專利名稱：制備高密度軟磁產(chǎn)品的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉末冶金的一般領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及一種制備高密度軟磁產(chǎn)品的方法。
背景技術(shù)：
近年來，應(yīng)用粉末金屬制造軟磁芯件已得到拓寬，研究已經(jīng)針對可以提高特定的物理和磁性能，而不會對其它性能產(chǎn)生有害影響的鐵粉末組合物的開發(fā)。為實(shí)現(xiàn)這一目的，已經(jīng)進(jìn)行了許多努力，以提供可使單個鐵粉末顆粒絕緣的電涂層，在這一領(lǐng)域公開了許多不同涂層的例子。
依據(jù)US專利3245841，通過用一種包含磷酸和鉻酸的涂層液將一種鐵粉末進(jìn)行處理制成了一種絕緣粉末。在比如US 5798177和DE3439397中也描述了絕緣涂層。依據(jù)這些文獻(xiàn)，通過將鐵基粉末用含磷酸的涂層液處理來獲得涂層。隨后通過將絕緣粉末進(jìn)行加熱處理制得壓實(shí)產(chǎn)品。在US 4602957中公開了另一類型的涂層。依據(jù)這一專利，通過將一種鐵粉末用重鉻酸鉀的水溶液處理，干燥粉末，壓實(shí)粉末制成壓實(shí)產(chǎn)品，然后將壓實(shí)產(chǎn)品在基本上600℃下進(jìn)行加熱處理制得了一種磁粉末芯。在其它已知的工藝中，在壓制之前，將軟鐵顆粒用熱塑性材料進(jìn)行包覆。由此，US專利4947065和5198137披露了這樣的用一種熱塑性材料包覆鐵粉末的方法。更近地，在PCT SE97/00283中描述了一種將用于軟磁應(yīng)用的鐵基粉末進(jìn)行包覆的方法。這樣，通過使用不同類型的涂層和涂層技術(shù)，最近，已經(jīng)顯著提高了所期望的性能，比如在拓寬的頻率范圍內(nèi)的高磁導(dǎo)率，高壓縮強(qiáng)度，低磁心損耗和對壓力造型技術(shù)的適用性。
除了在用于軟磁應(yīng)用的涂層粉末開發(fā)上的努力外，正如在US專利6331270中所描述的那樣，也在為提高無涂層粉末的性能進(jìn)行了努力。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，磁性能，比如作為頻率的函數(shù)的起始磁導(dǎo)率(頻率穩(wěn)定性)，可以通過使用一種高速壓制(HVC)技術(shù)來進(jìn)行提高，這一技術(shù)下面要進(jìn)行更詳細(xì)的描述。特別地，沒有預(yù)料到的是發(fā)現(xiàn)通過這種HVC技術(shù)，對于一個給定的密度，在不同頻率下的起始磁導(dǎo)率顯著提高，而且對于絕緣的和不絕緣的粉末顆粒都觀察到了這些性能。
發(fā)明目的本發(fā)明的一個目的是提供一種制備高密度軟磁產(chǎn)品的方法，特別是密度在7.25g/cm3以上，優(yōu)選的在7.30g/cm3以上，最優(yōu)選的在7.35g/cm3以上的產(chǎn)品。
第二個目的是提供一種適用于工業(yè)應(yīng)用的，大批量生產(chǎn)這種高密度產(chǎn)品的壓制方法。
第三個目的是提供具有高密度和高生坯強(qiáng)度的壓實(shí)體。
第四個目的是提供一種具有高起始磁導(dǎo)率的軟磁壓實(shí)體。
發(fā)明簡述這一制備所述高密度壓實(shí)體的方法概括地講包括如下步驟將一種鐵或者鐵基軟磁粉末用一個單軸壓縮運(yùn)動進(jìn)行HVC壓制，壓頭速度至少2m/s。粉末顆?？梢允请娊^緣的，但不是必須的。
發(fā)明詳述基體粉末，即不絕緣的粉末，可以是一種基本上純的水霧化鐵粉末，或者是一種具有不規(guī)則形狀的顆粒的海棉鐵粉末。在本文中，術(shù)語“基本上純的”意思是指粉末應(yīng)該基本上不含夾雜物，而且雜質(zhì)O，C和N的含量應(yīng)該保持在最小量。通常地，平均顆粒尺寸在300μm以下，且高于10μm。這類粉末的例子如可以從瑞典(Sweden)的Hgans AB得到的ABC 100.30，ASC 100.29，AT 40.29，ASC 200，ASC300，NC 100.24，SC 100.26，MH 300，MH 40.28，MH 40.24。
