压粉磁体用软磁性粉末和使用其的压粉磁体的制作方法

专利名称：：压粉磁体用软磁性粉末和使用其的压粉磁体的制作方法
技术领域：
：本发明涉及通过水雾化法制造的软磁性粉末和使用其的压粉磁体。
背景技术：
：在高压下压縮成形软磁性粉末而制造的压粉磁体被利用于电动机和电源回路用反应器等的磁芯。压粉的磁芯一般磁特性为各向同性且成形成为三维形状容易，与例如层叠硅钢板而制造的叠层型磁芯相比，应用于发动机等的电动机时可期待其有助于小型化、轻量化。特别是作为软磁性粉末使用Fe粉末的压粉磁芯，因为廉价且Fe粉的延性高，所以密度高，具有磁通密度增加的长处，因此近年来面向实用化的开发活跃。作为压粉磁芯所需要的特性除了磁通密度高以外，在被称为铁损的交流磁场下使用时产生的能量损失低也很重要。铁损主要由涡流损失和磁滞损失的和表示。涡流损失是由于在构成压粉磁体的Fe粉末粒子间流通的涡电流而产生的能量损失。作为降低涡流损的办法，需要在磁性体用Fe粉末的表面涂敷薄的绝缘皮膜。另一方面磁滞损失是伴随着Fe粉末内部的磁畴壁的移动而发生的损失，其会被Fe粉末内部的晶格应变，即作为使之发生的构造缺陷的空位和晶格间原子(所谓点缺陷)、位错及晶界等晶格缺陷，另外作为化学缺陷的Fe以外的杂质原子和由此构成的析出物的存在强烈影响。为了降低磁滞损失，需要对Fe粉末的压缩成形后的成形体进行热处理，降低由成形加工导入的Fe粉末内部的应变(以上述的位错为主的晶格缺陷)。这时，热处理温度越高加工应变的降低越得到推进，对磁滞损失的低降越有效。但是若使热处理温度过高而超出Fe粉末表面的绝缘皮膜的耐热性，则该绝缘物性降低，从而产生涡流损失增加的问题。如此在以压粉磁体的磁特性提高为目标的开发中，非常困难的状况是同时降低涡流损失和磁滞损失。Fe粉末中大量包含杂质元素和析出物时，由加工所导入的应变的复原没有充分进行。在Fe粉末中所含的作为化学缺陷的杂质元素中，被分类为C(碳)、N(氮)、O(氧)所代表的气体杂质，和Mn(锰)、Cr(络)、Si(硅)、Cu(铜)、S(硫)等金属系杂质。特别是前述的气体杂质进入结晶晶格间位置而扩张结晶晶格，从而施加巨大的应变，另外其与金属原子结合而形成化合物析出相，所谓析出物，提高粉末压缩成形时的变形阻抗(承担塑性变形的位错的移动阻抗)，损害成形性，此外还使由热处理造成的加工应变的恢复、一次再结晶化延迟。因此，为了促进成形性提高及热处理带来的压粉成形体的加工应变的去除，使磁滞损失降低，作为材料组成的控制，重要的是尽可能降低Fe粉末中的气体杂质。在特开2007-27320号公报(专利文献1)中，主要记载的是关于通过向熔融铁中喷送氮等高压气体而使之微粉化的气雾法而制造的Fe粉末。在Fe粉末中的杂质之内，作为防止由C、S造成的应变的影响的方法，提出有在Fe粉末中添加V或Nb、Ta、Ti、Zr等第三元素，从而使C、S作为碳化物、硫化物凝集，以降低压粉磁芯的铁损的技术。在专利文献1之中，公开有在Fe粉末中添加Ti:120129at.ppm、Zr:110at,ppm，从而降低压粉磁芯的矫顽磁力的实例。在专利文献l中，发明者等阐述，使杂-质物C和S凝集而生成的碳化物、硫化物的大小以平均粒径计为O.lpm以上10(im以下时，对矫顽磁力的降低有效。专利文献1特开2007-27320号公报另一方面，作为工业用纯Fe粉末，廉价的水雾化粉被广泛应用。水雾化Fe粉末通过向高温熔解的熔融铁喷送高压水而使之冷却、微粉化的过程而制造。与气雾化法相比，水雾化粉末非常便宜且生产性优异。此外，水雾化粉末与气雾化粉末无论是组成上还是材料组织上都有很大不同。水雾化粉末在组织上，其表面具有与熔融铁和水反应而形成的氧化膜。另外，在组成上含有大量的O。因此，也与面向磁特性的改善的材料控制的方针不同，对于水雾化来说最重要的是控制Fe粉末所含有的大量的O的影响。然而，在专利文献1中研究的是针对C和S的对策，而关于控制O的影响则并没有考虑。另外，上述引用文献1中认为，以平均粒径计为O.lpm以上lO(mi以5下的析出物的碳化物、硫化物在熔融铁中己经生成并残存，因此气雾化粉末要从母相去除单独的C、S的影响。另一方面，含有大量的O的水雾化粉末与气雾化粉末状况不同。其存在的课题是，工业上为了减少o而实施800100(TC的温度范围的还原热处理，但充分地使析出物成长直到得到作为压粉优选的特性非常困难，从而难以降低O的不良影响。
