TWI544503B

TWI544503B - 磁心的製造方法

Info

Publication number: TWI544503B
Application number: TW104140240A
Authority: TW
Inventors: 野口伸; 西村和則; 三原敏男
Original assignee: 日立金屬股份有限公司
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2016-08-01
Also published as: JPWO2015108059A1; US9805855B2; TW201611048A; KR20160110372A; CN105917422A; JP6447937B2; JP2017168844A; JP6194022B2; KR102091592B1; JP2017168845A; WO2015108059A1; EP3096333B1; TWI520161B; US20160336104A1; EP3096333A4; JP6447938B2; CN105917422B; TW201539493A; EP3096333A1

Description

磁心的製造方法

本發明是有關於一種包含Fe基軟磁性合金粒的磁心、及對所述磁心實施繞線而成的線圈（coil）部件。

以往，在家電設備、工業設備、車輛等多種用途中，使用有電感器（inductor）、變壓器（transformer）、扼流圈（choke）等線圈部件。線圈部件包含磁心及捲繞在磁心周圍的線圈。所述磁心廣泛使用磁特性、形狀自由度、價格優異的鐵氧體（ferrite）磁心。

近年來，電子設備等電源裝置的小型化發展的結果為，強烈要求小型、薄型、且對大電流亦可使用的線圈部件，從而開始採用使用與鐵氧體相比飽和磁通密度高的金屬系磁性粉末的磁心。作為金屬系磁性粉末，使用有例如純Fe、或Fe-Si系、Fe-Al-Si系、Fe-Cr-Si系等的Fe基磁性合金粒。

Fe基磁性合金的飽和磁通密度例如為1 T以上，使用其的磁心即便小型化亦具有優異的重疊特性。另一方面，認為所述磁心由於含有大量Fe，故而容易生鏽，且由於比電阻小而渦電流損失大，故而在超過100 kHz的高頻用途中，若不利用樹脂或玻璃（glass）等絕緣物包覆合金粒便難以使用。因此，Fe基磁性合金粒有如下情況：由於經由所述絕緣物而結合，故而磁心的強度受絕緣物的強度影響，與鐵氧體磁心相比強度變差。

作為不對合金粒進行玻璃包覆等絕緣處理且改善比電阻與強度的磁心，在專利文獻1中揭示有利用以Fe為主成分的氧化物將Fe-Si合金粉末粒子相互結合而成的磁心，所述Fe-Si合金粉末粒子中Si為3.0%～7.0%，C為0.02%以下，其餘為Fe。所述文獻中，使Fe-Si合金粉末粒子成為成形體，將該成形體保持在加熱水蒸氣中且保持在500℃至600℃的範圍，藉此，使鐵與水蒸氣反應而形成將Fe-Si合金粉末粒子相互結合的氧化膜。所述氧化膜在表面具有厚的Fe₃ O₄ 的層，在其內側具備Fe₂ O₃ 、矽酸鐵、SiO₂ 混合存在的層。氧化膜均包含比電阻高的物質，因此，會提高磁心的比電阻，且確保強度。

另外，在專利文獻2中揭示有如下磁心：在氧化性環境中對具有100 nm以下的表面氧化覆膜且以Fe、Al及Si為主成分的合金粉末進行熱處理，藉此，在壓縮成形時表面氧化覆膜破損之處進而形成氧化鋁（alumina）的氧化層，從而使合金粉末間的絕緣可靠而使渦電流損失降低。

另外，在專利文獻3中揭示有如下磁心：在400℃至900℃下對包含軟磁性合金的粒子群的成形體進行熱處理，使粒子彼此經由利用所述熱處理所形成的氧化層而結合，從而使比電阻為1×10^-3 Ω·cm（1×10^-1 Ω·m）以上，使三點彎曲斷裂應力為1.0 kgf/mm² （9.8 MPa）以上，所述軟磁性合金的粒子群含有Fe及Si與作為較Fe更易氧化的金屬元素的Cr或Al。

另外，在引用文獻4中揭示有如下磁性體：在800℃以上的氧化性環境中對Fe-Cr-Al系磁性粉末進行加熱處理，而在表面自生成含有以質量%計為20%以上的氧化鋁的氧化皮膜，進而在真空腔室（chamber）內利用放電電漿（plasma）燒結使加熱處理後的粉末固化成形而成，所述Fe-Cr-Al系磁性粉末含有以質量%計為1.0%～30.0%的Cr、1.0%～8.0%的Al且其餘部分實質上包含Fe。所述磁性體在馬達（motor）的定子或轉子等交流磁場中使用。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開昭57-114637號公報 [專利文獻2]日本專利特開2001-11563號公報 [專利文獻3]日本專利特開2011-249774號公報 [專利文獻4]日本專利特開2005-220438號公報

[發明所欲解決之問題]

以往的使用金屬系磁性粉末（軟磁性合金粒）的磁心與鐵氧體磁心相比飽和磁通密度高，因此，即便使磁心小型化亦獲得優異的重疊特性。然而，專利文獻1的磁心的比電阻僅為160 μΩ·cm（1.6×10^-6 Ω·m）左右。而且，若長時間接觸空氣，合金粉末粒子會被氧化而生鏽，因此，需要樹脂包覆等防鏽處理。

專利文獻2的磁心是使用表面具有氧化覆膜（絕緣層）的合金粉末而製造，但完全未揭示所述氧化覆膜為何種或合金粉末間的結合如何進行。另外，認為氧化鋁的氧化層結合而相連的部分（頸（neck）部）亦極其具有限定性，推斷無法期待磁心的強度的提高。

專利文獻3的磁心根據實施例所記載的熱處理條件，雖獲得超過可在磁心的表面直接形成電極的1×10³ Ω·m的優異比電阻，但斷裂應力甚至未達100 MPa，與鐵氧體磁心為同程度的強度。雖藉由提高熱處理溫度而設為1000℃，斷裂應力會提高為20 kgf/mm² （196 MPa），但比電阻明顯下降為2×10² Ω·cm（2 Ω·m），而並未獲得高比電阻與超過鐵氧體磁心的強度。另外，在鹽水噴霧試驗中追求優異的防鏽性能，從而引用文獻2或引用文獻3的磁心也有需要進一步提高防鏽處理的情況。

專利文獻4的製法中所採用的放電電漿燒結需要複雜的設備及大量處理時間。而且，加熱處理後的磁性粉末易凝集，需要進行粉碎的步驟，從而步驟繁雜。在實施例中，顯示利用氧化皮膜而使電阻提高2.5倍左右，但電阻值本身不論有無氧化皮膜均僅為數mΩ左右，從而無法滿足在高頻用途中的使用或在磁心的表面直接形成電極的情況。

因此，本發明的目的在於提供一種磁心及使用其的線圈部件，所述磁心的比電阻或強度、防鏽性優異，易於進行成形與熱處理，且生產性優異。 [解決問題之手段]

所述目的可藉由如下所述的本發明而達成。即，本發明的磁心具有Fe基軟磁性合金粒經由粒界相連而成的組織，其特徵在於：所述Fe基軟磁性合金粒含有Al、Cr及Si，在將相鄰的所述Fe基軟磁性合金粒相連的粒界，形成有至少含有Fe、Al、Cr及Si的氧化物層，所述氧化物層以質量比計較所述Fe基軟磁性合金粒含有更多的Al，且具有第1區域與第2區域，所述第1區域中Al相對於Fe、Cr、Al及Si的和的比率較Fe、Cr及Si各自的比率更高，所述第2區域中Fe相對於Fe、Cr、Al及Si的和的比率較Al、Cr及Si各自的比率更高，且所述第1區域位於所述Fe基軟磁性合金粒側。

在本發明的磁心中，較佳為所述粒界具備所述第1區域夾著所述第2區域的部分或所述第1區域包圍所述第2區域的部分。

在本發明的磁心中，較佳為所述Fe基軟磁性合金粒含有3質量%以上且10質量%以下的Al、3質量%以上且10質量%以下的Cr、0.05質量%以上且1質量%以下的Si。而且，較佳為所述磁心的佔空因數（space factor）為80%～90%。

