软磁性金属粉末及压粉磁芯的制作方法
【专利摘要】本发明涉及软磁性金属粉末及压粉磁芯，提供了具有充分的磁导率和耐腐蚀性、并且即使在数百kHz以上的高频侧的操作频率范围内也能减低磁芯损耗的压粉磁芯及用于该压粉磁芯的软磁性金属粉末。本发明涉及的软磁性金属粉末的特征在于，按质量%计含有：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，余量为Fe和不可避免的杂质。
【专利说明】软磁性金属粉末及压粉磁芯
【技术领域】
[0001]本发明涉及软磁性金属粉末及使用其的压粉磁芯，尤其涉及用于高频用途的磁性部件的压粉磁芯及用于此的软磁性金属粉末。
【背景技术】
[0002]在数字电子器件的高性能化以及小型轻量化之际，需要使电子电路的操作频率迁移到高频侧，因此，对于这些电子器件中使用的电子部件，例如扼流线圈(choke coil)、感应器(inductor)这样的磁性部件(或者磁性元件),也要求对高频侧的最适化。例如，在现有的磁性部件中，大多使用廉价且磁导率高的氧化物铁素体，但在数MHz以上的高频侧，由所述氧化物铁素体形成的磁芯的磁芯损耗(损失)趋向于显著变大。因此，可利用将软磁性粉末绝缘处理并压缩成型而获得的压粉磁芯。因为其高频侧的磁芯损耗与由氧化物铁素体形成的块体状磁芯相比较小，而且在大电流下也能维持高的磁导率。
[0003]此外，在高频侧的磁芯损耗中，由磁场产生的涡流导致的损失(涡流损耗)的比率增大。与涡流损耗对应的能量导致磁性部件的工作效率降低，同时，变成热而放出，也成为阻碍电子器件小型化的重要原因。在压粉磁芯中，认为减小形成压粉磁芯的软磁性粉末的平均粒径对于抑制涡流损耗是有效的。
[0004]例如，专利文献I中描述了即使在压粉磁芯中在数十kHz?数百kHz的高频侧的操作频率中涡流损耗也急剧上升，而且公开了将由特定的规定了平均粒径和最大粒径的Fe-S1-Cr三元系合金形成的软磁性粉末加压成型而获得的压粉磁芯。在由平均粒径小的软磁性粉末获得的压粉磁芯中，涡流的流路变短，能够减低涡流损耗，另一方面，平均粒径过小时，由于加压成型不良而发生磁导率降低。此外，在制造软磁性粉末时，根据雾化法，可以有效地制造粒径细的粉末，并且，可以使粉末的各粒子的形状接近球形，提高加压成型时的填充率，成为密度更高的压粉磁芯，可提供高的磁导率和高的磁通密度。
[0005]作为用于上述压粉磁芯的软磁性粉末，从迄今在磁性部件的磁芯中使用的硅钢板的成分组成来看，大多使用Fe-Si 二元系合金、为了提高耐腐蚀性在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，专利文献2中公开了由含有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体粒径设定为相对于压粉磁芯的达到200kHz左右的励磁频率为规定范围内的软磁性粉末。在不影响其特性的范围内，可添加C、N、Mn、P、S、Cu、N1、Cr、Mo、Co、T1、Sn、Nb、Zr、Al等。其中描述了磁芯损耗取决于粉末粒子内的晶体粒径，在规定的励磁频率下存在抑制磁芯损耗的晶体粒径。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2011-049568号公报
[0010]专利文献2:日本特开2008-124270号公报
【发明内容】
[0011]发明要解决的问题
[0012]如上所述，对于将软磁性粉末加压成型而获得的压粉磁芯，作为使其最适于操作频率的高频侧的方法，提出了调整软磁性粉末的粒径、粉末粒子内的晶体粒径。所述调整可通过控制软磁性粉末的制造条件来进行。然而，如专利文献2中所述，在控制制造条件的同时稳定获得磁芯损耗达到最低的晶体粒径的软磁性粉末在实际中存在许多困难。
[0013]本发明是鉴于上述状况而做出的，其目的在于提供一种在高频用的磁性部件中使用的压粉磁芯及适合制造压粉磁芯的软磁性金属粉末，在所得压粉磁芯中具有充分的磁导率和耐腐蚀性，并且，软磁性金属粉末即使在数百kHz以上的高频侧的操作频率范围内也能减低磁芯损耗。
[0014]用于解决问题的方案
[0015]本发明人考虑通过调整金属粉末的成分组成，使得能够稳定地制造可减小上述磁芯损耗的晶体粒径的软磁性金属粉末，并进行了深入研究，结果完成了本发明。即，本发明的软磁性金属粉末的特征在于，按质量％计含有: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，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0016]根据上述发明，只要通过在规定的Fe-S1-Cr系合金中添加仅规定量的非磁性的Sn，就可以不牺牲所得压粉磁芯的磁导率和耐腐蚀性地减低在数百kHz以上的高频侧的操作频率范围内的磁芯损耗，而且，尤其可以使电源用途中所要求的直流叠加特性大幅提高。