发明内容因此，本发明的目的在于，提供一种邮低了O对压粉成形性、成形体的应变的热恢复(或磁特性)造成的不良影响的磁性粉末。解决上述课题的本发明，是以铁为主要成分的压粉磁体用软磁性粉末，其中，添加特定的添加物，使该添加物和氧的化合物成长为特定的大小。具体来说，压粉磁体用软磁性粉末由含有如下的铁构成V、Nb、Ta、Ti、Zr之中至少一种为0.0030.03原子％，和不可避免的金属杂质为0.25质量％，和碳、氮、氧为0.05质量％以下，并具有在内部母相中析出的V、Nb、Ta、Ti、Zr之中至少一种和以氧为主要成分的平均粒径为0.05pm以上、0.5pm以下的析出粒子。另外，本发明的软磁性粉末通过向熔融合金喷水而加以冷却的水雾化法而形成，因此具有形成于表面的氧化层。另外本发明还是一种压粉磁体的制造方法，其中，使用的是通过水雾化法而使铁微粉化，在含氢的还原气氛中在800100(TC的温度范围进行了热处理的压粉磁体用软磁性粉末。特别是在铁中添加V、Nb、Ta、Ti、Zr之中至少一种为0.0030.03原子％，并且在再结晶温度600°C以下对经过压粉成形的成形体进行热处理。V、Ti、Al、Si、Zr等是热力学上形成稳定的氧化物的元素。其不是微量，而是超出本发明的范围而大量被含有时，在粉末的表面附近的区域与从表面经水的分解而侵入的0优先反应，使O的吸收促进，在急冷中过剩地生成稳定的氧化物。过剩的氧化物成分压粉成形性、由成形加工的热处理带来的应变的除去(更低温下的一次再结晶化)的阻碍，有招致铁损的增大的情况。另外，添加物的化合物粒子，经热处理从母相凝集生成，但若过大地成长，则对应变的影响大。另外若凝集不充分，则在氧原子等的周边会产生上述的应变。水雾化Fe粉末如上述大量含有在雾化中与水的反应而生成的O。根据上述构成，会降低O带给压粉成形性、成形体的应变的热恢复(或磁特性)的不良影响。该降低的方法同时也解决了C、N的降低的课题，但在水雾化铁粉中，这些元素的含量比氧少。根据上述构成，能够提供抑制了氧的影响的压粉磁体用粉末。具体来说，能够使水雾化Fe粉末的变形阻抗低，使一次再结晶温度低温化。此外，由绝缘被覆的水雾化Fe粉末构成的压粉磁体通过实施热处理而低铁损化。图1是水雾化Fe粉末的制造和氢热处理工序。图2是No.5开发材的维氏硬度(荷重10g)的等时退火曲线。图3是透射电子显微镜观察的No.5开发材的压粉成形体中的一个压粉的材料组织的模式图。图4是透射电子显微镜观察的No.5开发材的压粉成形体中的一个压粉的母相中的析出物照片。图5是作为电动机的定子用磁芯进行金属模具成形的三维的压粉磁芯的概观图。符号说明1a-Fe的单晶2薄氧化皮膜层3结晶晶界4析出物5微结晶6位错7凸缘部8爪部具体实施方式作为水雾化Fe粉末的低变形阻抗和一次再结晶温度的低温化，此外由于对绝缘被覆的水雾化Fe粉末的压粉磁体所实施例热处理而带来的低铁损化这样的特性提高的方法，本发明者们就降低造成不良影响的气体杂质的O，以及降低C、N不被期望的作用的方法进行研究。水雾化Fe粉末大量含有在微粉化中因与水的反应而生成的O，而不像气雾化粉末那样C、S含量多。氧原子会由成形加工的热处理带来的应变的除去(更低温下的一次再结晶化)。因此有可能招致铁损的增大。因此，为了降低气体杂质O、C、N的作用，设计了一种材料组织控制方法、材料的制造方法，其是添加与上述气体杂质O、C、N亲和力强的元素并将其控制在适当的组成范围，使粉末中残存的O、C、N与上述添加元素一起作为析出物从母相中取出，从而使水雾化Fe粉末的母相更洁净化。在本发明中，为了降低气体杂质O、C、N的作用，在水雾化后实施充分的氢热处理，降低在粉末中含有的气体杂质量，并且添加与上述气体杂质亲和力强的元素并将其控制在适当的组成范围，使残存的气体杂质作为氧化物、碳化物、氮化物及其复合化合物凝集。此外与添加元素一起作为析出物从母相取出，从而使水雾化Fe粉末的母相更洁净化。具体来说，作为添加元素在Nb、Ta、Ti、Zr或V之中含有至少一种以上。添加量需要在能够降低粉末的变形阻抗、一次再结晶温度、压粉成形体的铁损的适当范围内添加。此外，也可以实施充分的氢热处理，降低粉末中含有的气体杂质量。