另外，本發明的線圈部件的特徵在於：使用所述本發明的磁心，且對所述磁心實施繞線而成。 [發明的效果]

根據本發明，可提供如下的磁心及使用其的線圈部件，所述磁心的比電阻或強度、防鏽性優異，易於進行成形與熱處理，且生產性優異。

以下，對本發明的磁心及線圈部件的實施方式進行具體說明，但本發明並不限定於此。圖1是表示本發明的磁心的一實施方式的外觀圖。圖2是用以對所述磁心的微小區域的組織進行說明的示意圖，所述微小區域包含Fe基軟磁性合金粒的兩粒子間的粒界。

所述磁心1具有含有Al、Cr及Si的Fe基軟磁性合金粒20經由粒界相連而成的組織。在將相鄰的Fe基軟磁性合金粒20之間相連的粒界，形成有至少含有Fe、Al、Cr及Si的氧化物層30。氧化物層30以質量比計較Fe基軟磁性合金粒20含有更多的Al，且具有如圖2所例示的第1區域30a與第2區域30b。第1區域30a為如下區域：Al相對於Fe、Cr、Al及Si的和的比率較Fe、Cr及Si各自的比率更高。第2區域30b為如下區域：Fe相對於Fe、Cr、Al及Si的和的比率較Al、Cr及Si各自的比率更高。

構成Fe基軟磁性合金粒20的非鐵金屬即Al、Cr及Si與O的親和力較Fe與O的親和力更大。若將Fe基軟磁性合金粒20壓縮成形為規定形狀，且在含氧的環境中在規定溫度下對該成形體進行退火，會形成對O的親和力大的所述非鐵金屬及Fe的氧化物，覆蓋Fe基軟磁性合金粒20的表面，進而填充粒子間的空隙。該形成的氧化物層30以質量比計較Fe基軟磁性合金粒20含有更多的Al。更詳細觀察可知，所述氧化物層30具有Al較Fe及Cr、Si更濃化的第1區域30a、與Fe較所述非鐵金屬更濃化的第2區域30b，而且，第1區域30a位於Fe基軟磁性合金粒20側，且能夠以由第1區域30a夾著第2區域30b的方式或由第1區域30a包圍第2區域30b的方式形成。在圖2所示的粒界中，第1區域30a夾著第2區域30b。

如上所述，所述氧化物層30是利用熱處理使Fe基軟磁性合金粒20與氧反應並成長而成，且是藉由超過Fe基軟磁性合金粒20的自然氧化的氧化反應而形成。在圖2的例中，在磁心1的包含兩粒子間的粒界的微小區域，第1區域30a形成於Fe基軟磁性合金粒20與氧化物層30的界面側，第2區域30b形成於氧化物層30的內側。而且，Al的比率相對較高的第1區域30a沿著Fe基軟磁性合金粒20與氧化物層30的界面延伸，且與該界面相接。另一方面，Fe的比率相對較高的第2區域30b被第1區域30a自兩側夾著，因此，與Fe基軟磁性合金粒20和氧化物層30的界面隔開，不與該界面相接。如此，第1區域30a形成於氧化物層30的厚度方向的端部，第2區域30b形成於氧化物層30的厚度方向的中央部。而且，雖未圖示，但在磁心1的包含兩粒子間的粒界的微小區域，亦有第1區域30a包圍第2區域30b的周圍的形態。雖期望磁心整體呈現此種粒界結構，但亦可局部僅為第1區域30a或存在其他形態。

Fe及非鐵金屬的氧化物與金屬單質的情況相比電阻上升。藉由在分散的Fe基軟磁性合金粒20間介置含有Fe、Al及Cr等的氧化物層30，可使該氧化物層30作為Fe基軟磁性合金粒20間的絕緣層發揮功能。進而，藉由將Fe基軟磁性合金粒20間經由顯示Al及Fe的濃化的特定的氧化物層30而結合，會使比電阻或磁心強度、防鏽性優異。比電阻較佳為1×10³ Ω·m以上。壓潰強度較佳為100 MPa以上，更佳為120 MPa以上。另外，若在磁心所要求的各特性充足的範圍，亦可局部地將Fe基軟磁性合金粒20彼此相連。

Fe基軟磁性合金粒20所使用的含有Al、Cr及Si的Fe基軟磁性合金亦有如下情況：在構成軟磁性合金的各成分中將Fe設為含有率最高的主成分，且含有Al及Cr、Si作為副成分。亦有Fe基軟磁性合金粒20中含有Si作為不可避免的雜質的情況。而且，Fe基軟磁性合金粒20能含有C或Mn、P、S、O、Ni、N等作為其他不可避免的雜質。即，Fe基軟磁性合金粒20也可含有Al、Cr及Si，且其餘部分包含Fe及不可避免的雜質。

Fe是構成Fe基軟磁性合金粒的主元素，會對Fe基軟磁性合金的飽和磁通密度等磁特性或強度等機械特性產生影響。雖亦取決於與其他非鐵金屬的平衡（balance），但Fe基軟磁性合金粒較佳為含有80質量%以上的Fe，藉此，可獲得飽和磁通密度高的軟磁性合金。

Fe基軟磁性合金粒較佳為含有3質量%以上且10質量%以下的Al。Al與Fe及其他非鐵金屬相比，與O的親和力更大。因此，大氣中的O或後述的稱為黏合劑（binder）的有機物中所含的O優先與Fe基軟磁性合金粒的表面附近的Al結合，在Fe基軟磁性合金粒的表面生成化學性穩定的Al₂ O₃ 或與其他非鐵金屬的複合氧化物等作為含有Al的氧化物。藉由欲侵入Fe基軟磁性合金粒的O與Al的反應，而接連生成含有Al的氧化物，因此，可防止O向Fe基軟磁性合金粒內的侵入，抑制雜質（O）濃度的增加，從而防止Fe基軟磁性合金的磁特性的劣化。而且，含有Al的氧化物的耐腐蝕性及穩定性優異，因此，藉由在Fe基軟磁性合金粒的表面形成Al的氧化物的層，可提高粒子間的絕緣而降低磁心的渦電流損失。進而，藉由在合金中含有Al，合金本身的比電阻亦會上升。若Al的組成量小於3質量%，有Al的氧化物形成能力不充分的情況，從而有粒子間的絕緣或防鏽效果下降的擔憂。另一方面，若Al的組成量超過10質量%，有如下情況：Fe量減少，從而飽和磁通密度或初磁導率下降、或者保磁力增加等，無法獲得所需的磁特性。

Fe基軟磁性合金粒較佳為含有3質量%以上且10質量%以下的Cr。Cr與O的親和力僅次於Al，與Al同樣地與氧結合，而生成化學性穩定的Cr₂ O₃ 或與其他非鐵金屬的複合氧化物等。另一方面，由於Al優先地形成氧化物，故而所形成的氧化物中的Cr量與Al相比易於變少。含有Cr的氧化物的耐腐蝕性及穩定性優異，因此，可提高粒子間的絕緣而降低磁心的渦電流損失。若Cr的組成量小於3質量%，有氧化物形成不充分的情況，從而有粒子間的絕緣或防鏽效果下降的擔憂。另一方面，若Cr的組成量超過10質量%，有如下情況：Fe量減少，從而飽和磁通密度或初磁導率下降、或者保磁力增加等，無法獲得所需的磁特性。

