压粉磁芯及用于其的制造方法与流程

本发明涉及压粉磁芯和用于压粉磁芯的制造方法，尤其是涉及由每一个的表面都包覆有氮化铝膜的软磁颗粒构成的压粉磁芯和用于所述压粉磁芯的制造方法。

背景技术：

用于电力转换用电抗器等的压粉磁芯通过对每一个的表面都包覆有电绝缘膜的软磁颗粒压制成形来制造。已知使用具有高热导率和高耐热性的氮化铝膜的电绝缘膜。日本专利申请公开号2016-58732(jp2016-58732a)中描述的压粉磁芯由软磁颗粒构成，其各氮化铝膜还包覆有低熔点玻璃膜。

技术实现要素：

本发明人发现了关于由每一个的表面都包覆有氮化铝膜的软磁颗粒构成的压粉磁芯的以下不便。图9为示出本发明意在解决的任务的视图，并且是显示压粉磁芯的老化劣化的局部剖视图。如图9中所示，在使用过程中压粉磁芯中包覆每一个软磁颗粒的表面的氮化铝膜与大气中的水分反应，并从其表面侧逐渐变为氢氧化铝膜。也就是说，由于老化劣化，氢氧化铝膜的厚度增加，而氮化铝膜的厚度减小。结果，存在压粉磁芯的热导率下降的不便。

jp2016-58732a中描述的低熔点玻璃膜通过混合低熔点玻璃颗粒与每一个的表面都包覆有氮化铝膜的软磁颗粒并熔化所述低熔点玻璃颗粒来形成。为此，jp2016-58732a中描述的低熔点玻璃膜难以包覆压粉磁芯的整个表面。也就是说，在压粉磁芯的表面上保留有暴露的氮化铝膜部分。进行从暴露的氮化铝膜部分向氢氧化铝膜的变化，不可能充分抑制上述热导率的下降。jp2016-58732a中描述的低熔点玻璃膜原本并非意在抑制从氮化铝膜向氢氧化铝膜的变化。

本发明提供了一种能够抑制从包覆每一个软磁颗粒的表面的氮化铝膜向氢氧化铝膜的变化的压粉磁芯和一种用于压粉磁芯的制造方法。

本发明的第一个方面提供了一种压粉磁芯。所述压粉磁芯包含：多个软磁颗粒，所述多个软磁颗粒中的每一个软磁颗粒都由含铝的铁基合金构成，所述多个软磁颗粒中的每一个软磁颗粒的表面都包覆有氮化铝膜；和氧化铝膜，至少位于所述压粉磁芯的表面处的氮化铝膜全部包覆有所述氧化铝膜。

使用根据本发明的第一个方面的压粉磁芯，位于压粉磁芯的表面处的氮化铝膜全部包覆有氧化铝膜。也就是说，在压粉磁芯的表面上未形成暴露的氮化铝膜部分，并且氮化铝膜受到具有高耐水性的氧化铝膜的保护。为此，在压粉磁芯的使用过程中可以抑制每一个软磁颗粒的表面都包覆有的氮化铝膜因所述氮化铝膜与大气中的水分的反应而向氢氧化铝膜的变化。

包覆多个软磁颗粒中的每一个软磁颗粒的全部氮化铝膜都可包覆有氧化铝膜。采用这种配置，可以有效地抑制氮化铝膜向氢氧化铝膜的变化。

本发明的第二个方面提供了一种用于压粉磁芯的制造方法。所述制造方法包括：通过压制多个软磁颗粒来成形压粉体，所述多个软磁颗粒中的每一个软磁颗粒都由含铝的铁基合金构成，所述多个软磁颗粒中的每一个软磁颗粒的表面都包覆有氮化铝膜；通过对所述压粉体加湿来用氢氧化铝膜包覆所述压粉体的至少表面；和通过使包覆有所述氢氧化铝膜的所述压粉体退火来使所述氢氧化铝膜变为氧化铝膜。

在通过根据本发明的第二个方面的用于压粉磁芯的制造方法制造的压粉磁芯中，位于压粉磁芯的表面处的氮化铝膜全部包覆有氧化铝膜。为此，在压粉磁芯的使用过程中可以抑制每一个软磁颗粒的表面都包覆有的氮化铝膜因氮化铝膜与大气中的水分的反应而向氢氧化铝膜的变化。