在以水雾化法而成为粉末状后，若在800100(TC的温度范围于含有氢气的还原气氛中进行热处理，则能够降低气体杂质浓度。并且，即使对于残留的气体杂质来说，其也与添加元素一起作为析出物被凝集，粗大化而使粉末母相洁净化。其结果是，能够提供全新的廉价的软磁性Fe粉末和制造它的材料组织控制技术，以及材料制造方法。本发明使用的压粉成形用水雾化Fe粉末作为其组成，含有作为添加元素的Nb、Ta、Ti、Zr或V之中含有至少一种以上。这些元素均会与Fe粉末的母相中的气体杂质0、C、N强烈反应而作为氧化物、碳化物、氮化物及含有其他组成的它们的复合化合物而凝集，使母相洁净化。其中这些碳化物、氮化物是以原子比计按1:1的比例反应而生成的析出物，其在Fe中比起不可避免的杂质的Cr、M、Si的碳化物、氮化物，一般标准生成自由能充分低，在热力学上稳定。Nb、Ta、Ti、Zr或V无论是分别单独添加到Fe粉末中，还是同时添加多种元素，都会发挥同样的固溶C、N的捕集效果。本发明的水雾化Fe粉末中，在水雾化处理中熔融雾化粒子中的C、N与水反应，结果是其后的急冷凝固的雾化粉中的C、N含量被降低。反之，会带来O量的增加。这一点与作为制冷剂而利用He和Ar等的气雾化处理在处理后的组织上有所不同。O的增加在粉末的热处理中使多于碳化物、氮化物的氧化物析出。在此，对于含有杂质元素和将其固定化的稳定元素的Fe粉末的制造方法进行说明。本发明的Fe粉末通过水雾化法制作。选定原料铁使含有Cr、Mn、Si的不可避免的杂质满足下述组成范围，加入坩埚等的容器中加热到高温而成为熔融状态，同时添加Nb、Ta、Ti、Zr或V之中的l处以上的元素，搅拌而使之均一化。在此阶段向成为规定的化学组成的熔融铁中喷送高压的水而使之急冷凝固，进行微粉化而加以回收。本发明使用的压粉成形用Fe粉末，在水雾化处理之后如上述含有大量的O(0.2质量％左右或以上)。表层由氧化层被覆，内部的母相中也有大量的氧急冷固溶。为了降低水雾化粉末的O，除了添加Nb、Ta、Ti、Zr或V的处理以外，并用含有氢的还原气体中的热处理也有效。该效果显著的温度范围为80(TC以上IOO(TC以下。IOO(TC以上由于粉末的凝集、烧结过度被促进，另外在800'C以下的氢处理抑制0的低减效果，所以不为优选。添加元素(Nb、Ta、Ti、Zr或V)的添加量依存于气体杂质(0、C、N)的含量以及特别容易与O强烈结合的不可避免的杂质。作为这样的不可避免的杂质，特别是作为杂质大量存在的Si、Mn、Cr的影响很大。优选使Si、Mn、0量以质量％计合计在0.15%以下，0、C、N合计为0.05%(以原子％计大约为0.18%)以下。优选这时的由Nb、Ta、Ti、Zr或V之中至少1种构成的添加元素的添加量以原子％计合计为0.0030.03%的范围。还有在Nb、Ta、Ti、Zr或V的单独添加中，以上述原子％计0.%的添加量，以质量％计大概分别相应地为0.05%、0.097%、0.025%、0.05%或0.027%。在该范围的添加量下含有添加元素，提高粉末的变形阻抗、再结晶温度、压粉成形体的铁损的O、C、N作为析出相凝集。此外，并用上述的氢热处理，热处理中使析出相粗大化，能够达成更无害化的目的。在此氧化物、特别是复合氧化物生成起着很大的作用。若添加物以原子％计添加0.03%以上，则析出物的粗大化不进行，成为微细的析出物残存的分布状态。高密度分布的微细的析出物的存在反而大大阻碍作为目标的特性的改善。为得到压粉成形用Fe粉末的优选特性，进行了氢热处理的粉末的不可避免的杂质量若涵盖经济性、生产性而加以考虑，则以质量％计原子编号9以上的元素需要在0.25%以下的范围，原子编号8以下的元素需要在0.05%以下的范围。原子编号9以上的元素多为金属元素。特别是在制造上需要限制Cr、Mn、Si被大量含有的倾向。Cr能够期待对于O、C、N的凝集作用，含量以质量％计为0.03%以下。若含量以质量％计超过0.03%，则其在制造过程中与从Fe粉末的表面扩散到内部的O反应，大量形成稳定的Cr氧化物。因此，使压粉成形体的应变的热恢复迟缓，招致磁滞损失的增大，因此不为优选。Mn在制造上大量存在。Mn的含量以质量％计为0.1%以下。