軟磁性金屬粉末及壓粉磁芯的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及軟磁性金屬粉末及壓粉磁芯，提供了具有充分的磁導(dǎo)率和耐腐蝕性、并且即使在數(shù)百kHz以上的高頻側(cè)的操作頻率范圍內(nèi)也能減低磁芯損耗的壓粉磁芯及用于該壓粉磁芯的軟磁性金屬粉末。本發(fā)明涉及的軟磁性金屬粉末的特征在于，按質(zhì)量%計(jì)含有：0.5%以上且10.0%以下的Si、1.5%以上且8.0%以下的Cr、0.05%以上且3.0%以下的Sn，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
【專利說明】軟磁性金屬粉末及壓粉磁芯
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軟磁性金屬粉末及使用其的壓粉磁芯，尤其涉及用于高頻用途的磁性部件的壓粉磁芯及用于此的軟磁性金屬粉末。
【背景技術(shù)】
[0002]在數(shù)字電子器件的高性能化以及小型輕量化之際，需要使電子電路的操作頻率遷移到高頻側(cè)，因此，對于這些電子器件中使用的電子部件，例如扼流線圈(choke coil)、感應(yīng)器(inductor)這樣的磁性部件(或者磁性元件),也要求對高頻側(cè)的最適化。例如，在現(xiàn)有的磁性部件中，大多使用廉價(jià)且磁導(dǎo)率高的氧化物鐵素體，但在數(shù)MHz以上的高頻側(cè)，由所述氧化物鐵素體形成的磁芯的磁芯損耗(損失)趨向于顯著變大。因此，可利用將軟磁性粉末絕緣處理并壓縮成型而獲得的壓粉磁芯。因?yàn)槠涓哳l側(cè)的磁芯損耗與由氧化物鐵素體形成的塊體狀磁芯相比較小，而且在大電流下也能維持高的磁導(dǎo)率。
[0003]此外，在高頻側(cè)的磁芯損耗中，由磁場產(chǎn)生的渦流導(dǎo)致的損失(渦流損耗)的比率增大。與渦流損耗對應(yīng)的能量導(dǎo)致磁性部件的工作效率降低，同時(shí)，變成熱而放出，也成為阻礙電子器件小型化的重要原因。在壓粉磁芯中，認(rèn)為減小形成壓粉磁芯的軟磁性粉末的平均粒徑對于抑制渦流損耗是有效的。
[0004]例如，專利文獻(xiàn)I中描述了即使在壓粉磁芯中在數(shù)十kHz?數(shù)百kHz的高頻側(cè)的操作頻率中渦流損耗也急劇上升，而且公開了將由特定的規(guī)定了平均粒徑和最大粒徑的Fe-S1-Cr三元系合金形成的軟磁性粉末加壓成型而獲得的壓粉磁芯。在由平均粒徑小的軟磁性粉末獲得的壓粉磁芯中，渦流的流路變短，能夠減低渦流損耗，另一方面，平均粒徑過小時(shí)，由于加壓成型不良而發(fā)生磁導(dǎo)率降低。此外，在制造軟磁性粉末時(shí)，根據(jù)霧化法，可以有效地制造粒徑細(xì)的粉末，并且，可以使粉末的各粒子的形狀接近球形，提高加壓成型時(shí)的填充率，成為密度更高的壓粉磁芯，可提供高的磁導(dǎo)率和高的磁通密度。
[0005]作為用于上述壓粉磁芯的軟磁性粉末，從迄今在磁性部件的磁芯中使用的硅鋼板的成分組成來看，大多使用Fe-Si 二元系合金、為了提高耐腐蝕性在Fe-Si 二元系合金中添加了非磁性的Cr的Fe-S1-Cr三元系合金。
[0006]例如，專利文獻(xiàn)2中公開了由含有0.5?8.0wt%Si的Fe-Si 二元系合金形成、并且粉末粒子中的晶粒的平均晶體粒徑設(shè)定為相對于壓粉磁芯的達(dá)到200kHz左右的勵(lì)磁頻率為規(guī)定范圍內(nèi)的軟磁性粉末。在不影響其特性的范圍內(nèi)，可添加C、N、Mn、P、S、Cu、N1、Cr、Mo、Co、T1、Sn、Nb、Zr、Al等。其中描述了磁芯損耗取決于粉末粒子內(nèi)的晶體粒徑，在規(guī)定的勵(lì)磁頻率下存在抑制磁芯損耗的晶體粒徑。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特開2011-049568號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)2:日本特開2008-124270號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明要解決的問題
