專利名稱：軟磁性材料及壓粉鐵心的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及軟磁性材料和壓粉鐵心。更具體地說，本發(fā)明涉及具有多個金屬磁性顆粒的軟磁性材料和壓粉鐵心，該金屬磁性顆粒覆蓋有絕緣涂層。
背景技術：
以下將描述第一背景技術。在諸如電磁閥和電機之類的產(chǎn)品中，人們一直傾向于用這樣的壓粉鐵心來替代電磁鋼板該壓粉鐵心在較寬的頻率范圍內(nèi)都具有優(yōu)異的磁性特征。例如，日本公開專利公報No.平8-100203 (專利文獻I)描述了一種用于制備這種壓粉鐵心的方法，其中采用粉末冶金法制備未燒結(jié)的成形體，從而形成金屬復合部件。 根據(jù)專利文獻I所述的方法，將增滑劑以固體顆粒或小液滴的氣溶膠形式靜電涂敷到模具的壁表面上。小液滴或固體顆粒的粒徑優(yōu)選為不超過100微米，更優(yōu)選為不超過50微米，甚至更優(yōu)選為不超過15微米。然后，用金屬粉末組合物填充該模具，將其壓緊以形成未燒結(jié)的成形體。當以這樣的方式制成的未燒結(jié)的成形體中含有比例為0. I重量％到0. 4重量％ (優(yōu)選為0. 2重量％到0. 3重量％)的內(nèi)部增滑劑時，就可以得到密度特別高的未燒結(jié)的成形體。此外，日本公開專利公報No.平9-104902描述了一種粉末壓制方法，該方法的目的是要提高成形體的材料性能以及成形體的可加工性(參見專利文獻2)。在專利文獻2所述的粉末壓制方法中，在用粉末填充模具之前，先將固體潤滑劑(由脂肪酸或金屬皂制成)噴射到粉末上或模具的內(nèi)壁上。固體潤滑劑的噴射量優(yōu)選為0.001重量％到2重量％。例如，可以將硬脂酸以0. I重量％的比例噴射到模具的內(nèi)壁上。以下將描述第背景技術：
。人們一直要求實現(xiàn)電氣部件(例如電機鐵心和變壓器鐵心)的高密度化和小型化，同時要求用較低的功率實現(xiàn)精密控制。結(jié)果，人們一直在積極開發(fā)用于制備上述這些電氣部件的壓粉鐵心，特別是在中高頻率下具有優(yōu)異的磁性特征的壓粉鐵心。用于制備這種壓粉鐵心的方法的一個例子是將有機潤滑劑添加到經(jīng)過表面處理而形成有磷酸鹽涂層的鐵粉中。將所得到的混合粉末壓制成成形體。為了消除在壓制過程中產(chǎn)生的變形，對該成形體進行熱處理。此外，PCT國際申請的日本國家階段申請No.平6-507928中描述了一種用于磁性部件的磁粉組合物及其制備方法(參見專利文獻3)。專利文獻3中所述的磁粉組合物包含涂敷有熱塑性樹脂的鐵粉；和氮化硼粉末，氮化硼粉末的混合比例優(yōu)選為經(jīng)涂敷的鐵粉的
0. 05重量％到0. 4重量％。[專利文獻I]日本公開專利公報No.平8-100203[專利文獻2]日本公開專利公報No.平9-104902
[專利文獻3]PCT國際申請的日本國家階段申請No.平6-507928