若以质量％计超过0.1%，则与Cr一样在Fe粉末的制造过程中与从表面扩散到内部的O反应，大量形成稳定的Mn氧化物，从而使压粉成形体的应变的热恢复迟缓，招致磁滞损失的增大，因此不为优选。Si氧化物生成自由能量小，更容易形成氧化物，此外因为稳定，所以很难粗大化。因此尽可能抑制其含量，优选以质量％计使之在0.02%以下。若以质量％计超过0.02%，则在制造过程中与从Fe粉末的表面扩散到内部的O反应，大量形成稳定的Si氧化物。因此，使压粉成形体的应变的热恢复迟缓，招致磁滞损失的增大。原子编号8以下的不可避免的杂质的元素，C、O、N占大部分。水雾化粉末中，C、N量的合计以质量。/。计为0.002%以下。基于上述的理由，C、N量低，此外能够通过氢热处理降低。气体杂质中O占大部分。进行了氢热处理的水雾化粉末的O量，也包括表面氧化层在内，最大也是约接10近0.05%(以原子％计约0.18%)，C、O、N的合计以质量％计优选为0.05%以下。Nb在O和C、N的除去中发挥着有效的作用。水雾化处理中通过急冷在Fe粉末中被冻结的O和C、N在上述的800100(TC的范围的氢热处理中被除去，但残留量在上述热处理中作为含有Nb的氧化物，另外作为NbC、NbN析出，随着处理时间一起这些析出物粗大化，使粉末母相洁净化。氧化物也可以是与Fe中含有的其他的金属元素的复合氧化物。通过此洁净化，降低Fe粉末的变形阻抗、一次再结晶温度、压粉成形体的铁损的效果增大。若Nb的添加量以原子％计超过0.03%，则特别是氧化物的密度增加，损害伴随粗大化而来的母相的洁净化效果，因此优选在0.03%以下，若截止到0.003%，则效果进一步降低，因此优选0.03%0.003%的范围。与Nb同时添加Ta、Ti、Zr或V的一种以上时，也优选以包含Nb在内合计为0.030.003%的范围。Ta在O和C、N的除去中发挥着有效的作用。在水雾化处理中通过急冷在Fe粉末中被冻结的O和C、N在上述的8001000。C的范围的氢热处理中被除去，但残留量在上述热处理中作为含有Nb的氧化物，另外作为TaC、TaN析出，随着处理时间一起这些析出物粗大化，使粉末母相洁净化。氧化物也可以是与Fe中含有的其他的金属元素的复合氧化物。通过此洁净化，降低Fe粉末的变形阻抗、一次再结晶温度、压粉成形体的铁损的效果增大。若化的添加量以原子％计超过0.03%，则特别是氧化物的密度增加，损害伴随粗大化而来的母相的洁净化效果，因此优选在0.03%以下，若截止到0.003%，则效果进一步降低，因此优选0.03%0.003%的范围。与Ta—起添加Nb、Ti、Zr或V的一种以上时，也优选以包含Ta在内合计为0.03%0.003%的范围。Ti在O和C、N的除去中发挥着比Nb、Ta或V更有效的作用。在水雾化处理中通过急冷在Fe粉末中被冻结的O和C、N在上述的8001000。C的范围的氢热处理中被除去，但残留量在上述热处理中作为含有Ti的氧化物，还作为TiC、TiN析出，随着处理时间一起这些析出物粗大化，使粉末母相洁净化。氧化物也可以是与Fe中含有的其他的金属元素的复合氧化物。通过此洁净化，降低Fe粉末的变形阻抗、一次再结晶温度、压粉成形体的铁损的效果增大。Ti与该O和C、N的结合力比Nb、Ta或V强，若丁1的添加量以原子％计超过0.03%，则这些析出物的密度增加，且更加稳定，从而更加损害伴随粗大化而来的母相的洁净化效果，因此优选设定在0.03%以下的限制，另外至0.003%便能够期望充分的效果，因此更优选为0.03%0.003%的范围。Ti与Nb、Ta、Zr或V的一种以上一起添加时，也优选以包含Ta的合计为0.03%0.003%的范围。Zr与Ti一样在O和C、N的除去中发挥着比Nb、Ta或V更有效的作用。在水雾化处理中通过急冷在Fe粉末中被冻结的O和C、N在上述的800100(TC的范围的氢热处理中被除去，但残留量在上述热处理中作为含有Zr的氧化物，还作为ZrC、ZrN析出，随着处理时间一起这些析出物粗大化，使粉末母相洁净化。氧化物也可以是与Fe中含有的其他的金属元素的复合氧化物。通过此洁净化，降低Fe粉末的变形阻抗、一次再结晶温度、压粉成形体的铁损的效果增大。