[0012]如上所述，對于將軟磁性粉末加壓成型而獲得的壓粉磁芯，作為使其最適于操作頻率的高頻側(cè)的方法，提出了調(diào)整軟磁性粉末的粒徑、粉末粒子內(nèi)的晶體粒徑。所述調(diào)整可通過控制軟磁性粉末的制造條件來進(jìn)行。然而，如專利文獻(xiàn)2中所述，在控制制造條件的同時(shí)穩(wěn)定獲得磁芯損耗達(dá)到最低的晶體粒徑的軟磁性粉末在實(shí)際中存在許多困難。
[0013]本發(fā)明是鑒于上述狀況而做出的，其目的在于提供一種在高頻用的磁性部件中使用的壓粉磁芯及適合制造壓粉磁芯的軟磁性金屬粉末，在所得壓粉磁芯中具有充分的磁導(dǎo)率和耐腐蝕性，并且，軟磁性金屬粉末即使在數(shù)百kHz以上的高頻側(cè)的操作頻率范圍內(nèi)也能減低磁芯損耗。
[0014]用于解決問題的方案
[0015]本發(fā)明人考慮通過調(diào)整金屬粉末的成分組成，使得能夠穩(wěn)定地制造可減小上述磁芯損耗的晶體粒徑的軟磁性金屬粉末，并進(jìn)行了深入研究，結(jié)果完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明的軟磁性金屬粉末的特征在于，按質(zhì)量％計(jì)含有:0.5%以上且10.0%以下的S1、1.5%以上且8.0%以下的Cr、0.05%以上且3.0%以下的Sn，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0016]根據(jù)上述發(fā)明，只要通過在規(guī)定的Fe-S1-Cr系合金中添加僅規(guī)定量的非磁性的Sn，就可以不犧牲所得壓粉磁芯的磁導(dǎo)率和耐腐蝕性地減低在數(shù)百kHz以上的高頻側(cè)的操作頻率范圍內(nèi)的磁芯損耗，而且，尤其可以使電源用途中所要求的直流疊加特性大幅提高。
[0017]另外，本發(fā)明的壓粉磁芯的特征在于，其是將下述軟磁性金屬粉末加壓成型而獲得的，所述軟磁性粉末按質(zhì)量％計(jì)含有:0.5%以上且10.0%以下的S1、1.5%以上且8.0%以下的Cr、0.05%以上且3.0%以下的Sn，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0018]根據(jù)所述發(fā)明，能夠獲得具有高磁導(dǎo)率和耐腐蝕性，并且，可以減低數(shù)百kHz以上的高頻側(cè)的操作頻率范圍內(nèi)的磁芯損耗、尤其電源用途中所要求的直流疊加特性也優(yōu)異的壓粉磁芯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為表示軟磁性金屬粉末和壓粉磁芯的制造方法的圖。
[0020]圖2是用于評(píng)價(jià)試驗(yàn)的壓粉磁芯的立體圖。
[0021 ] 圖3是軟磁性金屬粉末的SEM照片。