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題在上述第一背景技術中，專利文獻I和專利文獻2使用預定的增滑劑或固體潤滑劑來減少壓制過程中的摩擦。但是，如果這種潤滑劑的用量較大，則在通過壓制而得到的壓粉鐵心中，非磁性層就會占較高的比例，從而使壓粉鐵心的磁性特征下降。如果潤滑劑的用量較小，則在壓制過程中就不能產(chǎn)生足夠的潤滑作用，從而使金屬粉相互摩擦。因為這樣會使金屬粉末內(nèi)部產(chǎn)生顯著的變形，所以所得到的壓粉鐵心的磁性特征也會下降。此外，如果在壓制過程中沒有足夠的潤滑作用，就不能用金屬粉末以均勻的方式來填充模具，或者粉末的填充密度就會不夠。這樣會導致壓粉鐵心的密度不均勻或者使其密度下降。此外，在上述第背景技術：
中，可以把大量有機潤滑劑加入到涂敷有磷酸鹽的鐵粉中，以免在壓制過程中由摩擦對磷酸鹽涂層造成損壞。但是，這增加了有機潤滑劑在壓粉鐵心中所占的比例，從而導致了所得到的壓粉鐵心的磁滯損耗增大。另一方面，添加很少量 的有機潤滑劑可以抑制磁滯損耗的增大，但是在壓制過程中磷酸鹽涂層會受損，從而導致壓粉鐵心的渦流損耗增大。此外，因為有機潤滑劑的熱分解溫度相對較低，所以采用高溫處理成形體會導致有機潤滑劑熱分解并使該潤滑劑擴散到鐵粉內(nèi)。這樣就會導致所得到的壓粉鐵心的磁性特征降低。此外，有機潤滑劑中的碳(C)作為殘渣殘留在壓粉鐵心中。因為碳的電阻很低，所以這樣就會導致鐵粉之間電連通，從而使壓粉鐵心的顆粒之間的渦流損耗增大。此外，如果在高溫下使用壓粉鐵心，壓粉鐵心中所包含的有機潤滑劑就會軟化或熔化。這樣就會使壓粉鐵心的強度顯著降低。此外，專利文獻3中的磁粉組合物含有氮化硼而沒有有機潤滑劑。然而，因為在專利文獻3中，氮化硼的比例過高，所以磁性體所占的比例低。這樣就會導致磁粉組合物的磁通密度降低，并且由于磁滯損耗增大而導致鐵耗增大。本發(fā)明的目的是要解決上述問題，并且提供一種軟磁性材料以及由這種軟磁性材料制成的壓粉鐵心，所述軟磁性材料在壓制之后可以得到所需的磁性特征。本發(fā)明的另一個目的是提供壓粉鐵心、軟磁性材料以及制備具有所需的磁性特征的壓粉鐵心的方法。解決問題的手段本發(fā)明的一個方面是使用軟磁性材料制備壓粉鐵心。用于制備壓粉鐵心的軟磁性材料包含多個復合磁性顆粒，該復合磁性顆粒由金屬磁性顆粒以及絕緣涂層形成，該絕緣涂層包圍所述金屬磁性顆粒的表面并含有磷酸金屬鹽和/或氧化物；以及潤滑劑，該潤滑劑為微粒狀，并且其添加的比例為所述的多個復合磁性顆粒的至少0. 001質(zhì)量％到至多0. I
質(zhì)量％。在這種軟磁性材料中，微粒狀潤滑劑的比例為至少0. 001質(zhì)量％，從而在制備壓粉鐵心時，在壓制過程中就可以在復合磁性顆粒之間獲得足夠的潤滑作用。此外，通過使微粒狀潤滑劑的比例不超過0. I質(zhì)量％，金屬磁性顆粒之間的距離就不會變得太大。這樣就可以避免在金屬磁性顆粒之間產(chǎn)生退磁磁場(退磁磁場的產(chǎn)生是由于在金屬磁性顆粒中形成磁極，這導致能量損耗)，并且可以抑制由退磁磁場而導致的磁滯損耗增大。此外，通過限制非磁性層在壓粉鐵心中所占的體積比，就可以避免飽和磁通密度降低。此外，含有磷酸金屬鹽和/或氧化物的絕緣涂層具有優(yōu)異的潤滑性。因此，即使絕緣涂層在壓制過程中相互摩擦，也不會產(chǎn)生顯著的摩擦力。因此，在本發(fā)明中，由微粒狀潤滑劑所產(chǎn)生的有利效果以及由絕緣涂層所產(chǎn)生的有利效果共同起作用，使得壓制過程中的潤滑作用被顯著增強。結(jié)果，可以避免絕緣涂層在壓制過程中受損，并且可以避免金屬磁性顆粒產(chǎn)生顯著的變形。