Zr与该O和C、N的结合力比Nb、Ta或V强，若Zr的添加量以原子％计超过0.03%，则这些析出物的密度增加，且更加稳定，从而更加损害伴随粗大化而来的母相的洁净化效果，因此优选设定在0.03%以下的限制，另外至0.003%便能够期望充分的效果，因此更优选为0.03%0.003%的范围。Zr与Nb、Ta、Zr或V的一种以上一起添加时，也优选以包含Zr的合计为0.03%0.003%的范围。V在O和C、N的去除中起着有效的作用。在水雾化处理中通过急冷在Fe粉末中被冻结的0禾BC、N在上述的8001000。C的范围的氢热处理中被除去，但残留量在上述热处理中作为含有Nb的氧化物，还作为VC、VN析出，随着处理时间一起这些析出物粗大化，使粉末母相洁净化。氧化物也可以是与Fe中含有的其他的金属元素的复合氧化物。通过此洁净化，降低Fe粉末的变形阻抗、一次再结晶温度、压粉成形体的铁损的效果增大。若V的添加量以原子。/。计超过0.03M，则特别是氧化物的密度增加，损害伴随粗大化而来的母相的洁净化效果，因此优选在0.03%以下，若截止到0.003%，则效果进一步降低，因此优选0.03%0.003%的范围。与V—起添加Nb、Ta、Ti、Zr的一种以上时，也优选以包含V在内的合计为0.03%0.003%的范围。由于气体杂质已经通过氢热处理而被降低，因此存在于本发明的氢热12处理水雾化Fe粉末的母相的析出物量在量上受到抑制，因此优选其平均粒径为0.5pm以下而存在。析出物的尺寸范围以如下方式限制。通过水雾化制造的Fe粉末，是熔融Fe被粉碎，成为急冷凝固的组织。由于与水(即O)反应，表面被氧化皮膜覆盖，但在粉末内部成分原子以进一步固溶的状态被冻结。对于组织来说，与通常的坩埚熔解、空冷的凝固体完全不同。后者是更为热平衡状态的组织，虽然存在pm级的氧化物夹杂物、MnS等，但在水雾化粉末的冻结组织中其生成困难。通过在800100(TC的范围实施的氢气氛下的热处理，如上述气体发杂质被还原而降低，但同时冻结的成分原子的扩散进行，析出物的形成发生。浓度降低了的残留气体杂质，特别是支配性的O与成分的金属原子反应，析出，成长。鉴于这一现象，在8001000°C、1小时的氢热处理中生成的支配性的氧化物的析出物优选能够以如下方式存在其密度也低，其平均粒径为0.5pm以下、2030nm以上。本发明的氢热处理水雾化Fe粉末，由于进行了降低构成该粉末的压縮成形中的塑性变形的阻碍(阻抗)的O、C、N的气体杂质的氢热处理及Nb、Ta、Ti、Zr或V添加处理，因此该粉末的平均的显微维氏硬度被降低，为120以下。因此，得到相同的成形体密度的成形压力也比现有粉末成分体有所降低。在对本发明的水雾化Fe粉末不实施氢热处理时，由于水雾化的急冷作用，大量的气体杂质原子(0、C、N)在热的非平衡状态下强制地在Fe母相(基材)中固溶、冻结。特别是，O在量上多，O的一部分在Fe粉表面附近作为Fe主体的氧化物残留。另外，O之外的气体杂质的C、N也在Fe粉中以C、N合计最大为0.01X左右残留。作为这些杂质的作用，由于杂质所具有的晶格应变，粉末的压縮成形时的变形阻抗(担负着塑性变形的位错的移动阻抗)升高，并且，还使铁损、磁密度等磁特性劣化。作为其他的影响，损害粉末的成形性，有压粉成形体的密度发生下降的可能性。另外，在去应变热处理时的加工应变的恢复和一次再结晶化延迟等问题发生时，成形体的磁特性显著劣化。氢热处理抑制Fe粉的压縮成形时的变形阻抗，从成形体的磁特性改善的目的出发，十分重要。通过氢热处理的实施，能够通过还原作用降低气体杂质浓度。另外，通过使残留的气体杂质从非平衡的固溶状态与添加元素(Nb、Ta、Ti、Zr或V)—起作为析出物凝集粗大化，能够净化粉末母相。氢热处理在纯氢气氛下，或由氨分解等得到的氢和氮的混合气氛下、或纯氢和氨分解气体的混合等以氢气为主体的具有还原作用的气氛下实施。在氢热处理中，铁粉配置在加热装置内等静的环境下，使加热装置内成为还原气氛，导入氢，由此实施。另外，配置在移动带上，在炉中移动同时与还原气氛接触，使圆筒状的加热炉旋转进行还原等，在动的环境中加热的方法也对降低气体杂质有效。对于本发明的氢热处理水雾化Fe粉末，用金属模具在高压下使之发生过度的塑性变形，成为压粉成形体。为了提高压粉成形体的磁特性，需要实施除去成形体内部的应变(由晶格缺陷等而产生的应变)的热处理。