係複數個軟磁性金屬粒子的集合體。在本實施形態，軟磁性金屬粒子係由Fe-Co系合金所構成。作為Fe-Co系合金，第1可例示含有0.50質量%以上、8.00質量%以下的Co，剩餘部分係由Fe及不可避免的不純物所形成之Fe-Co合金。

認為該Fe-Co合金係藉由含有Co，能夠在粒子表面形成薄的含有Co之氧化被膜，而阻礙腐蝕的進行。

因而，含有由此種Fe-Co合金所構成的軟磁性金屬粒子之軟磁性金屬粉末，係能夠使在如水分存在的氧化環境下之耐蝕性成為良好。而且有關飽和磁化等，亦能夠發揮預定的磁特性。其結果，例如，能夠適合於抑制在粉末製造時鏽(氧化被膜)的發生、軟磁性金屬粉末在室外等的多濕環境下的氧化。而且，藉由使用該軟磁性金屬粉末而構成鐵粉芯等的磁性磁芯，能夠得到對氧化之耐蝕性為良好、且具有預定的磁特性之線圈型電子零件等。

在Fe-Co合金，Co的含量為0.50質量%以上，較佳為1.00質量%以上。Co太少時，有耐蝕性變差之傾向。

又，在Fe-Co合金，Co的含量為8.00質量%以下，較佳為4.00質量%以下。Co太多時，雖然耐蝕性良好，但是保磁力變為太高，作為線圈型電子零件等磁性體的原料係有不佳之傾向。

作為本實施形態之Fe-Co系合金，第2可例示含有0.50質量%以上、8.00質量%以下的Co，0.50質量%以上、8.00質量%以下的Si，剩餘部分為由Fe及不可避免的不純物所形成之Fe-Co-Si合金。認為藉由該Fe-Co-Si合金亦含有Co及Si，能夠在粒子表面形成薄的含有Co或Co及Si之氧化被膜，而阻礙腐蝕的進行。

因而，與Fe-Co合金同樣地，含有由此種Fe-Co-Si合金所構成的軟磁性金屬粒子之軟磁性金屬粉末，係能夠使在如水分存在的氧化環境下之耐蝕性成為良好。而且有關飽和磁化等，亦能夠發揮預定的磁特性。其結果，例如，能夠適合於抑制在粉末製造時鏽(生氧化被膜)的發生、軟磁性金屬粉末在室外等的多濕環境下產生氧化。而且，藉由使用該軟磁性金屬粉末而構成鐵粉芯等的磁性磁芯，能夠得到對氧化之耐蝕性良好，且具有預定的磁特性之線圈型電子零件等。特別是相較於含有由Fe-Co合金所構成的軟磁性金屬粒子之軟磁性金屬粉末，含有由Fe-Co-Si合金所構成的軟磁性金屬粒子之軟磁性金屬粉末，雖然其飽和磁化等的磁特性有略遜一籌之傾向，但是有保磁力較小之傾向。

在Fe-Co-Si合金，Co含量為0.50質量%以上，較佳為1.00質量%以上。Co太少時，有耐蝕性變差之傾向。

又，在Fe-Co-Si合金，Co含量為8.00質量%以下，較佳為4.00質量%以下。Co太多時，雖然耐蝕性良好，但是保磁力變為太高，作為線圈型電子零件等磁性體的原料係有不佳之傾向。

而且，在Fe-Co-Si合金，Si含量為0.50質量%以上，較佳為3.00質量%以上。藉由含有Si而能夠減低保磁力。

又，在Fe-Co-Si合金，Si含量為8.00質量%以下，較佳為6.55質量%以下。Si太多時，雖然保磁力的減低效果變大，但是因為飽和磁化等的磁特性有變差之傾向，作為線圈型電子零件等磁性體的原料係有不佳之傾向。

上述的Fe-Co系合金(Fe-Co合金及Fe-Co-Si合金)，通常含有不可避免的不純物。該不可避免的不純物，係在目標物(在本實施形態為軟磁性金屬粉末)的原料、或製造過程等混入而殘留在目標物之微量成分，而且能夠以不會對目標物的預定特性造成影響之程度含有。

因此，雖然從目標物的純度之觀點而言，不可避免的不純物係以除去為佳，但是考慮除去所需要的成本等、及與所需要的特性之平衡，不可避免的不純物係為能夠容許在目標物殘留預定量之成分。