在一般的Fe基合金的精煉步驟中，為了去除作為雜質的氧O，通常使用Si作為脫氧劑。所添加的Si會作為氧化物分離，在精煉步驟中被去除，但多數情況下一部分殘留，且作為不可避免的雜質在合金中含有至多0.5質量%左右。而且，根據所使用的原料的不同，亦有在合金中含有至多1質量%左右的情況。雖可使用純度高的原料，且進行真空熔解等而精煉，但使Si小於0.05質量%會缺乏量產性，就成本方面而言亦不佳。藉此，在本發明中，較佳為將Si量設為0.05質量%～1質量%。所述Si量的範圍為如下範圍：不僅包括Si作為不可避免的雜質而存在的情況（典型而言為0.5質量%以下），亦包括少量添加Si的情況。藉由使Si量在所述範圍內，可獲得高比電阻與高壓潰強度，且可提高初磁導率，並且可降低磁心損失。初磁導率較佳為40以上，磁心損失Pcv較佳為750 kW/m³ 以下（激磁磁通密度：30 mT，頻率：300 kHz）。

Fe基軟磁性合金粒中的其他不可避免的雜質的含量分別較佳為Mn≦1質量%、C≦0.05質量%、O≦0.5質量%、Ni≦0.5質量%、N≦0.1質量%、P≦0.02質量%、S≦0.02質量%。

作為由具有此種組成的Fe基軟磁性合金製作合金粒的方法，較佳為霧化法（atomizing method）（水霧法或氣霧法等），其可高效率地製作微細的粒子，所述粒子具有以累積粒度分佈中的中值粒徑（median diameter）d50計為1 μm～100 μm的平均粒徑，尤佳為易於獲得小徑的粒子的水霧法。藉由使平均粒徑小，磁心的強度會提高，且可降低渦電流損失而改善磁心損失。所述中值粒徑d50更佳為30 μm以下，進而較佳為20 μm以下。另一方面，當平均粒徑小時磁導率易於變低，因此，中值粒徑d50較佳為5 μm以上。

根據水霧法，利用高頻加熱爐使以成為規定的合金組成的方式秤量的原料熔融，或者利用高頻加熱爐使預先以成為合金組成的方式製作的合金錠（ingot）熔融而製成熔融金屬（以下稱為「金屬熔液」），且使以高速且高壓噴射的水碰撞金屬熔液，藉此，進行微細粒化並冷卻而獲得Fe基軟磁性合金粒。

在利用水霧法而獲得的軟磁性合金粒（以下，有時稱為「水霧化粉」）的表面，以5 nm～20 nm左右的厚度呈島狀或膜狀形成有含有Al的氧化物即Al₂ O₃ 的自然氧化覆膜。所述島狀是指Al的氧化物分散存在於合金粒的表面的狀態。自然氧化覆膜亦可含有Fe的氧化物（以下，有時記為「Fe-O」）。

若在合金粒的表面形成有自然氧化覆膜，可獲得防鏽效果，因此，在對Fe基軟磁性合金進行熱處理前的期間可防止多餘的氧化。而且，亦可在大氣中保管Fe基軟磁性合金粒。另一方面，若氧化覆膜變厚，有軟磁性合金粒變硬，而妨礙成形性的情況。例如剛水霧化後的水霧化粉為被水潤濕的狀態，因此，當需要乾燥時，較佳為將乾燥溫度（例如，乾燥爐內的溫度）設為150℃以下。

所獲得的Fe基軟磁性合金粒的粒徑具有分佈，當填充至成形模具中時，粒徑大的粒子容易在粒子間形成大的間隙，故而有填充率不上升，而使壓縮成形的成形體密度降低的傾向。因此，較佳為將所獲得的Fe基軟磁性合金粒分級，去除粒徑大的粒子。作為分級的方法，較佳為使用篩分分級等。

Fe基軟磁性合金粒較佳為利用有機黏合劑將多個粒子黏結並造粒而製成顆粒。藉由使用造粒而獲得的顆粒，可提高壓縮成形時的模具內的流動性或填充性。有機黏合劑在加壓成形中使顆粒彼此黏結，對成形體賦予成形後的處理性（handling）或可抗加工的強度。黏合劑的種類並無特別限定，例如可使用聚乙烯、聚乙烯醇、丙烯酸系樹脂等各種有機黏合劑。黏合劑的添加量設為可在Fe基軟磁性合金粒間充分通過或可確保充分的成形體強度的量即可，若該添加量過多，有密度或強度下降的傾向。黏合劑的添加量較佳為例如相對於Fe基軟磁性合金粒100重量份而設為0.2重量份～10重量份。

作為造粒方法，可採用例如滾動造粒或噴霧乾燥造粒等濕式造粒方法。其中，較佳為使用噴霧乾燥機（spray dryer）的噴霧乾燥造粒，藉此，所獲得的顆粒的狀態接近球形狀，且暴露在加熱空氣中的時間短，可獲得大量顆粒。所獲得的顆粒較佳為體積密度：1.5 g/cc～2.5 g/cc，平均顆粒直徑（d50）：60 μm～150 μm。根據包含如此構成的Fe基軟磁性合金粒的顆粒，成形時的流動性優異，並且粒子間不易產生間隙，從而在模具內的填充性提昇，因此，成形體成為高密度，可獲得磁導率高的磁心。在使用噴霧乾燥機的噴霧乾燥造粒中，較佳為以不破壞退火前的氧化覆膜的方式將後述的漿料（slurry）的pH值的上限設為9.0而進行管理。

另外，為了減少加壓成形時的粉末與成形模具的摩擦，較佳為添加硬脂酸、硬脂酸鹽等潤滑材料。潤滑材料的添加量較佳為相對於Fe基軟磁性合金粒100重量份而設為0.1重量份～2.0重量份。

所述的顆粒是使用成形模具而加壓成形為規定形狀。成形後的Fe基軟磁性合金粒經由黏合劑或自然氧化覆膜而相互點接觸或面接觸，且局部隔著空隙而鄰接。加壓成形是使用油壓機或伺服壓力機（servo press）等加壓機器。根據軟磁性合金粒的形狀、顆粒的形狀、該些粒子的平均粒徑的選擇、或黏合劑及潤滑材料的效果，可提高模具內的顆粒的流動性。而且，所述Fe基軟磁性合金粒即便在1 GPa以下的低成形壓力下進行成形時，亦可獲得充分高的成形密度與成形體的壓潰強度。藉由在此種低壓下進行成形，可降低形成於Fe基軟磁性合金粒的表面的含有Al的自然氧化覆膜的破壞，從而成形體更難生鏽。成形密度較佳為5.7×10³ kg/m³ 以上，更佳為5.95×10³ kg/m³ 以上，根據所述Fe基軟磁性合金粒，即便為低壓成形亦易於獲得良好的成形密度。成形體的壓潰強度較佳為3 MPa以上。成形既可為室溫成形，根據黏合劑的材質的不同，亦可為將顆粒加熱至黏合劑不會消失的程度且黏合劑軟化的玻璃轉移溫度附近而進行的溫成形。

對於所獲得的成形體，為了緩和壓縮成形時所導入的應力應變以獲得良好的磁特性，而實施熱處理（退火）。在所述退火中，使所述黏合劑消失，並且形成氧化物層30，所述氧化物層30覆蓋Fe基軟磁性合金粒20的表面，且將相鄰的Fe基軟磁性合金粒相連。

退火可在大氣中或氧與惰性氣體的混合氣體中等存在氧的環境中進行。另外，亦可在水蒸氣與惰性氣體的混合氣體中等存在水蒸氣的環境中進行退火，但其中，在大氣中的熱處理簡便而較佳。