本发明的第三个方面提供了一种用于压粉磁芯的制造方法。所述制造方法包括：通过对多个软磁颗粒加湿来用氢氧化铝膜包覆氮化铝膜，所述多个软磁颗粒中的每一个软磁颗粒都由含铝的铁基合金构成，所述多个软磁颗粒中的每一个软磁颗粒的表面都包覆有氮化铝膜；通过压制所述多个软磁颗粒来成形压粉体，每一个软磁颗粒都包覆有氢氧化铝膜；和通过使包覆有氢氧化铝膜的所述压粉体退火来使氢氧化铝膜变为氧化铝膜。

在通过根据本发明的第三个方面的用于压粉磁芯的制造方法制造的压粉磁芯中，每一个软磁颗粒都包覆有的全部氮化铝膜都包覆有氧化铝膜。为此，在压粉磁芯的使用过程中可以进一步抑制每一个软磁颗粒的表面都包覆有的氮化铝膜因氮化铝膜与大气中的水分的反应而向氢氧化铝膜的变化。

根据本发明的方面，可以提供能够抑制每一个软磁颗粒的表面都包覆有的氮化铝膜向氢氧化铝膜的变化的压粉磁芯和用于所述压粉磁芯的制造方法。

附图说明

本发明的示例性实施方案的特征、优点以及技术和工业重要性将在下文结合附图描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的要素，并且其中：

图1为根据第一实施方案的压粉磁芯的示意性局部剖视图；

图2为示出了根据第一实施方案的压粉磁芯的制造方法的流程图；

图3为示出了根据第一实施方案的压粉磁芯的制造方法的示意性局部剖视图；

图4为示出了根据第二实施方案的压粉磁芯的制造方法的流程图；

图5为示出了根据第二实施方案的压粉磁芯的制造方法的示意性局部剖视图；

图6示出了示意根据第三实施方案的压粉磁芯的制造步骤中xps分析结果变化的图；

图7示出了示意根据第三对比实施方案的压粉磁芯的加速试验前后xps分析结果变化的图；

图8示出了示意根据第三实施方案的压粉磁芯的加速试验前后xps分析结果变化的图；和

图9为示意本发明意在解决的不便的视图，并且是显示压粉磁芯的老化劣化的局部剖视图。

具体实施方式

下文中，将结合附图详细描述本发明的示例实施方案。然而，本发明不限于以下实施方案。为了清楚的说明，根据需要简化了以下描述和附图。

第一实施方案

根据第一实施方案的压粉磁芯的组成

首先，将结合图1描述根据第一实施方案的压粉磁芯。图1为根据第一实施方案的压粉磁芯的示意性局部剖视图。如图1中所示，根据第一实施方案的压粉磁芯10由多个软磁颗粒构成，所述软磁颗粒由含al的fe基合金制成。

每一个软磁颗粒的全部表面都包覆有氮化铝(aln)膜。aln膜的厚度期望地为50nm至2μm。aln膜可含有al2o3。此外，全部aln膜都包覆有氧化铝(al2o3)膜。al2o3膜的厚度为aln膜的厚度的10％至50％。具体而言，al2o3膜的厚度期望地为20nm至1μm。

每一个软磁颗粒期望地由fe-si-al合金制成。通过添加si，可以例如改善压粉磁芯的磁导率(减少滞后损失)和改善压粉磁芯的比电阻(减少涡流损失)。当si与al一道包含于fe基合金中时，可以容易地形成aln膜。

当si的含量过多时，难以在每一个软磁颗粒的表面上形成具有所需厚度的aln膜。为此，作为al含量相对于al和si的总含量(al+si)的质量比的al比率(al/(al+si))期望地高于或等于0.45。当整个fe-si-al合金为100质量％(以下简称为％)时，al和si的总含量期望地低于或等于10％。

fe-基合金中al和si的具体组成考虑到aln的生产性、压粉磁芯的磁特性和比电阻、压粉磁芯用粉末的成形性等来根据需要进行调节。例如，当构成每一个软磁颗粒的整个铁基合金为100％时，al期望地为0.5％至6％，si期望地为0.01％至5％。