此外为了将压粉成形体用于磁芯，必须以薄的绝缘皮膜涂敷粉末的表面，在维持该皮膜的绝缘性上，上述热处理的实施不能超过该皮膜的耐热温度。现状的绝缘皮膜使用铁磷酸盐玻璃(Fe-P-O)。铁磷酸盐玻璃的耐热温度被认为最大在550。C附近。因此，本发明的经氢热处理的水雾化Fe粉末的一次再结晶温度优选为60(TC或在此之下。经氢热处理的水雾化Fe粉末，因为进行降低成为应变的恢复、一次再结晶化的阻碍的O、C、N的气体杂质的氢热处理，另外添加Nb、Ta、Ti、Zr或V，所以能够处于上述范围。将本发明的氢热处理水雾化粉末的表面进行绝缘被覆，成为复合粉末，再进行压縮成形，该压粉磁体能够供电动机和电气回路等的磁芯使用。此外，优选对于压縮成形的压粉成形体，在绝缘皮膜的耐热性能够维持的温度范围，即55(TC以下实施去应变热处理。通过去应变热处理，能够获得高磁通密度和低铁损的性质。由于该热处理粉末的低变形阻抗性，成形体的密度能够达到7.45以上。本发明的Fe粉末的粒径优选具有100400pm的平均粒径。例如，可以是具有100300(im的粒度分布，平均粒径200^im的粉末。平均粒径小，大多的粉末极端微小时，粉末的表面积增大粉末彼此接触界面增大，因此，压粉磁体的铁损增大。另一方面，平均粒径大，粉末的粒径过大的情况多时，涡电流发生，不为优选。本发明的Fe粉末、软磁性材料、压粉磁芯及其制造方法，一般适合被利用于例如电机磁芯、电磁阀、反应器或电磁部件。(实施例)以下通过实施例进行更详细地说明。(实施例1)在本实施例中，对于在数种纯Fe中添加Nb、Ta、Ti、Zr或V而制造的水雾化粉末的储特性进行调査。图1表示水雾化Fe粉末的制造工序。进行纯Fe的选定使之在为规定的化学组成，调配添加元素，熔解这些原材，使用高压水进行熔融Fe的粉碎和急冷凝固，使Fe粉末化(工序1和2)。筛分表面被覆有氧化皮膜的Fe粉末使其平均粒径为100pm，为了降低气体杂质而在流通干氢的气氛中，以950。C士4r对该筛选粉末进行1小时热处理(工序3和4)。因为在热处理中一部分粉末间的凝集进行，所以为了分散各个粉末，既要考虑尽可能不施加应变，又要机械性地粉碎(工序5)。在此有应变导入的可能性时，也可以粉碎后在含氢的还原气氛或真空中，以600'C实施30分钟1小时的退火(工序6)。本实施在真空中实施30分钟工序6。水雾化之后的黑化的粉末表面通过氢热处理而变成浅灰色。表1中显示制造的水雾化Fe粉末的化学分析结果的组成。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>对于各粉末，以水雾化法调配成规定的化学组成，使之熔解、粉末化。25种Fe粉末，因为是水雾化Fe粉，所以含有大量(以质量％计为0.170.2°/。的范围)0作为杂质。氧化皮膜形成的帮助很大。杂质C的浓度为0.0010.003%左右。另外N浓度无论是哪种材料均为0.002%以下，非常少。C、N被认为在雾化中通过与水(即0)的反应有相当的量被除去。表l的No.l3是比较材，没有添加Nb、Ta、Ti、Zr或V。No.3以极端抑制了金属杂质的4N纯度的原材作为水雾化粉末。在No.4以后的本发明材中，No.419是单独添加了Nb、Ta、Ti、Zr或V的粉末。此外，No.20No.25是Nb、Ta、Ti、Zr或V的复合添加粉末。除去No.3，杂质的Cr、Mn和Si量以质量％计，分别为0.03%以下、0.1%以下和0.02%以下。表2中显示水雾化粉末的氢热处理后的特性(O浓度、维氏硬度、一次再结晶温度)及绝缘被覆的粉末的压粉成形体的矫顽磁力、密度、比抗。<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>力980MPa进行金属模具成形而制作7mmX7mmX2mm的压縮加工的成形体，在从室温以上至80(TC的温度范围实施等时退火实验。退火条件为，从IO(TC开始，温度上升间隔AT二5(TC，保持时间30分钟。分别退火至100、200、300、400、450、500、550、600、650、700、800。遵循上述的程序，以室温对于经过退火的成形体进行硬度试验。作为一例，图2中显示No.5粉末的成形体的维氏硬度的等时退火曲线。从50(TC硬度的降低显著，在60(TC以上有在105的值饱和的倾向。