另外，經過熱處理的磁心的佔空因數較佳為80%～90%的範圍內，更佳為82%～90%的範圍內。藉此，可抑制設備負擔及成本負擔，且可提高佔空因數而提高磁特性。

退火後，使用掃描式電子顯微鏡（SEM/EDX：Scanning Electron Microscope/energy dispersive X-ray spectroscopy（X射線能量分散分析儀））觀察磁心的截面及研究各構成元素的分佈時，觀察到形成於Fe基軟磁性合金粒間的粒界的氧化物層30中Al濃化。使用穿透式電子顯微鏡（TEM：transmission electron microscope）觀察所述磁心的截面時，氧化物層30亦有為呈現圖2所示的多層的層狀組織的層構成的情況、或未明確觀察到層構成的情況。更詳細地進行組成分析（TEM-EDX：transmission electron microscope energy dispersive X-ray spectroscopy）時，藉由利用退火的熱處理而形成的氧化物層含有Fe、Al、Cr及Si。而且，在Fe基軟磁性合金粒的附近，就相對於Fe、Cr、Al及Si的和的比率而言，Al的比率較Fe的比率、Cr的比率及Si的比率各者更高（該區域相當於「第1區域」）。然而，在Fe基軟磁性合金粒的兩粒子間的中間部、或Fe基軟磁性合金粒所包圍的區域（三相點部），存在同樣就相對於Fe、Cr、Al及Si的和的比率而言，Fe的比率較Al的比率、Cr的比率及Si的比率各者更高的部分（該區域相當於「第2區域」）。在三相點部的Fe基軟磁性合金粒間的間隔大於兩粒子間的間隔，在此處有存在寬的第2區域，並且存在空隙的情況。

關於退火溫度，就緩和成形體的應力應變且形成所述氧化物層的觀點而言，較佳為設定為成形體成為600℃以上的溫度。若退火溫度小於600℃，有如下情況：應力應變的去除或氧化物層的形成不充分，無法獲得所需的強度或比電阻。另一方面，若退火溫度超過850℃，有如下情況：因氧化物層的局部消失或變質等而絕緣性下降，或燒結顯著進行而Fe基軟磁性合金粒彼此直接接觸，該些粒子局部相連的部分（頸部）增加，藉此，產生比電阻下降，導致磁心的渦電流損失增加等惡劣影響。另外，只要可獲得所需的比電阻或磁心損失，容許在一部分形成頸部。就所述觀點而言，較佳的退火溫度為650℃～830℃。退火溫度的保持時間根據磁心的大小、處理量、特性偏差的容許範圍等而適當設定，但較佳為0.5小時～3小時。

退火後的兩粒子間的氧化物層的平均厚度較佳為100 nm以下。所述氧化物層的平均厚度是指如下厚度：利用穿透式電子顯微鏡（TEM）以60萬倍以上觀察磁心的截面，在觀察視野內的確認到Fe基軟磁性合金粒的截面輪廓的部分，測量Fe基軟磁性合金粒間最近的部分的厚度（最小厚度）與最遠的部分的厚度（最大厚度），作為兩者的算術平均而算出的厚度。若氧化物層的厚度大，有如下情況：Fe基軟磁性合金粒間的間隔變寬，而導致磁導率下降或磁滯（hysteresis）損失增加，且含有非磁性氧化物的氧化物層所佔的比率增加，從而飽和磁通密度下降。另一方面，若氧化物層的厚度小，有因流經氧化物層的穿隧電流（tunnel current）而導致渦電流損失增加的情況，因此，氧化物層的平均厚度較佳為10 nm以上。更佳的氧化物層的平均厚度為30 nm～80 nm。

另外，在利用SEM所得的磁心的1000倍的截面觀察像中，最大直徑為40 μm以上的Fe基軟磁性合金粒的存在比率較佳為1%以下。該存在比率為如下：在觀察視野中測量四周被粒界包圍的合金粒的整體數K1與其中最大直徑為40 μm以上的合金粒數K2，將K2除以K1並以百分率表示。另外，K1及K2的測量是以最大直徑為1 μm以上的合金粒為對象而進行。藉由使構成磁心的Fe基軟磁性合金粒細小，可改善高頻特性。

利用退火而形成的氧化物層是由Fe基軟磁性合金粒自生成，因此，合金粒較退火前變小。另外，氧化物層是以填埋合金粒間的空隙的方式形成，因此，退火後的磁心自成形體稍微收縮。

線圈部件是藉由使用所述磁心且對該磁心實施繞線而獲得。即，可由所述磁心與捲繞導線而成的線圈構成線圈部件。線圈既可藉由將導線直接捲繞在磁心上而構成，亦可將導線捲繞在包含耐熱性樹脂的捲線軸（bobbin）上而構成。線圈部件例如作為扼流圈或電感器、電抗器（reactor）、變壓器等而使用。另外，亦可在磁心的表面利用鍍敷或燒附等方法形成用以將線圈的端部連接的電極。 [實施例]

接下來，對本發明的實施例進行具體說明。（1）Fe基軟磁性合金粒的準備首先，使用純度超過99.9%的Fe、Al、Cr及Si的各原料而製作錠。另外，在本實施例中，為了控制Si的雜質水平（level）而敢於使用高純度原料。利用高頻感應爐使製作成的錠熔融，利用水霧法使其粉末化而獲得Fe基軟磁性合金粒。作為錠中所含有的雜質，確認C、Mn、P及S的含量的結果為，均小於0.05質量%。而且，利用奧傑電子分光法（Auger electron spectroscopy）（日本電子製JAMP-7830F），進行形成於合金粒表面的自然氧化覆膜的鑑定。將結果示於表1。表1中，亦一併表示Fe基軟磁性合金粒的組成分析結果。就各分析值而言，Al是利用感應耦合電漿（Inductively Coupled Plasma，ICP）發光分析法分析所得的值，Cr是利用容量法分析所得的值，Si是利用吸光光度法分析所得的值。

而且，利用雷射繞射散射式粒度分佈測定裝置（堀場製作所製LA-920），而獲得各Fe基軟磁性合金粒的平均粒徑（中值粒徑d50）。另外，合金No.9具有與合金No.1相同的合金組成，且是實施過將合金粒在大氣中且在900℃下保持1小時的熱處理的合金。

[表1]

形成於Fe基軟磁性合金粒的表面的自然氧化覆膜主要為Al₂ O₃ ，除此以外，確認到Fe-O、Si氧化物（以下，有時記為「Si-O」）。

使用乾燥爐在溫度120℃下使所獲得的各Fe基軟磁性合金粒乾燥1小時。繼而，利用440目（網眼為32 μm）的篩將所獲得的Fe基軟磁性合金粒分級，獲得通過該篩的Fe基軟磁性合金粒。

（2）造粒造粒以兩種方法進行。 A.造粒方法1 利用攪拌擂潰機，相對於Fe基軟磁性合金粒100重量份，添加並混合2.5重量份的聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）（可樂麗（kuraray）股份有限公司製造的波瓦魯（POVAL）PVA-205；固體成分為10%）作為黏合劑。混合後，在120℃下乾燥10小時，使乾燥後的混合粉通過篩而獲得顆粒。將通過篩後的顆粒的平均粒徑d50設為60 μm～80 μm的範圍內。

B.造粒方法2 在攪拌裝置的容器中，投入軟磁性合金粒、作為黏合劑的PVA（可樂麗股份有限公司製造的波瓦魯（POVAL）PVA-205；固體成分為10%）、及作為溶劑的離子交換水，進行攪拌混合而製成泥漿（漿料）。漿料濃度為80質量%。相對於所述軟磁性合金粒100重量份，黏合劑設為7.5重量份。利用噴霧乾燥機在裝置內部將所述漿料噴霧，且利用被溫度調整為240℃的熱風使漿料瞬間乾燥，並自裝置下部回收成為粒狀的顆粒。為了去除所獲得的顆粒的粗大粒，而通過60目（網眼為250 μm）的篩，將通過篩後的顆粒的平均粒徑與造粒方法1同樣地設為60 μm～80 μm的範圍內。顆粒的平均粒徑是根據利用篩分法測定出的粒度分佈而求出。