根据本发明的铁基合金可含有一种或更多种可改善aln的生产性、压粉磁芯的磁特性和比电阻、压粉磁芯用粉末的成形性等的改质元素。此类改质元素的实例可包括mn、mo、ti、ni、cr等。通常，改质元素的总量期望地低于或等于2％。

每一个软磁颗粒的颗粒直径无关紧要；然而，每一个软磁颗粒的颗粒直径期望地为1至500μm，更期望地为10至250μm。过大的颗粒直径导致比电阻的减小或涡流损失的增大。过小的颗粒直径导致滞后损失的增大等。因此是不期望的。所述颗粒直径是通过使用具有预定网眼尺寸的筛网对颗粒直径进行分级的筛分方法确定的粒度。

软磁颗粒的原料粉末例如为由球形颗粒形成的雾化粉末。雾化粉末可以是通过喷射溶解在惰性气体气氛如氮气和氩气中的原料而获得的气体雾化粉末；或者是通过喷射溶解的原料，然后冷却该原料而获得的气体和水雾化粉末。

在根据第一实施方案的压粉磁芯10中，包覆每一个软磁颗粒的表面的全部aln膜都包覆有al2o3膜。也就是说，在每一个软磁颗粒的表面上未形成暴露的aln膜部分，并且aln膜受到具有高耐水性的al2o3膜的保护。为此，在压粉磁芯10的使用过程中可以抑制aln膜因aln膜与大气中的水分的反应而向氢氧化铝(al(oh)3)膜的变化。结果，可以抑制压粉磁芯10因老化劣化所致的热导率下降。

接下来，将结合图2和图3描述根据第一实施方案的压粉磁芯的制造方法。图2为示出了根据第一实施方案的压粉磁芯的制造方法的流程图。图3为示出了根据第一实施方案的压粉磁芯的制造方法的示意性局部剖视图。

首先，如图2中所示，对每一个的表面都包覆有aln膜的软磁颗粒加湿(步骤st11)。因而，如图3中所示，在包覆每一个软磁颗粒的表面的aln膜的全部表面上形成al(oh)3膜。加湿条件期望地为湿度是80％或更高，温度是60℃至200℃，持续时间为1小时至10小时。

每一个的表面都包覆有aln膜的软磁颗粒通过在800℃至1300℃的温度下于氮气气氛中加热(氮化)软磁颗粒的原料粉末来获得。如上所述，aln膜可含有al2o3。

随后，如图2中所示，通过向模具中装填软磁颗粒并且随后压制软磁颗粒来成形压粉体(步骤st12)。压制成形压力期望地为600mpa至1800mpa。可通过向软磁颗粒添加润滑剂、软化温度低于退火温度的玻璃等来成形压粉体。

最后，如图2中所示，使压粉体在惰性气体气氛如氮气和氩气中退火(步骤st13)。因此，如图3中所示，包覆各aln膜的全部表面的al(oh)3膜变为al2o3膜。退火温度期望地为700℃至1300℃，更期望地高于或等于1000℃。当退火温度低于1000℃时，形成γ-al2o3膜。另一方面，当退火温度高于或等于1000℃时，形成比γ-al2o3膜具有更高耐水性的α-al2o3膜，因此是期望的。通过上述步骤，制造出根据第一实施方案的压粉磁芯10。

在根据第一实施方案的压粉磁芯的制造方法中，在成形压粉体之前，包覆每一个软磁颗粒的表面的全部aln膜都包覆有al2o3膜。也就是说，在每一个软磁颗粒的表面上未形成暴露的aln膜部分，并且aln膜受到具有高耐水性的al2o3膜的保护。为此，在压粉磁芯10的使用过程中可以抑制aln膜因aln膜与大气中的水分的反应而向氢氧化铝(al(oh)3)膜的变化。结果，可以抑制压粉磁芯10因老化劣化所致的热导率下降。第二实施方案

接下来，将结合图4和图5描述根据第二实施方案的压粉磁芯的制造方法。图4为示出了根据第二实施方案的压粉磁芯的制造方法的流程图。图5为示出了根据第二实施方案的压粉磁芯的制造方法的示意性局部剖视图。

在用于根据第一实施方案的压粉磁芯的制造方法中，在成形压粉体之前，包覆每一个软磁颗粒的表面的全部aln膜都包覆有al2o3膜。相比之下，在根据第二实施方案的压粉磁芯的制造方法中，在成形压粉体之后，位于压粉体的表面处的aln膜全部包覆有al2o3膜。下文将描述详细情况。