在本實施形態，可例示C、P、S、N、O等作為不可避免的不純物。

又，有關本實施形態之Fe-Co系合金，作為Si以外的添加元素，例如，可考慮Al等，但是有關飽和磁化等，該等元素係有預定的磁特性變差之傾向，因而不佳。

本實施形態之軟磁性金屬粉末的平均粒徑(D50)，係按照用途而選擇即可。在本實施形態，平均粒徑(D50)係以1~100μm的範圍內為佳。藉由使軟磁性金屬粉末的平均粒徑成為上述的範圍內，維持充分的成形性或預定的磁特性係為容易 的。作為平均粒徑的測定方法，係沒有特別限制，以使用雷射繞射散射法為佳。又，構成軟磁性金屬粉末之軟磁性金屬粒子的形狀係沒有特別限制。

(2.鐵粉芯)

本實施形態之鐵粉芯係由上述的軟磁性金屬粉末所構成，只要以具有預定形狀的方式形成，就沒有特別限制。在本實施形態，該鐵粉芯係含有該軟磁性金屬粉末及結合劑，構成該軟磁性金屬粉末之軟磁性金屬粒子彼此藉由結合劑而結合，且被固定成為預定的形狀。又，該鐵粉芯，亦可由上述軟磁性金屬粉末與其它磁性粉末的混合粉末所構成，而形成預定的形狀。

因為此種鐵粉芯係由上述軟磁性金屬粉末所構成，所以除了對氧化之耐蝕性良好以外，有關直流重疊特性等，亦能夠發揮預定的磁特性。

(3.軟磁性金屬粉末的製造方法)

接著，說明製造上述軟磁性金屬粉末之方法。在本實施形態，軟磁性金屬粉末係能夠使用與習知軟磁性金屬粉末的製造方法同樣的方法而得到。具體而言，能夠使用氣體霧化法、水霧化法、旋轉盤法等而製造。該等之中，從容易得到具有需要的磁特性之軟磁性金屬粉末的觀點而言，係以使用氣體霧化法為佳。

因為本實施形態之軟磁性金屬粉末係如上述，即便在水分存在的氧化環境下亦具有良好的耐蝕性，所以在使用水霧化法製造粉末時，亦能夠有效地抑制生鏽。

在水霧化法或氣體霧化法，係使熔融後的原料(熔融金屬)通過設置在坩堝底部之噴嘴，以線狀連續的流體之方式供給，對所供給的熔融金屬吹附高壓的水或氣體，使熔融金屬液滴化之同時，急速冷卻而得到微細的粉末。

在本實施形態，係將Fe的原料、Co的原料及Si的原料進行熔融，將該熔融物藉由使用水霧化法或氣體霧化法進行微粉化，而能夠製造本實施形態之軟磁性金屬粉末。

(4.鐵粉芯的製造方法)

在本實施形態，係使用如此進行而得到的軟磁性金屬粉末，而製造鐵粉芯，作為磁芯的製造方法，係沒有特別限制，能夠採用習知的方法。首先，將軟磁性金屬粉末與作為結合劑之習知的黏結劑混合，而得到混合物。又，亦可視需要而將所得到的混合物製成造粒粉。然後，將混合物或造粒粉填充至模具而進行壓縮成形，以得到具有預定製造的磁性體(磁芯)的形狀之成形體。藉由對所得到的成形體進行熱處理，而得到將軟磁性金屬粒子固定而成之預定形狀的鐵粉芯。藉由將繞線捲繞在所得到的鐵粉芯預定次數，而能夠得到電感器等的線圈型電子零件。

又，亦可將上述混合物或造粒粉、與將繞線捲繞預定次數而形成的空心線圈，填充至模具且進行壓縮成形，而得到在內部埋設有線圈之成形體。藉由對所得到的成形體進行熱處理，而能夠得到埋設有線圈之預定形狀的鐵粉芯。因為此種鐵粉芯係在其內部埋設有線圈，所以具有作為電感器等的線圈型電子零件之功能。

(5.本實施形態的效果)

在從上述的(1)至(4)所說明之本實施形態，係使用Fe-Co合金粒子或Fe-Co-Si合金粒子來構成在軟磁性金屬粉末所含有的軟磁性金屬粒子，且將Co及Si的含量範圍設為特定範圍。

藉由如此進行，本實施形態之軟磁性金屬粉末，不必依賴通常被使用作為提升耐蝕性的元素之Cr，亦能夠使對氧化之耐蝕性提升。因此，在藉由水霧化法製造粉末時，能夠抑制粉末的氧化(生鏽)。又，即便如水分存在的多濕環境下，亦能夠抑制粉末的氧化(生鏽)。而且，因為不是使飽和磁化等的磁特性變差之Cr，而是含有在常溫顯示強磁性之Co，所以亦能夠使飽和磁化等的磁特性成為良好。