相對於利用各造粒方法所獲得的顆粒100重量份，分別以0.4重量份的比率添加硬脂酸鋅，並利用容器旋轉擺動型粉體混合機進行混合而獲得成形用的顆粒。

（3）成形將所獲得的顆粒供給至模具內，使用油壓機在室溫下進行加壓成形。成形壓力設為0.74 GPa。所獲得的成形體為內徑φ7.8 mm、外徑φ13.5 mm、厚度4.3 mm的環形（toroidal）的環狀體。另外，磁心並不限定於環狀體等簡單的形狀，可成形各種形狀的磁心。所述成形體的尺寸為代表尺寸，根據供粉量或壓力偏差、顆粒的性狀等而具有偏差。

（4）退火（熱處理）將環狀的成形體配置於電爐內，以2℃/min自室溫升溫至退火溫度的500℃～900℃為止，在退火溫度下保持1小時～4小時之後，進行爐冷而獲得磁心。另外，在氧分壓不同的多種環境條件下進行退火。在熱處理的中途，進行在450℃下保持1小時的脫脂步驟，以將造粒時添加的黏合劑等有機物分解，防止碳的殘留。所獲得的磁心的代表尺寸為內徑φ7.7 mm、外徑φ13.4 mm、厚度4.3 mm。

（5）機械特性、磁特性、電氣特性的評價評價成形體與磁心的各種特性。將評價方法示於以下。 A.密度（成形體密度dg、退火後密度ds）對於製作成的圓環狀的成形體與磁心，根據它們的尺寸與質量利用體積重量法而算出密度（kg/m³ ），分別設為成形體密度dg、退火後密度ds。

B.佔空因數Pf（相對密度）將所算出的退火後密度ds除以軟磁性合金的真密度而算出磁心的佔空因數（相對密度）[%]。

C.比電阻ρ 將圓板狀的磁心設為被測定物，在其相向的兩平面塗佈導電性黏著劑，進行乾燥、固化之後，將被測定物設置於電極之間。使用電阻測定裝置（ADC股份有限公司製造的8340A），施加50 V的直流電壓，測定電阻值R（Ω）。測定被測定物的平面的面積A（m² ）與厚度t（m），利用下式算出比電阻ρ（Ω·m）。比電阻ρ（Ω·m）=R×（A/t）磁心的代表尺寸為外徑φ13.5 mm、厚度4 mm。

D.壓潰強度σr 基於JIS Z2507，將環狀體的磁心設為被測定物，在拉伸/壓縮試驗機（島津製作所股份有限公司製造的自動立體測圖儀（autograph）AG-1）的壓盤間以負重方向成為徑向的方式配置被測定物，對環狀體的磁心的徑向施加負重，測定破壞時的最大負荷P（N），根據下式而求出壓潰強度σr（MPa）。壓潰強度σr（MPa）=P×（D-d）/（I×d² ） [D：磁心的外徑（mm），d：磁心的厚度[內外徑差的1/2]（mm），I：磁心的高度（mm）]

E.磁心損失Pcv 將環狀體的磁心設為被測定物，將一次側繞組與二次側繞組分別捲繞15匝（turn），利用岩通測量股份有限公司製造的B-H分析儀（analyzer）SY-8232，在最大磁通密度30 mT、頻率50 kHz～500 kHz的條件下且在室溫下測定磁心損失Pcv（kW/m³ ）。

F.初磁導率μi 將環狀體的磁心設為被測定物，將導線捲繞30匝，利用電感電容電阻測試儀（LCR meter）（安捷倫科技（Agilent Technologies）股份有限公司製造的4284A），在頻率100 kHz下且在室溫下測定出電感（inductance），根據該電感利用下式而求出。初磁導率μi=（le×L）/（μ₀ ×Ae×N² ）（le：磁路長度，L：試樣的電感（H），μ₀ ：真空的磁導率=4π×10^-7 （H/m），Ae：磁心的截面積，N：線圈的卷數）

G.增量磁導率μ_Δ 及直流重疊特性將環狀體的磁心設為被測定物，將導線捲繞30匝而製成線圈部件，在利用直流施加裝置（42841A：惠普（Hewlett-Packard）公司製造）施加至多20000 A/m的直流磁場的狀態下，利用LCR測試儀（安捷倫科技股份有限公司製造的4284A），在頻率100 kHz下且在室溫下測定電感L。根據所獲得的電感，與所述初磁導率μi同樣地求出增量磁導率μ_Δ 。

H.氧化物層的厚度、構成、組成及結晶結構利用穿透式電子顯微鏡（TEM）以60萬倍以上觀察磁心的截面，在觀察視野內的確認到Fe基軟磁性合金粒的兩粒子的截面輪廓的部分，測量該Fe基軟磁性合金粒間的最小厚度與最大厚度，藉由兩者的算術平均而求出氧化物層的平均厚度。另外，氧化物層的平均厚度根據測定部位的不同而存在偏差，因此，較佳為在粒界的三相點間的中間部附近進行測定。而且，使用掃描式電子顯微鏡（SEM/EDX）研究氧化物層的各構成元素的分佈，且藉由利用TEM/EDX的組成的定量分析而研究組成。進而，利用微區繞射（nano beam diffraction，NBD）而進行結晶結構的鑑定。

I.最大直徑為40 μm以上的Fe基軟磁性合金粒的存在比率及最大直徑的平均在利用SEM所得的磁心的1000倍的截面觀察像中，在觀察視野內測量四周被粒界包圍的合金粒的整體數K1、與其中最大直徑為40 μm以上的合金粒數K2，將K2除以K1所得的百分率的值作為存在比率而求出。各合金粒的形狀為不定形狀，亦有藉由成形時的變形而為扁癟形狀的粒子。另外，在截面觀察中，大部分粒子在中心以外的部分的截面中露出，因此，難以獲得正確的粒徑。因此，在一個合金粒中，將合金粒的外延的2點連結而成的直線成為最長的長度設為合金粒的最大直徑。當在退火時多個粒子相連而形成有頸部時，將相連的多個合金粒看作一個合金粒。而且，讀取觀察視野內存在的合金粒的最大直徑，算出關於其中處於上位的20個合金粒的個數平均，並設為最大直徑的平均。

J.防鏽性的評價基於JIS Z2371（2000），使用5%NaCl水溶液，在35℃、24小時的條件下暴露磁心，進行鹽水噴霧試驗。

（實施例1～實施例4及比較例1、比較例2）製作將退火溫度在500℃～900℃之間改變的磁心。各個磁心是使用表1的合金No.1的Fe基軟磁性合金粒（Fe-4.92 Al-3.89 Cr-0.20 Si）。將合金粒利用所述造粒方法1進行造粒之後，填充至模具內，將成形壓力設為0.74 GPa而進行壓縮成形。成形體的壓潰強度為11 MPa～16 MPa，從而獲得10 MPa以上的強度。進而，將退火溫度設為500℃～900℃，將保持時間設為1小時，在大氣中對成形體進行熱處理而獲得磁心。評價所獲得的磁心的比電阻或壓潰強度等各特性，並且利用SEM及TEM進行組織觀察與氧化物層的組成分析。將結果示於表2～表4及圖3～圖10。

[表2]

[表3]

實施例1～實施例4的磁心為如下磁心：在大氣中且在600℃～800℃下對包含Fe基軟磁性合金的組成（質量%）為Fe-4.92 Al-3.89 Cr-0.20 Si的合金粒的成形體進行退火而成。比較例1、比較例2的磁心為如下磁心：在大氣中且分別在500℃、900℃下對成形體進行退火而成。壓潰強度相對於退火溫度而單調增加。比電阻在退火溫度600℃～800℃下較高地推移，但在退火溫度900℃下急遽下降。磁心損失在實施例1～實施例4中，在頻率300 kHz下均為750 kW/m³ 以下。比較例2的磁心中，磁心損失顯著增加至在相同測定條件下無法正確地測定的程度，因此，在表3中顯示為“-”。各實施例的磁心中，壓潰強度為151 MPa～307 MPa，從而獲得大幅超過120 MPa的強度，且均獲得1×10³ Ω·m以上的比電阻。