首先，如图4中所示，通过向模具中装填每一个的表面都包覆有aln膜的软磁颗粒并压制软磁颗粒来成形压粉体(步骤st21)。压制成形压力与第一实施方案的相同。同在第一实施方案的情况下一样，可通过向软磁颗粒添加润滑剂、软化温度低于退火温度的玻璃等来成形压粉体。

随后，如图4中所示，对压粉体加湿(步骤st22)。因此，如图5中所示，在至少位于压粉体的表面处的aln膜的表面上全部形成al(oh)3膜。加湿条件与第一实施方案的相同。当然，al(oh)3膜可不仅形成在位于压粉体的表面处的aln膜上，而且可形成在位于压粉体内部的aln膜的表面上。

最后，如图4中所示，使压粉体在惰性气体气氛如氮气和氩气中退火(步骤st23)。因此，如图5中所示，包覆aln膜的表面的al(oh)3膜变为al2o3膜。退火温度与第一实施方案的相同。通过上述步骤，制造出根据第二实施方案的压粉磁芯20。

在根据第二实施方案的压粉磁芯的制造方法中，在成形压粉体之后，位于压粉体的表面处的aln膜全部包覆有al2o3膜。也就是说，在压粉体的表面上未形成暴露的aln膜部分，并且aln膜受到具有高耐水性的al2o3膜的保护。为此，在压粉磁芯20的使用过程中可以抑制aln膜因aln膜与大气中的水分的反应而向氢氧化铝(al(oh)3)膜的变化。结果，可以抑制压粉磁芯20因老化劣化所致的热导率下降。

在下文中，将通过实施例和对比例详细描述根据第一实施方案的压粉磁芯及用于其的制造方法。然而，根据第一实施方案的压粉磁芯及用于其的制造方法不只限于以下实施例。表1示出了根据第一实施方案的所有实施例1至8和对比例1至4的试验条件和结果。首先，从实施例1开始依次描述试验条件。

表1

实施例1

首先，对于实施例1，通过在1000℃下于氮气气氛中将组成为fe-2％si-3％al的软磁颗粒的原料粉末氮化五小时来在表面上形成aln膜。随后，为了在各aln膜的全部表面上形成al(oh)3膜，在85％的湿度和85℃的温度下对软磁颗粒加湿五小时(图2中示出的步骤st11)。随后，通过向模具中装填软磁颗粒并于1000mpa下压制软磁颗粒来成形压粉体(图2中的步骤st12)。最后，为了将al(oh)3膜变为al2o3膜，使压粉体在氩气气氛中于750℃下退火0.5小时(图2中的步骤st13)。

使用氧、氮和氢(onh)分析仪分析通过上述步骤获得的压粉磁芯的氮含量。另外，使压粉磁芯经受加速试验，在加速试验中将压粉磁芯容置在湿度为85％、温度为85℃的恒温恒湿箱内1000小时。使用onh分析仪分析加速试验后压粉磁芯的氮含量，并通过四端子法测量压粉磁芯的比电阻。从加速试验前后的氮含量计算aln减少率。

实施例2

除了将退火温度设定为1050℃之外，同实施例1的情形一样获得根据实施例2的压粉磁芯。

除了将氮化温度设定为1100℃之外，同实施例1的情形一样获得根据实施例3的压粉磁芯。至于根据实施例3的压粉磁芯，通过x-射线光电子能谱(xps)分析加湿前后软磁颗粒的表面。也通过xps分析加速试验前后压粉磁芯的表面。此外，通过激光闪光法测量加速试验后根据实施例3的压粉磁芯的热导率。