為了提高在交變磁場中的性能，可以應(yīng)用一種絕緣涂層。該涂層也允許可以進(jìn)一步提高磁性能的熱處理。相信該涂層和涂層方法并不嚴(yán)格，且涂層可以例如是上面所公開的那些中的任意一個。特別優(yōu)選的是基于磷和硅酮，鋁和鈦的薄涂層。
為了得到依據(jù)本發(fā)明的具有所希望的高密度的產(chǎn)品，重要的是壓制方法。通常所用的壓制設(shè)備不能十分滿意的工作，因?yàn)樵谠O(shè)備上的應(yīng)變過大?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，使用在US專利6202757中公開的計(jì)算機(jī)控制撞壓機(jī)(percussion machine)可以得到所需要的高密度，因此這里將這一專利引入用作參考。具體地，在模具空腔里裝有粉末，該空腔具有對應(yīng)于最終所希望的壓實(shí)件形狀的形狀，用該撞壓機(jī)的撞壓壓頭撞壓模具的上沖桿。當(dāng)輔助以一種持模系統(tǒng)，例如傳統(tǒng)所用的模具，以及一個粉末裝填單元(這也可以是傳統(tǒng)類型)后，這種撞壓機(jī)可以提供一種工業(yè)化的使用方法來生產(chǎn)高密度的壓實(shí)體。一個特別重要的好處是，與以前提出的方法相反，這一由液壓驅(qū)動的配置允許進(jìn)行所述高密度部件的大批量生產(chǎn)(連續(xù)化生產(chǎn))。
在US專利6202757中，說明了這種撞壓機(jī)的使用包括“絕熱”成型。由于其壓制是否是嚴(yán)格的科學(xué)意思上的絕熱并不是完全清楚，我們對于該類型的壓制使用高速壓制(HVC)一詞，其中，壓制產(chǎn)品的密度通過傳遞給粉末的撞擊能來控制。
依據(jù)本發(fā)明，壓頭速度應(yīng)該在2m/s以上。壓頭速度是通過模具的沖桿向粉末提供能量的一種方式。在傳統(tǒng)壓制中的壓制壓力和壓頭速度之間不存在直接的等價關(guān)系。這種用計(jì)算機(jī)控制的HVC得到的壓制除了依賴于壓頭速度外，還依賴于所要壓制的粉末數(shù)量，撞擊體的重量，撞擊或者擊打次數(shù)，撞擊長度和部件最終的幾何尺寸。而且，大量的粉末比少量的粉末需要更多的撞擊。這樣，對于HVC壓制的最優(yōu)條件，即應(yīng)該傳遞到粉末上的動能的量，可以由本專業(yè)技術(shù)人員通過進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來確定。然而，與在US專利6202757中所披露的相反，為了壓制粉末，不需要使用包括輕度擊打，高能擊打和中度能擊打的特別的撞擊程序。依據(jù)本發(fā)明，擊打(如果需要多次擊打)可以是基本相同的，并向粉末提供相同的能量。
如在實(shí)施例中所闡釋的那樣，使用現(xiàn)有設(shè)備的實(shí)驗(yàn)允許的壓頭速度達(dá)30m/s，在壓頭速大約為10m/s時得到高的生坯密度。然而，依據(jù)本發(fā)明的方法，不限于這些壓頭速度，相信可以采用的壓頭速度最高達(dá)到100或者甚至是最高達(dá)到200或者250m/s。然而，壓頭速度低于大約2m/s，就不能得到顯著的致密化效果。優(yōu)選的壓頭速度在3m/s以上。最優(yōu)選的壓頭速度在5m/s以上。
壓制可以在一個潤滑的模具中進(jìn)行。在所要壓制的粉末中包含適量特定的潤滑劑也是可以的?？晒┻x擇地，可以將二者結(jié)合使用。潤滑劑可以從傳統(tǒng)使用的潤滑劑中選擇，例如金屬皂，蠟和熱塑性材料，如聚酰胺，聚酰亞胺，聚烯烴，聚酯，聚烷氧化物，多元醇。潤滑劑的具體例子是硬脂酸鋅，H-wax和Kenolube。潤滑劑的用量可以變化，最高可以達(dá)到粉末組合物的1％重量比。
用下面的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明實(shí)施例1該實(shí)施例說明了用一種軟磁粉末(從瑞典的Hgans AB得的Somaloy 500)獲得高起始磁導(dǎo)率的可能性，該粉末的顆粒是電絕緣的。
將100g粉末用在一個尺寸為Φ72/56的環(huán)形工具(ring tool)中。使用了傳統(tǒng)壓制和HVC壓制。測試了下面的兩種混合物Somaloy 500+0.2％Kenolube*Somaloy 500+0％Kenolube**潤滑劑從瑞典的Hgans AB得到壓制機(jī)是瑞典Hydropulsor的Model HYP 35-4。
對于兩種壓制方法和兩種混合物使用了同類型的模具壁潤滑劑。