105的值比氢热处理的粉末单体的硬度98稍大。一般纯铁和低碳钢的硬度降低与再结晶化率大体成比例。表示图2的硬度的变化的极值(最大变化)的温度定义为一次再结晶温度。No.5确认其大约在50(TC和550'C之间。以同样的方法测定各材料的一次再结晶温度。表2中显示各材料的一次再结晶温度。500—550意思是500"<—次再结晶温度〈550。C。添加有Nb、Ta、Ti、Zr或V的材料(No.425)的一次再结晶温度比60(TC低，确认到添加物的添加带来的再结晶温度的低温化。另外若维氏硬度低，则一次再结晶温度有低的倾向，因此预想到硬度和再结晶温度的关联。以53(TC对上述No.5材料的成形体进行退火，用透射电子显微镜确认内部组织。使用的透射电子显微镜是日立制H-9000UHR(加速电压300kV)。透射电子显微镜用的材料，通过由Ga离子束从成形体摘除、薄膜化的FIB微量称样法制作。图3中模式化地显示所观察到的成形体中的一个压粉的组织。压粉的平均的粒径约120pm，是由103(Vm的粒径的单晶1的集合体构成的多晶体。压粉的表面由含有氧化物的薄层2被覆，该薄膜为0.10.5pm的厚度。另一部分，粒径为10拜以下的微晶5存在，特别是在表面附近得到确认。单晶1的母相中观察到析出物4和通过加工导入的位错6的一部分。残留位错6的存在有显示一次再结晶没有100%完结的可能性。在母相内部和晶界3观察到析出物4。图4中显示母相内部的一个析出物的透射电子显微镜照片。析出物的形态为，杂质金属元素，含有本发明的添加元素的氧化物，平均粒径为50200nm(0.2jim)，分布为45个/200pm2。没有确认到,级大的析出物。析出物为复合氧化物，根据EDX分析由Fe、Cr、Mn、Nb、O构成。观察到的复合氧化物O量处于50%70%的范围。另外在实施的计测的范围中，未确认到Fe单独的氧化物，另外也未确认到金属碳化物、金属氮化物、硫化物。对于No.9、No.12、No.M、No.l8、No.21、No.25也进行同样的观察。与No.5—样，作为析出物确认到含有各粉末中所添加的Nb、Ta、Ti、Zr或V的复合氧化物。以透射电子显微镜的分解能，在所限定的视野内的观察中，虽然数nm大小的析出物未确认到，但是经氢热处理的水雾化粉末的成形体含有复合氧化物，其大体上没有微细分散，而是充分地成长。如表2的结果，比较材No.l3中，一次再结晶温度为60(TC以上，有比本发明材变高的倾向。比较材No.13的试料粉末中，通过透射型电子显微镜进行同样的察的结果发现，粒径为数nm20nm的极微细的析出相为100个/20(^1112以上大量存在。因此，在比较材中，与本发明材相比较，能够确认到析出相微细且高密度分散的样子。根据EDX(能量分散型X射线分析装置)分析，微细析出物由Fe、Cr、Mn、O构成，是以Fe—Cr一Mn为主体的复合氧化物。因此，推测为在不含Nb、Ta、Ti、Zr或V的比较材中，由于析出相的复合氧化物微细化大量析出，因此，Fe粉的变形阻抗增加，再结晶温度不会下降。实施例2确认作为本发明的水雾化粉末的压粉磁芯的磁特性。将粒径以100pm为中心30pm20(Him的氢热处理粉末浸渍在磷酸盐水溶液中，在表面形成铁磷酸盐玻璃。接着在绝缘被覆的Fe粉末中加入润滑剂并以980MPa的压力加压成形，制作压粉磁体。成形体的形状为外形25mm、内径15mm、厚5mm的环状。铁磷酸盐玻璃的耐热温度最大为550°C，因此在氮气氛中以530。C对成形体进行60分钟的热处理。磁特性通过矫顽磁力进行评价。经绝缘被覆的各粉末成形体的矫顽磁力的结果显示在表2中。不含Nb、Ta、Ti、Zr或V的比较材No.l、2、3矫顽磁力值超过200A/m。这预计着磁滞损失达33w/kg以上。另一方面，含有Nb、Ta、Ti、Zr或V的No.4No.25的材料的矫顽磁力值处于150200A/m的范围。矫顽磁力的变化与硬度、一次再结晶温度的倾向大体一对于几个试料，实施上述进行了热处理的成形体的密度和比抗的测定。密度使用阿基米德法，比抗测定采用四端子法。测定结果显示在表2中。以Nb、Ta、Ti、Zr或V作为添加元素时，均满足密度7.45以上、20pX2nn以上。