除了将退火温度设定为1050℃之外，同实施例3的情形一样获得根据实施例4的压粉磁芯。

除了每一个软磁颗粒的组成为fe-1％si-3％al之外，同实施例1的情形一样获得根据实施例5的压粉磁芯。

除了将退火温度设定为1050℃之外，同实施例5的情形一样获得根据实施例6的压粉磁芯。

除了将氮化温度设定为1100℃之外，同实施例5的情形一样获得根据实施例7的压粉磁芯。

除了将退火温度设定为1050℃之外，同实施例7的情形一样获得根据实施例8的压粉磁芯。

对于对比例1，首先，通过在1000℃下于氮气气氛中将组成为fe-2％si-3％al的软磁颗粒的原料粉末氮化五小时来在表面上形成aln膜。随后，通过向模具中装填软磁颗粒并于1000mpa下压制软磁颗粒来成形压粉体。最后，使压粉体在氩气气氛中于750℃下退火0.5小时。也就是说，除了不进行加湿之外，同实施例1的情形一样获得根据对比例1的压粉磁芯。

除了不进行加湿之外，同实施例2的情形一样获得根据对比例2的压粉磁芯。

除了不进行加湿之外，同实施例3的情形一样获得根据对比例3的压粉磁芯。至于根据对比例3的压粉磁芯，通过xps分析加速试验前后压粉磁芯的表面。此外，通过激光闪光法测量加速试验后根据对比例3的压粉磁芯的热导率。

除了不进行加湿之外，同实施例4的情形一样获得根据对比例4的压粉磁芯。

接下来，将描述试验结果。如表1中所示，在根据实施例1至8的压粉磁芯的所有比电阻和根据对比例1至4的压粉磁芯的所有比电阻之间不存在差异，并且任何压粉磁芯都具有有利的比电阻。另一方面，如表1中所示，根据对比例1至4的压粉磁芯中的每一者的aln减少率都为约50％。相比之下，根据实施例1至8的压粉磁芯中的每一者的aln减少率都低于或等于5％。也就是说，可以推测，从aln向al(oh)3的变化被显著抑制。根据对比例3的压粉磁芯在加速试验后的热导率为10.2w/m·k。相比之下，根据实施例3的压粉磁芯在加速试验后的热导率为14.3w/m·k，与对比例3相比提高了。

接下来，将结合图6描述压粉磁芯的制造步骤中表面状态的变化。图6示出了示意根据实施例3的压粉磁芯的制造步骤中xps分析结果变化的图。在三幅图中的每一者中，横轴表示结合能，纵轴表示光电子强度。上面的图和中间的图为a12p谱图，下面的图为o1s谱图。

如图6中所示，在加湿(步骤st11)之前，在每一个软磁颗粒的表面上都识别出aln。另一方面，在加湿(步骤st11)之后，在每一个软磁颗粒的表面上识别出al(oh)3而不是aln。因此，可以推测，通过加湿，各aln膜的表面变为了al(oh)3膜。在退火(步骤st13)之后，识别出al2o3而不是al(oh)3(即，在所制得的压粉磁芯的表面上)。因此，可以推测，通过退火，al(oh)3膜变为了al2o3膜。

接下来，将结合图7和图8描述所制得的压粉磁芯通过加速试验的表面状态变化。图7示出了示意根据对比例3的压粉磁芯的加速试验前后xps分析结果变化的图。图8示出了示意根据实施例3的压粉磁芯的加速试验前后xps分析结果变化的图。在图7和图8中，两幅图中的每一者的横轴表示结合能，纵轴表示光电子强度。图7中上面的图和下面的图为a12p谱图。图8中上面的图为a12p谱图，下面的图为o1s谱图。

如图7中所示，加速试验前在根据对比例3的压粉磁芯的表面上识别出aln。另一方面，加速试验后在所述压粉磁芯的表面上识别出al(oh)3。因此，可以推测，通过加速试验，各aln膜的表面变为了al(oh)3膜。

如图8中所示，在根据实施例3的压粉磁芯中，加速试验前和加速试验后在压粉磁芯的表面上都识别出al2o3，并且在加速试验后几乎没有识别出有al(oh)3。因此，可以推测，aln膜受到al2o3膜的保护，并且与对比例3相比，通过加速试验aln向al(oh)3的变化被抑制。

从根据第一实施方案的实施例的压粉磁芯的试验结果，可以推测，通过加湿，包覆每一个软磁颗粒的表面的全部aln膜都包覆有具有高耐水性的al2o3膜。为此，可以推测，在压粉磁芯的使用过程中aln膜向氢氧化铝(al(oh)3)膜的变化被抑制，并且可以抑制压粉磁芯因老化劣化所致的热导率下降。