觀察該些磁心的截面，並且使用掃描式電子顯微鏡（SEM/EDX）研究各構成元素的分佈。圖3是實施例3（退火溫度750℃）的截面觀察照片，圖5是比較例1（退火溫度500℃）的截面觀察照片，圖7是比較例2（退火溫度900℃）的截面觀察照片。截面觀察照片中，明度高的部分為軟磁性合金粒，明度低的部分為粒界部或空隙部。

在500℃下進行退火而成的比較例1的磁心中，Fe基軟磁性合金粒間的粒界薄，在Fe基軟磁性合金粒所包圍的區域（三相點部）等觀察到空隙。若退火溫度上升至750℃，Fe基軟磁性合金粒間的粒界會稍微變厚（實施例3）。進而，若退火溫度上升至900℃，Fe基軟磁性合金粒間的粒界的厚度會增加，並且以穿破粒界的方式將Fe基軟磁性合金粒間接合而成的頸部增加（比較例2）。比較例2的磁心中，在Fe基軟磁性合金粒間形成有大量頸部，從而認為比電阻下降，並且Fe基軟磁性合金粒內的渦電流的路徑變長，因渦電流損失的增加而導致磁心損失顯著增加。

圖4（a）～圖4（d）、圖6（a）～圖6（d）及圖8（a）～圖8（d）是磁心截面的SEM照片與表示對應視野中的元素分佈的映射圖。圖4（a）～圖4（d）分別是在750℃下進行退火的實施例3的SEM照片、表示Fe的分佈的映射圖、表示Al的分佈的映射圖、表示O的分佈的映射圖。圖6（a）～圖6（d）分別是在500℃下進行退火的比較例1的SEM照片、表示Fe的分佈的映射圖、表示Al的分佈的映射圖、表示O的分佈的映射圖。圖8（a）～圖8（d）分別是在900℃下進行退火的比較例2的SEM照片、表示Fe的分佈的映射圖、表示Al的分佈的映射圖、表示O的分佈的映射圖。Si或Cr自粒內至粒界未顯示較大的濃度分佈，從而省略映射圖。

映射圖中越亮的色調表示對象元素越多。在750℃下進行退火的磁心（實施例3）或在900℃下進行退火的磁心（比較例2）中，Al的濃度在Fe基軟磁性合金粒的表面變高，且退火溫度越高，則在粒界的Al的濃化越顯著。而且，在Fe基軟磁性合金粒的表面（粒界）O較多，可知形成有氧化物及各Fe基軟磁性材合金粒彼此經由層狀的氧化物而結合的情況。另一方面，在500℃下進行退火的磁心（比較例1）中，未見如實施例3或比較例2般的顯著的Al的濃化。

圖9（a）是觀察在750℃下進行退火的磁心（實施例3）的截面所得的TEM照片。圖10是觀察在900℃下進行退火的磁心（比較例2）的截面所得的TEM照片。在TEM照片中，沿上下方向橫斷的帶狀部為粒界，位於隔著粒界而相鄰的位置且明度較該粒界更低的部分為Fe基軟磁性合金粒。在觀察視野中評價粒界的平均厚度，結果實施例3中為60 nm，比較例2中為116.5 nm。另外，雖未圖示，但同樣地根據觀察在600℃下進行退火的磁心（實施例1）的截面所得的TEM照片而評價粒界的厚度，結果平均厚度為38.0 nm。

圖9（a）所示的在750℃下進行退火的磁心（實施例3）中，在粒界的中央部（氧化物層的中央部）與Fe基軟磁性合金粒的附近，確認到色調不同的部分。針對在該Fe基軟磁性合金粒的附近且距作為截面的輪廓而出現的合金粒的表面為大致5 nm的位置（第1點（point）、標記（marker）1）、粒界的中央部位（第2點、標記2）、及合金粒內（標記3），在直徑1 nm的區域進行組成分析。表4中表示利用TEM/EDX所得的粒界的氧化物層組成的定量分析的結果。另外，未賦予標記編號的資料（data）為其他視野中的分析結果。

[表4]

在粒界中，除確認到構成Fe基軟磁性合金粒的Fe、Al、Cr、Si以外，亦確認到O。而且，亦確認到源自作為潤滑劑而添加的硬脂酸鋅的Zn。實施例1及實施例3中，在第1點，Al相對於Fe、Cr、Al及Si的和的比率較Fe、Cr及Si各自的比率更高（第1區域），在第2點，Fe相對於Fe、Cr、Al及Si的和的比率較Al、Cr及Si各自的比率更高（第2區域）。

雖表4中未表示，但實施例2、實施例4亦與此相同，在第1點，Al相對於Fe、Cr、Al及Si的和的比率較Fe、Cr及Si各自的比率更高（第1區域），在第2點，Fe相對於Fe、Cr、Al及Si的和的比率較Al、Cr及Si各自的比率更高（第2區域）。另一方面，比較例2中，如圖10及表4所示，不論粒界的分析位置如何均為Al相對於Fe、Cr、Al及Si的和的比率較Fe、Cr及Si各自的比率更高。認為此種氧化物層相關的構成的差異亦有助於比電阻。

圖9（b）是在750℃下進行退火的磁心（實施例3）的截面的其他視野中的TEM照片，且在左側表示有NBD圖案（pattern）。在粒界的中央部（氧化物層的中央部）與Fe基軟磁性合金粒的附近，確認到色調不同的部分。針對在該Fe基軟磁性合金粒的附近且作為截面的輪廓而出現的合金粒的表面附近的第1點（標記3）、及粒界的中央部位的第2點（標記1、標記2），在直徑1 nm的區域內進行組成分析，並且利用微區繞射進行結晶結構的鑑定。微區繞射的區域的直徑為1 nm～3 nm。表5中表示利用TEM/EDX所得的粒界的氧化物層的組成的定量分析與結晶結構的鑑定的結果。

[表5]

在粒界中，確認到Fe、Al、Cr、Si及O。而且，亦確認到源自作為潤滑劑而添加的硬脂酸鋅的Zn。在第1點，Al相對於Fe、Cr、Al及Si的和的比率較Fe、Cr及Si各自的比率更高（第1區域）。在第2點，Fe相對於Fe、Cr、Al及Si的和的比率較Al、Cr及Si各自的比率更高（第2區域）。圖9（b）所示的粒界具備第1區域包圍第2區域的部分，第2區域形成為島狀

另外，觀察繞射圖案，則在第1點（NBD圖案/點（spot）3）為非晶質狀的組織。在標記部確認到推斷為暈環（halo ring）的圖案，但其他點亦確認到。此處，認為是非晶質狀的原因在於，結晶化不充分而變成包含微細的結晶粒的組織，或雖完全為非晶質但因分析試樣的厚度方向上所存在的區域的影響而導致確認到其他點，無法進行辨別。另一方面，第2點（NBD圖案/點1、點2）能夠以Fe（bcc）標註指數，從而認為是金屬。如此，在第1點與第2點為明確不同的結晶結構，在Fe相對於Fe、Cr、Al及Si的和的比率較Al、Cr及Si各自的比率更高的第2區域，有包含認為是Fe（bcc）的部分的情況。

使用實施例3的磁心與鐵氧體磁心，對直流重疊特性進行比較。圖11中表示電感與直流重疊電流的關係。鐵氧體磁心是使用日立金屬股份有限公司製造的Ni系鐵氧體（材質名：NL30S）且將外形尺寸為內徑φ8 mm、外徑φ14 mm、厚度5 mm的環狀磁心一分為二而成，在其磁路的兩處分別設置0.5 mm的磁間隙（magnetic gap）。實施例3的磁心中未設置間隙。實施例3的磁心與鐵氧體磁心相比，在大的直流重疊電流下電感的下降得以抑制，從而直流重疊特性優異。