又，藉由除了Co以外，亦在特定範圍內含有Si，在抑制飽和磁化等的低落而維持預定的磁特性之同時，能夠減低保磁力。

又，本實施形態之鐵粉芯，係藉由使用本實施形態之軟磁性金屬粉末而構成，對氧化之耐蝕性係成為良好。因此，即便在如水分存在的多濕環境下，亦能夠抑制在磁芯表面生鏽，且不損害磁芯所具有的磁特性，而且有關直流重疊特性等，亦能夠發揮預定的磁特性。又，針對含有由Fe-Co-Si合金粒子之軟磁性金屬粉末所構成之鐵粉芯，因為能夠減低保磁力，所以能夠減低磁滯損失。

以上，說明了本發明的實施形態，但是本發明係完全不被上述的實施形態限定，在本發明的範圍內亦可採用各 種態樣而改變。

[實施例]

以下，使用實施例而更詳細地說明本發明，但是本發明係不被該等實施例限定。

(實驗例1)

首先，準備Fe單體及Co單體的金屬錠、塊狀物(chunk)、或珠粒(粒子)作為原料。接著，將該等混合而收容在配置在氣體霧化裝置內之坩堝。接著，在惰性環境下，使用設置在坩堝外部的工作線圈，藉由高頻感應，而將坩堝加熱至1600℃以上為止，來將坩堝中的金屬錠、塊狀物或珠粒熔融、混合而得到熔融金屬。

接著，使1~10MPa的氣流衝撞從設置在坩堝的噴嘴之以形成線狀連續的流體之方式供給之熔融金屬，在液滴化之同時急速冷卻，藉此製造由Fe-Co合金粒子所形成之軟磁性金屬粉末。

將所得到的軟磁性金屬粉末進行篩選而調整粒度，以得到平均粒徑為25μm之軟磁性金屬粉末。

將所得的軟磁性金屬粉末丸粒化，且藉由螢光X射線分析法進行組成分析，其結果，係具有表1顯示之組成。

接著，評價所得到的軟磁性金屬粉末之磁特性及耐蝕性。磁特性係測定飽和磁化及保磁力。首先，飽和磁化係使用玉川製作所製VSM(振動試料型磁力計)而測定。在本實施例，飽和磁化係越大越佳。將結果顯示在表1。

保磁力，係將20mg的粉末添加至

6mm×5mm的 塑膠盒且將石蠟熔解、凝固使其固定而成者，使用東北特殊鋼製保磁力計(K-HC1000型)而測定。測定磁場係設為150kA/m。因為保磁力亦被粉末粒徑影響，所以不必依據絕對值來評價，在本實施例，保磁力係以越接近純鐵(比較例1a)所顯示之保磁力為越佳，若為1300A/m左右時，則為容許範圍內。將結果顯示在表1。

耐蝕性係如以下進行而評價。首先，將所得到的軟磁性金屬粉末浸漬在5%食鹽水溶液，而進行在35℃維持24小時之試驗。將試驗後的軟磁性金屬粉末使用離子交換水洗淨且使其乾燥後，從試驗前後的重量算出因生鏽(氧化)引起的重量變化，以進行耐蝕性的評價。將結果顯示在表1。又，在表1，將重量變化率為0.300%以上時，記載為「×(差)」，而判定為耐蝕性低。重量變化率為0.250%以上、小於0.300%時，記載為「△(尚可)」，而判定為具有耐蝕性。將重量變化率為0.150%以上、小於0.250%時記載為「○(良好)」，而判定為耐蝕性優異。將重量變化率小於0.150%時，記載為「◎(優良)」，而判定為耐蝕性非常優異。

接著，進行鐵粉芯的評價。熱硬化樹脂之環氧樹脂及硬化劑之醯亞胺樹脂的總量，係以相對於所得到的軟磁性金屬粉末100質量%成為4質量%之方式進行，且添加至丙酮而溶液化，將該溶液與軟磁性金屬粉末混合。混合後，將使丙酮揮發而得到的顆粒，使用355μm的篩網進行篩選。將其填充至外徑17.5mm、內徑11.0mm的環狀模具，以成形壓588MPa加壓而得到鐵粉芯的成形體。成形體重量係設為5g。將所製造 的鐵粉芯之成形體，在180℃、大氣中進行熱硬化處理3小時。