生坯密度由阿基米德原理(1)確定。
ρ＝mair/(mair-mw) (1)mair＝在空氣中的質(zhì)量mw＝在水中的質(zhì)量測量每個樣品的高度，外直徑和內(nèi)直徑。在壓制之后，將環(huán)型件用絕緣的銅線纏繞25匝。在1000Hz和2000Hz下用HP 4284.A LCR-測量儀測量線圈的電感。電感在低電流(10mA)下測量，然后用(2)計(jì)算出起始磁導(dǎo)率。
μin＝L*l*10-3/(N2*A*μ0) (2)L＝電感測量值，單位μHenryl＝磁體長度，單位cmN＝匝數(shù)A＝截面積，單位cm2μ0＝自由空間的磁導(dǎo)率樣品具有相同的幾何尺寸，并用完全相同的方式進(jìn)行測試。在一個給定的密度下，在HVC和傳統(tǒng)壓制的樣品之間觀察到所沒有預(yù)料到的起始磁導(dǎo)率的差異，參見

圖1。HVC壓制所用的壓頭速度在大約7-8m/s。
實(shí)施例2該實(shí)施例說明了用一種其顆粒在壓制之前不是電絕緣的的粉末(從瑞典的Hgans獲得的ABC 100.30)獲得高起始磁導(dǎo)率和高頻率穩(wěn)定性的可能性。
樣品具有相同的幾何尺寸，并用完全相同的方式進(jìn)行測試。在一個給定的密度下，在HVC和傳統(tǒng)壓制的樣品之間觀察到?jīng)]有預(yù)料到的差異，參見圖2和3。在壓制之前，分別將按重量比為0.2％和0.5％的一種特定的潤滑劑(Kenolube)加入到鐵粉末中。在圖2中，HVC壓制所用的擊打長度分別為85和100mm，對應(yīng)于壓頭速度8和9m/s。在圖3中，HVC壓制所用的擊打長度分別為70和90mm，對應(yīng)于壓頭速度7.5和8.5m/s。
實(shí)施例3用HVC壓制經(jīng)過兩次撞擊，得到尺寸為Φ50/30×10mm的環(huán)。該環(huán)型件的材料是混有0.5％或者0.1％的KenolubeTM的Somaloy500TM。含有0.1％的Kenolube的壓制在有模具壁潤滑劑的支持下進(jìn)行。表1給出了這一壓制的數(shù)據(jù)，生坯密度和理論密度的百分比。
表1 壓制數(shù)據(jù)
在經(jīng)過HVC壓制，并在500℃下于空氣中熱處理30分鐘之后，在樣品上纏繞25匝讀出線圈和150匝勵磁線圈，然后用LDJ 3500測量磁滯回線圖。表2顯示出，用HVC能夠得到的未燒結(jié)粉末部件的高磁感應(yīng)。從表2中的磁心損耗數(shù)據(jù)可以很容易地看出獲得了高的電阻率。
表2 磁性能
權(quán)利要求
1.制備用于交變磁場中的軟磁應(yīng)用的高密度壓實(shí)體的方法，其包括步驟將一種鐵或者鐵基軟磁粉末用一個單軸的壓縮運(yùn)動進(jìn)行HVC壓制，壓頭速度至少2m/s。
2.權(quán)利要求1中的方法，其特征在于進(jìn)行壓制的壓頭速度在3m/s以上，優(yōu)選的在5m/s以上。
3.權(quán)利要求1-2任意之一中的方法，其特征在于壓制通過傳遞到粉末的撞擊能來進(jìn)行控制。
4.前述權(quán)利要求任意之一中的方法，其特征在于壓制作為溫壓制進(jìn)行。
5.前述權(quán)利要求任意之一中的方法，用于制備密度大約在理論密度的96％以上的壓實(shí)體。
6.前述權(quán)利要求任意之一中的方法，用于制備密度大約在理論密度的98％以上的壓實(shí)體。
7.前述權(quán)利要求任意之一中的方法，其特征在于所用的粉末顆粒是電絕緣的。
8.權(quán)利要求1-8任意之一中的方法，其特征在于壓制在一個潤滑的模具中進(jìn)行，并可以使用或者不使用內(nèi)部潤滑劑。
9.權(quán)利要求1-9任意之一中的方法，其特征在于進(jìn)行壓制所用的粉末按重量比包含至多1％，優(yōu)選的包含至多0.5％的潤滑劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備用于軟磁應(yīng)用的高密度壓實(shí)體的方法。該方法包括步驟將一種顆粒電絕緣的鐵或者鐵基軟磁粉末通過單軸壓縮運(yùn)動壓制，其壓頭速度至少為2m/s。
文檔編號B22F3/02GK1516629SQ02811839
公開日2004年7月28日 申請日期2002年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月13日
發(fā)明者O·安德松, O 安德松 申請人:赫加奈斯公司