由以上的结果能够得到本发明者主张的如下技术，以适当的范围在Fe粉末中添加Nb、Ta、Ti、Zr或V之中的至少l种以上，以及在含有氢的还原气氛中进行热处理，从而提高压粉磁体的强度、一次再结晶温度的降低、矫顽磁力(换言之即铁损)等的磁特性。实施例3与实施例2同样，对开发材No.5、No.l2、No.15、No.21进行表面绝缘、润滑处理，作为电动机用磁芯对三维的压粉磁芯实施金属模具成形。图5是该压粉磁芯的概观图，外径90mm、高10mm。成形压力为980MPa。切下数处开发材的凸缘部7和爪部8，以阿基米德法测定其密度。No.5、No.l2、No.15、No.21的爪部的密度分别为7.55、7.54、7.56、7.56。包括外周、平坦部的凸缘部比爪部低0.010.03。虽然与实施例2二维、三维的形状有所不同，但通过三维金属模具成形也能够确认高的成形密度。因此认为即使是三维成形体也能够获得与实施例2同样的热、磁的特性。产业上的利用可能性本发明的Fe粉末、软磁性材料、压粉磁芯及其制造方法，一般适合被利用于例如电机磁芯、电磁阀、反应器或电磁部件。权利要求1.一种压粉磁体用软磁性粉末，是以铁为主要成分的压粉磁体用软磁性粉末，其特征在于，所述粉末由如下的铁构成，该铁含有0.003～0.03原子％的V、Nb、Ta、Ti、Zr中的至少一种元素；0.05质量％以下的碳、氮、氧；0.25质量％以下的不可避免的金属杂质，所述粉末包括形成于表面的氧化层和在内部母相中析出的析出粒子，所述析出粒子是以V、Nb、Ta、Ti、Zr中至少一种元素和氧为主要成分的粒子，所述析出粒子的平均粒径为0.05μm以上、0.5μm以下。2.根据权利要求1所述的压粉磁体用软磁性粉末，其特征在于，所述粉末至少含有V。3.根据权利要求1所述的压粉磁体用软磁性粉末，其特征在于，所述粉末作为所述不可避免的金属杂质含有Cr、Mn、Si中的至少任一种元素，各自的含有率为Cr:0.03质量％以下、Mn:0.1质量％以下、Si:0.02质量％以下。4.根据权利要求1所述的压粉磁体用软磁性粉末，其特征在于，所述粉末的平均显微维氏硬度为120以下。5.根据权利要求1所述的压粉磁体用软磁性粉末，其特征在于，在表面具有绝缘被覆层。6.—种压粉磁体的制造方法，其特征在于，对以铁为主要成分，具有0.0030.03原子％的V、Nb、Ta、Ti、Zr中的至少一种元素的熔融合金喷水进行冷却，将被微粉化的合金在含有氢的还原气氛中在800°CIOO(TC的温度范围内进行热处理，对所述合金粉末压粉成形，其中，在所述压粉成形后，具有使所述压粉成形体再结晶的工序，所述再结晶温度为60(TC以下。7.根据权利要求6所述的压粉磁体的制造方法，其特征在于，具有在所述被热处理的合金粉末上设置绝缘被覆层的工序，对具有所述绝缘被覆层的合金粉末进行压粉成形。8.—种压粉磁体，其特征在于，使用了权利要求1的压粉磁体用软磁性粉末。9.一种压粉磁体用软磁性粉末的制造方法，其特征在于，对以铁为主要成分，具有0.0030.03原子％的V、Nb、Ta、Ti、Zr中至少一种元素的熔融合金喷水进行冷却，将被微粉化的合金在含有氢的还原气氛中在80(TC100(TC的温度范围内进行热处理。10.根据权利要求9所述的压粉磁体用软磁性粉末的制造方法，其特征在于，具有在所述热处理后设置绝缘被覆层的工序。全文摘要提供一种降低了粉末的压缩成形中的变形阻抗、压粉成形体的去应变热处理温度的压粉磁体所使用的水雾化Fe粉末。还提供一种磁特性优异的成形体。是含有Nb、Ta、Ti、Zr或V之中至少一种为0.003～0.03原子％的水雾化Fe粉末，是在母相中，使以Nb、Ta、Ti、Zr或V之中至少1种和氧为主要成分的平均粒径为0.05μm以上、0.5μm以下的粒子析出的压粉磁体用软磁性粉末。另外，是一种上述软磁性粉末的制造方法，通过添加Nb、Ta、Ti、Zr或V之中至少一种，以含氢的还原气氛进行热处理，由此进行制造的压粉磁体用软磁性粉末的制造方法。其结果是，能够使气体杂质、特别是O降低、无害化，使Fe粉末及成形体的磁特性提高。文档编号H01F1/20GK101615465SQ20091020285公开日2009年12月30日申请日期2009年5月26日优先权日2008年5月30日发明者西和也,青野泰久申请人:株式会社日立制作所