[0017]另外，本发明的压粉磁芯的特征在于，其是将下述软磁性金属粉末加压成型而获得的，所述软磁性粉末按质量％计含有: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，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0018]根据所述发明，能够获得具有高磁导率和耐腐蚀性，并且，可以减低数百kHz以上的高频侧的操作频率范围内的磁芯损耗、尤其电源用途中所要求的直流叠加特性也优异的压粉磁芯。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为表示软磁性金属粉末和压粉磁芯的制造方法的图。
[0020]图2是用于评价试验的压粉磁芯的立体图。
[0021 ] 图3是软磁性金属粉末的SEM照片。
[0022]图4为表示涡流损耗占压粉磁芯的铁损的比例与Sn添加量的关系的图。
【具体实施方式】
[0023]本发明的压粉磁芯用的软磁性金属粉末是在Fe-S1-Cr系合金中添加仅规定量的非磁性的Sn而形成的合金。具有按质量％计Si为0.5%以上且10.0%以下、Cr为1.5%以上且8.0%以下、Sn为0.05%以上且3.0%以下的成分组成。在Fe-Si系合金中为了提高耐腐蚀性而添加仅规定量的Cr，同时添加仅规定量的非磁性的Sn，可以有效地制造平均粒径更小、更接近球形的软磁性金属粉末，而且可以使软磁性金属粉末的内部的晶粒细粒化。由此，在所得压粉磁芯中，不牺牲磁导率和耐腐蚀性地抑制了在数百kHz以上的高频侧的操作频率范围内尤其成为问题的涡流损耗，减低了磁芯损耗且提高了直流叠加特性。[0024]以下使用图1来说明本发明的一个实施例的软磁性金属粉末的制造方法及使用所述软磁性金属粉末(以下简称为“金属粉末”)的压粉磁芯的制造方法。
[0025]如图1(a)所示，通过将水吹送到后述的由成分组成Fe-S1-Cr-Sn系合金形成的熔融金属3中进行雾化的水雾化法，从而制造金属粉末I。需要说明的是，金属粉末I也可通过其他公知的方法来制造，尤其，根据上述水雾化法，可以稳定地制造呈平均粒径较小的球状且其内部的晶粒较细的金属粉末I。
[0026]接着，如图1(b)所示，在金属粉末I中混合作为粘结剂的绝缘树脂2，填充到规定形状的模具中，通过压制来加压成型。其中，金属粉末I可以使用为了调整粒径而适当分级了的金属粉末。另外，作为绝缘树脂2，可以使用硅烷系、钛系、铝系的各种偶联剂、硅酮树月旨、环氧树脂、丙烯酸系树脂、缩丁醛树脂等树脂中的一种或多种的混合物。接着，将从模具取出的成型体热处理并使树脂2固化，可以获得压粉磁芯10。另外，代替通过压制来加压成型的方法，还可通过注塑成型机来注塑成型(包括传递成型)的方法、灌注(potting)等浇铸成型法、基于印刷的成型法来制造复合磁性体(磁芯)。
[0027]接着，说明用上述制造方法制造改变了成分组成的金属粉末，制造压粉磁芯，进行各种试验而获得的结果。
[0028][预先试验]
[0029]为了确认Sn对所得金属粉末的粒径的影响，通过水雾化法制造Sn改变的金属粉末，测定其平均粒径D50。其结果在表I中总结。另外，关于成分组成，比较例Ia与下述比较例I对应，实施例1a与下述实施例1对应，因此，为了简便起见，在表中使用比较例la、lb和实施例1a?5a。另外，对于成分组成，雾化的合金和所得金属粉末相同。
[0030][表 I]
[0031]
【权利要求】
1.一种软磁性金属粉末，其特征在于，按质量％计含有:.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，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.—种压粉磁芯,其特征在于，其是将软磁性金属粉末加压成型而成的，所述软磁性金属粉末按质量％计含有:.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，余量为Fe和不可避免的杂质。
【文档编号】H01F3/08GK104036900SQ201410076832
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2013年3月5日
【发明者】筒井美纪子, 藤田雄一郎 申请人:大同特殊钢株式会社