（比較例3）將退火環境設為N₂ 環境而製作磁心。該些磁心是使用表1的合金No.1的Fe基軟磁性合金粒（Fe-4.92 Al-3.89 Cr-0.20 Si）。將合金粒利用所述造粒方法1進行造粒之後，填充至模具內，將成形壓力設為0.74 GPa而進行壓縮成形。進而，在N₂ 環境中，將退火溫度設為750℃，將保持時間設為1小時，對成形體進行熱處理而獲得磁心。評價所獲得的磁心的比電阻或壓潰強度等各特性，並且利用SEM及TEM進行組織觀察與氧化物層的組成分析。將結果示於表6～表8及圖12、圖13（a）～圖13（d）。表中，增量磁導率μ_Δ 表示施加10000 A/m的直流磁場的情況下的值。以後的評價亦同樣。

[表6]

[表7]

在N₂ 環境中進行退火的磁心（比較例3）中，壓潰強度低為102 MPa，比電阻為短路狀態，磁心損失在頻率300 kHz下大幅超過750 kW/m³ 。

觀察磁心的截面，並且使用掃描式電子顯微鏡（SEM/EDX）研究各構成元素的分佈。圖12是比較例3（N₂ 環境）的截面觀察照片。

圖13（a）～圖13（d）是磁心截面的SEM照片與表示對應視野中的元素分佈的映射圖。圖13（a）～圖13（d）分別是在N₂ 環境中進行退火的比較例3的SEM照片、表示Fe的分佈的映射圖、表示Al的分佈的映射圖、表示O的分佈的映射圖。

在N₂ 環境中進行退火的比較例3的磁心中，Al的濃度在Fe基軟磁性合金粒的表面變高。而且，在Fe基軟磁性合金粒的表面（粒界）O較多，形成有氧化物。該O的來源認為有黏合劑中的O、N₂ 氣體中微量含有的O、或者合金中的作為雜質的O等。

圖14是觀察在N₂ 環境中進行退火的磁心（比較例3）的截面所得的TEM照片。在TEM照片中，沿上下方向橫斷的帶狀部為粒界，位於隔著粒界而相鄰的位置且明度較該粒界更低的部分為Fe基軟磁性合金粒，但粒界（的氧化物層）與合金粒的界面並不明確。觀察視野中的粒界的平均厚度約為24.2 nm。將根據所述要點對第1點與第2點進行組成的定量分析的結果示於表8。

[表8]

在粒界中，確認到Fe、Al、Cr、Si、O及N。在第1點，Fe相對於Fe、Cr、Al及Si的和的比率較Al、Cr及Si各自的比率更高，在第2點，Al相對於Fe、Cr、Al及Si的和的比率較Fe、Cr及Si各自的比率更高，且為與所述實施例1、實施例3不同的組成分佈。認為此種構成上的差異會影響比電阻或壓潰強度的差。

（實施例5～實施例9）製作使Fe基軟磁性合金粒的Si的組成量不同的磁心。該些磁心是使用表1的合金No.2～No.6的Fe基軟磁性合金粒。將合金粒利用所述造粒方法1進行造粒之後，填充至模具內，將成形壓力設為0.74 GPa而進行壓縮成形，在大氣中，將退火溫度設為750℃，將保持時間設為1小時進行熱處理而獲得磁心。評價所獲得的磁心的比電阻或壓潰強度等各特性。將結果示於表9、表10。

[表9]

[表10]

若Fe基軟磁性合金中的Si量增加，比電阻與壓潰強度會下降，但即便如此，各實施例的磁心仍獲得高比電阻與大幅超過120 MPa的強度。

觀察該些磁心的截面，並且使用掃描式電子顯微鏡（SEM/EDX）研究各構成元素的分佈。無法確認到因Si量的不同而Al的濃化有顯著的差。

圖15是觀察Si量為0.94質量%的磁心（實施例9）的截面所得的TEM照片。帶狀部為粒界，位於隔著粒界而相鄰的位置且明度較該粒界更低的部分為Fe基軟磁性合金粒。將根據所述要點對粒界的第1點（標記1）、第2點（標記2、標記3）及合金粒內（標記4）進行組成分析的結果示於表11。

[表11]

實施例9（合金粒中的Si量為0.94質量%）的磁心中，在粒界的中央部（氧化物層的中央部），較其他實施例存在Cr濃化的部分。雖表11中未表示，但實施例5～實施例8的組成分析中，與實施例1、實施例3同樣的第1區域與第2區域亦被確認為氧化物層。

（實施例10、實施例11）製作使Fe基軟磁性合金粒的Cr與Al的組成量改變的磁心。該些磁心是使用表1的合金No.7、No.8的Fe基軟磁性合金粒。將合金粒利用所述造粒方法1進行造粒之後，填充至模具內，將成形壓力設為0.74 GPa而進行壓縮成形，在大氣中將退火溫度設為750℃，將保持時間設為1小時進行熱處理而獲得磁心。評價所獲得的磁心的比電阻或壓潰強度等各特性。將結果示於表12及表13。

[表12]

[表13]

將Cr量增加至8質量%的實施例10的磁心中，雖與實施例3的磁心相比，比電阻下降，但仍獲得1×10³ Ω·m以上的比電阻且大幅超過120 MPa的強度。另外，將Al量增加至8質量%的實施例11的磁心中，與實施例3的磁心相比，比電阻增加，且獲得大幅超過120 MPa的強度。觀察磁心的截面，並且使用掃描式電子顯微鏡（SEM/EDX）研究各構成元素的分佈。各個磁心均為Al的濃度在Fe基軟磁性合金粒的表面變高，且在Fe基軟磁性合金粒的表面（粒界）O較多，形成有氧化物。在所述組成分析中，與實施例1、實施例3同樣的第1區域與第2區域亦被確認為氧化物層。

（參考例1）藉由在電爐內且在900℃下保持1小時的熱處理，而形成表面附有氧化覆膜的Fe基軟磁性合金粒，使用該Fe基軟磁性合金粒而製作磁心。另外，熱處理後的Fe基軟磁性合金粒固化成塊狀，從而在成形步驟之前需要進行粉碎。所述磁心是使用表1的合金No.9的Fe基軟磁性合金粒（Fe-4.92 Al-3.89 Cr-0.20 Si）。將合金粒利用所述造粒方法1進行造粒之後，填充至模具內，將成形壓力設為0.74 GPa而進行壓縮成形，在大氣中將退火溫度設為750℃，將保持時間設為1小時進行熱處理而獲得磁心。評價所獲得的磁心的比電阻或壓潰強度等各特性。將結果示於表14及表15。

[表14]

[表15]

預先熱處理過的所述Fe基軟磁性合金粒在成形壓力0.74 MPa下的成形密度未上升，因此，初磁導率顯著下降。而且，磁心損失變差至在與實施例3相同的條件下無法測定的程度。進而，退火前後的密度實質上無變化，認為未如本發明般藉由退火而由Fe基軟磁性合金粒自生成氧化物層。退火後的磁心的強度變差至在初磁導率的測定中在繞線時的應力下產生裂紋或缺口的程度。而且，退火後的磁心的佔空因數甚至未達60%，而無法供於實用。

（參考例2）使用合金No.9的Fe基軟磁性合金粒，應用專利文獻4所示的放電電漿燒結而製作磁心。不添加黏合劑，將熱處理及粉碎後的Fe基軟磁性合金粒填充至石墨模具之後放入腔室內，且在壓力50 MPa、加熱溫度900℃、保持時間5分鐘的條件下進行放電電漿燒結。圖16是觀察放電電漿燒結而成的磁心的截面所得的TEM照片。所獲得的磁心包含圖中觀察為亮色的Fe基軟磁性合金粒、與填埋於Fe基軟磁性合金粒之間而相對觀察為暗色的Fe氧化物。而且，不具有磁性的Fe氧化物成為主體，因此，作為磁性體的性能極端下降。另外，亦確認到所述製造方法不僅製造步驟繁雜，而且當使用細小的霧化粉時無法直接應用。