接下来，通过实施例详细描述根据第二实施方案的压粉磁芯及用于其的制造方法。然而，根据第二实施方案的压粉磁芯及用于其的制造方法不只限于以下实施例。表2示出了根据第二实施方案的所有实施例9至16的试验条件和结果。根据第二实施方案的对比例与根据第一实施方案的对比例相同。首先，从实施例9开始依次描述试验条件。

表2

实施例9

首先，通过在1000℃下于氮气气氛中将组成为fe-2％si-3％al的软磁颗粒的原料粉末氮化五小时来在表面上形成aln膜。随后，通过向模具中装填软磁颗粒并于1000mpa下压制软磁颗粒来成形压粉体(图4中的步骤st21)。随后，为了在位于压粉体的表面处的aln膜的表面上全部形成al(oh)3膜，在85％的湿度和85℃的温度下对软磁颗粒加湿五小时(图4中的步骤st22)。最后，为了将al(oh)3膜变为al2o3膜，使压粉体在氩气气氛中于750℃下退火0.5小时(图4中的步骤st23)。

对于实施例9，使用onh分析仪分析通过上述步骤获得的压粉磁芯的氮含量。另外，使压粉磁芯经受加速试验，在加速试验中将压粉磁芯容置在湿度为85％、温度为85℃的恒温恒湿箱内1000小时。使用onh分析仪分析加速试验后压粉磁芯的氮含量，并通过四端子法测量压粉磁芯的比电阻。从加速试验前后的氮含量计算aln减少率。

也就是说，在上述实施例1中，在成形压粉体之前，包覆每一个软磁颗粒的表面的全部aln膜都包覆有al2o3膜；而在实施例9中，在成形压粉体之后，位于压粉体的表面处的aln膜全部包覆有al2o3膜。在实施例1和实施例9之间，其他条件相同。也就是说，实施例9对应于根据第一实施方案的实施例1。

除了将退火温度设定为1050℃之外，同实施例9的情形一样获得根据实施例10的压粉磁芯。实施例10对应于根据第一实施方案的实施例2。

除了将氮化温度设定为1100℃之外，同实施例9的情形一样获得根据实施例11的压粉磁芯。实施例11对应于根据第一实施方案的实施例3。

除了将退火温度设定为1050℃之外，同实施例11的情形一样获得根据实施例12的压粉磁芯。实施例12对应于根据第一实施方案的实施例4。

除了每一个软磁颗粒的组成为fe-1％si-3％al之外，同实施例9的情形一样获得根据实施例13的压粉磁芯。实施例13对应于根据第一实施方案的实施例5。

除了将退火温度设定为1050℃之外，同实施例13的情形一样获得根据实施例14的压粉磁芯。实施例14对应于根据第一实施方案的实施例6。

除了将氮化温度设定为1100℃之外，同实施例13的情形一样获得根据实施例15的压粉磁芯。实施例15对应于根据第一实施方案的实施例7。

除了将退火温度设定为1050℃之外，同实施例15的情形一样获得根据实施例16的压粉磁芯。实施例16对应于根据第一实施方案的实施例8。

接下来，将描述试验结果。在表2中示出的根据实施例9至16的压粉磁芯的所有比电阻和在表1中示出的根据对比例1至4的压粉磁芯的所有比电阻之间不存在差异，并且任何压粉磁芯都具有有利的比电阻。另一方面，表1中示出的根据对比例1至4的压粉磁芯中的每一者的aln减少率都为约50％。相比之下，表2中示出的根据实施例9至16的压粉磁芯中的每一者的aln减少率都低于或等于15％。也就是说，可以推测，aln向al(oh)3的变化被抑制。

根据第二实施方案的实施例9至16的压粉磁芯中的每一者的aln减少率(低于或等于15％)比根据第一实施方案的实施例1至8的压粉磁芯中的每一者的aln减少率(低于或等于5％)要高。因此，aln膜向al(oh)3膜的变化在其中在成形压粉体之前包覆每一个软磁颗粒的表面的全部aln膜都包覆有al2o3膜的第一实施方案中比在其中在成形压粉体之后位于压粉体的表面处的aln膜全部包覆有al2o3膜的第二实施方案中得到更有效的抑制。

本发明不限于上述实施方案。所述实施方案可根据需要在不偏离本发明范围的前提下进行改变。