[0022]圖4為表示渦流損耗占?jí)悍鄞判镜蔫F損的比例與Sn添加量的關(guān)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明的壓粉磁芯用的軟磁性金屬粉末是在Fe-S1-Cr系合金中添加僅規(guī)定量的非磁性的Sn而形成的合金。具有按質(zhì)量％計(jì)Si為0.5%以上且10.0%以下、Cr為1.5%以上且8.0%以下、Sn為0.05%以上且3.0%以下的成分組成。在Fe-Si系合金中為了提高耐腐蝕性而添加僅規(guī)定量的Cr，同時(shí)添加僅規(guī)定量的非磁性的Sn，可以有效地制造平均粒徑更小、更接近球形的軟磁性金屬粉末，而且可以使軟磁性金屬粉末的內(nèi)部的晶粒細(xì)?；?。由此，在所得壓粉磁芯中，不犧牲磁導(dǎo)率和耐腐蝕性地抑制了在數(shù)百kHz以上的高頻側(cè)的操作頻率范圍內(nèi)尤其成為問題的渦流損耗，減低了磁芯損耗且提高了直流疊加特性。[0024]以下使用圖1來說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的軟磁性金屬粉末的制造方法及使用所述軟磁性金屬粉末(以下簡稱為“金屬粉末”)的壓粉磁芯的制造方法。
[0025]如圖1(a)所示，通過將水吹送到后述的由成分組成Fe-S1-Cr-Sn系合金形成的熔融金屬3中進(jìn)行霧化的水霧化法，從而制造金屬粉末I。需要說明的是，金屬粉末I也可通過其他公知的方法來制造，尤其，根據(jù)上述水霧化法，可以穩(wěn)定地制造呈平均粒徑較小的球狀且其內(nèi)部的晶粒較細(xì)的金屬粉末I。
[0026]接著，如圖1(b)所示，在金屬粉末I中混合作為粘結(jié)劑的絕緣樹脂2，填充到規(guī)定形狀的模具中，通過壓制來加壓成型。其中，金屬粉末I可以使用為了調(diào)整粒徑而適當(dāng)分級(jí)了的金屬粉末。另外，作為絕緣樹脂2，可以使用硅烷系、鈦系、鋁系的各種偶聯(lián)劑、硅酮樹月旨、環(huán)氧樹脂、丙烯酸系樹脂、縮丁醛樹脂等樹脂中的一種或多種的混合物。接著，將從模具取出的成型體熱處理并使樹脂2固化，可以獲得壓粉磁芯10。另外，代替通過壓制來加壓成型的方法，還可通過注塑成型機(jī)來注塑成型(包括傳遞成型)的方法、灌注(potting)等澆鑄成型法、基于印刷的成型法來制造復(fù)合磁性體(磁芯)。
[0027]接著，說明用上述制造方法制造改變了成分組成的金屬粉末，制造壓粉磁芯，進(jìn)行各種試驗(yàn)而獲得的結(jié)果。
[0028][預(yù)先試驗(yàn)]
[0029]為了確認(rèn)Sn對所得金屬粉末的粒徑的影響，通過水霧化法制造Sn改變的金屬粉末，測定其平均粒徑D50。其結(jié)果在表I中總結(jié)。另外，關(guān)于成分組成，比較例Ia與下述比較例I對應(yīng)，實(shí)施例1a與下述實(shí)施例1對應(yīng)，因此，為了簡便起見，在表中使用比較例la、lb和實(shí)施例1a?5a。另外，對于成分組成，霧化的合金和所得金屬粉末相同。
[0030][表 I]
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種軟磁性金屬粉末，其特征在于，按質(zhì)量％計(jì)含有:.0.5%以上且10.0%以下的S1、.1.5%以上且8.0%以下的Cr、.0.05%以上且3.0%以下的Sn，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.—種壓粉磁芯,其特征在于，其是將軟磁性金屬粉末加壓成型而成的，所述軟磁性金屬粉末按質(zhì)量％計(jì)含有:.0.5%以上且10.0%以下的S1、.1.5%以上且8.0%以下的Cr、.0.05%以上且3.0%以下的Sn，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
【文檔編號(hào)】H01F3/08GK104036900SQ201410076832
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月5日
【發(fā)明者】筒井美紀(jì)子, 藤田雄一郎 申請人:大同特殊鋼株式會(huì)社