（比較例4）使用含有4.5質量%的Cr、3.5質量%的Si且其餘部分為Fe的Fe-Cr-Si系的Fe基軟磁性合金粒而製作磁心。所述合金粒是使用愛普生艾特密庫斯（EPSON ATMIX）股份有限公司製造的PF-20F。將合金粒利用所述造粒方法1進行造粒之後，填充至模具內，將成形壓力設為0.91 GPa而進行壓縮成形，在大氣中將退火溫度設為700℃，將保持時間設為1小時進行熱處理而獲得磁心。評價所獲得的磁心的比電阻或壓潰強度等各特性。將結果示於表16及表17。

[表16]

[表17]

觀察所述磁心的截面，並且使用掃描式電子顯微鏡（SEM/EDX）研究各構成元素的分佈。Cr的濃度在Fe基軟磁性合金粒的表面變高，且在Fe基軟磁性合金粒的表面（粒界）O較多，形成有氧化物。而且，比電阻低，壓潰強度與鐵氧體磁心為相同程度。

對於實施例3與比較例4的磁心，基於JIS Z2371（2000），使用5%NaCl水溶液，在溫度35℃的條件下進行鹽水噴霧試驗，而評價耐腐蝕性。在經過24小時後的狀態下，與比較例4的磁心相比，實施例3的磁心顯示良好的耐腐蝕性，未生鏽，從而防鏽性優異。與此相對，比較例4的磁心明顯被腐蝕，耐腐蝕性並不充分。

（實施例12）圖17是使用有方凸緣形狀的磁心的線圈部件的外觀立體圖。磁心1在一對凸緣部50a、凸緣部50b之間具備一體的主體部60，除該形狀以外，利用與實施例2同樣的合金及製法製作而成。在一凸緣部50a的一面形成有2個端子電極70。磁心1的比電阻高為11×10³ Ω·m，在磁心1的表面直接印刷並燒附銀導體膏（paste）而形成端子電極70。在主體部60的周圍配置有漆包導線（enamel lead）捲成的繞組80，但省略圖示。將繞組80的兩端部與各個端子電極70利用熱壓接而連接，製成扼流線圈（choke coil）等面安裝型的線圈部件。本實施例的面安裝型線圈部件中，將形成有端子電極70的凸緣部面設為對電路基板的安裝面。

如上所述，由於比電阻高，故而即便不使用用於絕緣的樹脂盒（亦稱為捲線軸），亦可直接將導線鋪設於磁心，並且可將連接繞組的端子電極70形成於磁心的表面，因此，線圈部件為小型。另外，可將線圈部件的安裝高度抑制為低，並且獲得穩定的安裝性。當將導線捲於磁心的主體部60的周圍時，即便對凸緣部50a、凸緣部50b、或主體部60作用外力，亦由於磁心1的強度高，故而可製成不易破壞的線圈部件。

1‧‧‧磁心
20‧‧‧Fe基軟磁性合金粒
30‧‧‧氧化物層
30a‧‧‧氧化物層的第1區域
30b‧‧‧氧化物層的第2區域
50a、50b‧‧‧凸緣部
60‧‧‧主體部
70‧‧‧端子電極
80‧‧‧繞組

圖1是表示本發明的磁心的一實施方式的外觀圖。圖2是表示本發明的磁心所具有的組織的一例的示意圖。圖3是本發明的一實施例（在大氣中且退火溫度為750℃）的磁心的截面的掃描式電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）照片。圖4（a）是本發明的一實施例（在大氣中且退火溫度為750℃）的磁心的截面的SEM照片，圖4（b）是表示Fe的分佈的映射（mapping）圖，圖4（c）是表示Al的分佈的映射圖，及圖4（d）是表示O的分佈的映射圖。圖5是比較例（在大氣中且退火溫度為500℃）的磁心的截面的SEM照片。圖6（a）是比較例（在大氣中且退火溫度為500℃）的磁心的截面的SEM照片，圖6（b）是表示Fe的分佈的映射圖，圖6（c）是表示Al的分佈的映射圖，及圖6（d）是表示O的分佈的映射圖。圖7是其他比較例（在大氣中且退火溫度為900℃）的磁心的截面的SEM照片。圖8（a）是其他比較例（在大氣中且退火溫度為900℃）的磁心的截面的SEM照片，圖8（b）是表示Fe的分佈的映射圖，圖8（c）是表示Al的分佈的映射圖，及圖8（d）是表示O的分佈的映射圖。圖9（a）是觀察本發明的一實施例（在大氣中且退火溫度為750℃）的磁心的截面的粒界所得的穿透式電子顯微鏡（Transmission Electron Microscopy，TEM）照片，圖9（b）是以其他視野觀察本發明的一實施例（在大氣中且退火溫度為750℃）的磁心的截面的粒界所得的TEM照片。圖10是觀察本發明的一實施例（在大氣中且退火溫度為900℃）的磁心的截面的粒界所得的TEM照片。圖11是表示使用有本發明的一實施例（在大氣中且退火溫度為750℃）的磁心的線圈部件的直流重疊特性的曲線圖（graph）。圖12是其他比較例（在N₂ 中且退火溫度為750℃）的磁心的截面的SEM照片。圖13（a）是其他比較例（在N₂ 中且退火溫度為750℃）的磁心的截面的SEM照片，圖13（b）是表示Fe的分佈的映射圖，圖13（c）是表示Al的分佈的映射圖，及圖13（d）是表示O的分佈的映射圖。圖14是觀察其他比較例（在N₂ 中且退火溫度為750℃）的磁心的截面的粒界所得的TEM照片。圖15是觀察其他實施例（在大氣中、Si為0.94質量%、退火溫度為750℃）的磁心的截面的粒界所得的TEM照片。圖16是參考例的磁心的截面的SEM照片。圖17是表示本發明的線圈部件的一例的外觀立體圖。

20‧‧‧Fe基軟磁性合金粒

30‧‧‧氧化物層

30a‧‧‧氧化物層的第1區域

30b‧‧‧氧化物層的第2區域

Claims

一種磁心的製造方法，其包括：混合Fe基軟磁性合金粒與黏合劑的第一步驟；將經過所述第一步驟所獲得的混合粉進行加壓成形的第二步驟；以及將經過所述第二步驟所獲得的成形體進行熱處理，而形成所述Fe基軟磁性合金粒相連的粒界的第三步驟；其中所述Fe基軟磁性合金粒含有Al、Cr及Si，所述粒界形成有至少含有Fe、Al、Cr及Si的氧化物層，所述氧化物層以質量比計較所述Fe基軟磁性合金粒含有更多Al。
如申請專利範圍第1項所述的磁心的製造方法，其中所述第三步驟的熱處理在600℃以上、850℃以下進行。
如申請專利範圍第2項所述的磁心的製造方法，其中所述第三步驟的熱處理在存在氧的環境中或存在水蒸氣的環境中進行。
如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的磁心的製造方法，其中於所述第一步驟中進行滾動造粒或噴霧乾燥造粒的濕式造粒。
如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的磁心的製造方法，其中所述Fe基軟磁性合金粒是藉由霧化法而形成，具有累積粒度分佈中的中值粒徑d50計為1 μm～100 μm的平均粒徑。
如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的磁心的製造方法，其中所述氧化物層具有第1區域與第2區域，以質量比計所述第1區域中Al相對於Fe、Cr、Al及Si的和的比率較Fe、Cr及Si各自的比率更高，所述第2區域中Fe相對於Fe、Cr、Al及Si的和的比率較Al、Cr及Si各自的比率更高。
如申請專利範圍第6項所述的磁心的製造方法，其中所述粒界具備所述第1區域夾著所述第2區域的部分、或所述第1區域包圍所述第2區域的部分。
如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的磁心的製造方法，其中所述Fe基軟磁性合金粒含有3質量%以上且10質量%以下的Al、3質量%以上且10質量%以下的Cr、0.05質量%以上且1質量%以下的Si。