在熱硬化處理後的鐵粉芯纏繞繞線(一次繞線：50ts、二次繞線：10ts)，使用直流磁化測定裝置(METRON SK110)而測定在磁場8kA/m之磁束密度。在本實施例，磁束密度係越大越佳。將結果顯示在表2。又，直流重疊特性係使用LCR計量器(Agilent Technologies公司製4284A)及直流偏壓電源(Agilent Technologies公司製42841A)而進行測定。將結果顯示在表2。在表2，在直流重疊特性之初透磁率係設為μ₀且將μ₀降低至80%為止之磁場記載為H(μ_o×0.8)。

又，保磁力係與軟磁性金屬粉末時同樣地進行，使用保磁力計(東北特殊鋼公司製、K-HC1000型)進行測定。將結果顯示在表2。

耐蝕性係如以下進行而評價。首先，將5%食鹽水溶液對所製造的鐵粉芯之成形體進行噴霧，而進行在35℃保持24小時之試驗。將試驗後的鐵粉芯使用離子交換水洗淨且使其乾燥後，以光學顯微鏡(50倍)觀察生鏽狀況，在任意的視野內對認為生鏽的部分附加記號，且使用市售的影像解析軟體(Mountech公司製的Mac View)來計算鏽佔有的面積率。將結果顯示在表2。又，在表2，鏽佔有的面積率為10.0%以上時，記載為「×(差；bad)」，而判定為耐蝕性低。面積率為8.0%以上、小於10.0%時記載為「△(尚可；fair)」，而判定具有耐蝕性。面積率為5.0%以上、小於8.0%時，記載為「○(良好；good)」，而判定耐蝕性優異。面積率為小於5.0%時，記載為「◎(優良；excellent)」，而判定耐蝕性非常優異。

從表1，在Fe-Co合金之Co含量為上述的範圍內時，係能夠確認得到良好的耐蝕性。又，確認能夠磁特性亦良好。

另一方面，Co的含量為太少時，能夠確認耐蝕性有變差之傾向。又，Co含量太多時，能夠確認耐蝕性的提升效果有飽和之傾向且保磁力變大，因而不佳。

上述的傾向，係從顯示Co含量與軟磁性金屬粉末的耐蝕性之關係的圖表之第1圖亦清楚明白。亦即，第1圖係顯示隨著Co含量增加，耐蝕性變為良好。

又，從表2，關於鐵粉芯，亦與表1的粉體同樣地，能夠確認得到良好的耐蝕性及磁特性。上述的傾向係與第1圖同樣地，從顯示Co含量與鐵粉芯的耐蝕性之關係的圖表之第2圖亦清楚明白。

(實驗例2)

除了Fe單體及Co單體，亦使用Si單體而製成Fe-Co-Si合金作為原料，除此之外，係使用與實驗例1相同方法來製造粉末試料，而且使用與實驗例1相同的方法評價組成及粉體特性。將結果顯示在表3。

又，使用上述所製造之Fe-Co-Si合金的軟磁性金屬粉末，藉由與實驗例1相同的方法而製造鐵粉芯的試料，依照與實驗例1相同的方法而評價磁芯特性。將結果顯示在表4。

從表3，關於Fe-Co-Si合金的情況，亦與實驗例1同樣地，Co含量及Si含量為上述範圍內時，能夠確認得到良好的耐蝕性。第1圖亦顯示Si含量為6.5質量%時，隨著Co含量增加而耐蝕性變為良好。再者，能夠確認磁特性亦良好。

又，從表4，關於鐵粉芯，亦與表3的粉體同樣地，能夠確認得到良好的耐蝕性及磁特性。第2圖亦顯示Si含量為6.5質量%時，隨著Co含量增加而耐蝕性變為良好。

Claims (4)

1. 一種軟磁性金屬粉末，其係含有由Fe-Co系合金所構成的複數個軟磁性金屬粒子之軟磁性金屬粉末，前述Fe-Co系合金係含有0.50質量%以上、8.00質量%以下的Co，剩餘部分係由Fe及不可避免的不純物所形成。
2. 如申請專利範圍第1項所述之軟磁性金屬粉末，其中含有1.00質量%以上、4.00質量%以下的Co。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之軟磁性金屬粉末，其中前述Fe-Co系合金係進一步含有0.50質量%以上、8.00質量%以下的Si。
4. 一種鐵粉芯，係由如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之軟磁性金屬粉末所構成。