這樣就可以得到渦流損耗和磁滯損耗二者都很低并且具有所需的磁性特征的壓粉鐵心。微粒狀潤滑劑的平均粒徑優(yōu)選為不超過2. 0微米。根據(jù)這種軟磁性材料，在進行壓制操作以制備壓粉鐵心的過程中，微粒狀潤滑劑可以以較高的幾率介入復合磁性顆粒之間。結(jié)果，即使是使用很少量(不超過0. I質(zhì)量％)的微粒狀潤滑劑，該潤滑劑也可以在復合磁性顆粒之間確實起到具有潤滑效果的添加劑的作用。微粒狀潤滑劑優(yōu)選為含有金屬皂和/或具有六方晶系晶體結(jié)構(gòu)的無機潤滑劑。無 機潤滑劑是這樣的潤滑劑不含碳(C)的物質(zhì)作為其主要成分或者碳的同素異形體(包括石墨，石墨是碳的同素異形體)作為其主要成分。根據(jù)這種軟磁性材料，當微粒狀潤滑劑含有金屬皂時，金屬皂具有優(yōu)異的潤滑性，從而可以使壓制過程中復合磁性顆粒之間的摩擦力顯著減小。當微粒狀潤滑劑含有具有六方晶系晶體結(jié)構(gòu)的無機潤滑劑時，無機潤滑劑具有層狀結(jié)構(gòu)。即使是使用很低比例(不超過0. I質(zhì)量％)的無機潤滑劑，在無機潤滑劑的層狀結(jié)構(gòu)中發(fā)生的劈分也產(chǎn)生優(yōu)異的潤滑作用。更具體地說，在進行壓制操作以制備壓粉鐵心時，無機潤滑劑存在于復合磁性顆粒之間，使得與復合磁性顆粒相接觸的所述無機潤滑劑的晶體層的最外表面被剝落，從而使顆粒之間的摩擦顯著降低。結(jié)果，避免了在壓制過程中在復合磁性顆粒之間產(chǎn)生劇烈的摩擦，并且抑制了在復合磁性顆粒中產(chǎn)生顯著的變形。此外，與有機潤滑劑相比而言，無機潤滑劑總體上具有較高的熱分解溫度并且具有優(yōu)異的耐熱性。因此，在制備壓粉鐵心時，可以進行高溫加熱，而不會使無機潤滑劑降解或軟化。微粒狀潤滑劑的比例優(yōu)選為所述的多個復合磁性顆粒的至少0.001質(zhì)量％到至多
0.025質(zhì)量％。根據(jù)這種軟磁性材料，退磁磁場在金屬磁性顆粒之間的產(chǎn)生得到了進一步抑制，同時非磁性層在壓粉鐵心中的比例可以被進一步降低。優(yōu)選的是，在多個復合磁性顆粒之間還包含有熱塑性樹脂，熱塑性樹脂的比例為所述的多個復合磁性顆粒的至少0. 001質(zhì)量％到至多0. I質(zhì)量％。根據(jù)這種軟磁性材料，除了微粒狀潤滑劑以外還含有的熱塑性樹脂可以使相鄰的復合磁性顆粒被牢固地粘接在一起。熱塑性樹脂的粘接效果可以提高壓粉鐵心的強度。此外，當加工成形體以制備壓粉鐵心時，所述的粘接效果還可以防止復合磁性顆粒由于受到加工應力而從被加工表面剝離。結(jié)果，可以使被加工表面具有較低的表面粗糙度和良好的機械加工性。此外，加入熱塑性樹脂可以提高復合磁性顆粒之間的絕緣性。結(jié)果，可以進一步抑制在顆粒之間產(chǎn)生的渦流損耗，并且進一步減小壓粉鐵心的鐵耗。使用其加入比例為至少0. 001質(zhì)量％的熱塑性樹脂就可以充分獲得以上這些優(yōu)點。此外，通過使用其加入比例不超過0. I質(zhì)量％的熱塑性樹脂，就可以避免非磁性層在壓粉鐵心中占太大的比例。這樣就可以防止壓粉鐵心的磁通密度降低。根據(jù)本發(fā)明另一方面的壓粉鐵心是使用根據(jù)權(quán)利要求I所述的軟磁性材料而制成的壓粉鐵心。根據(jù)這種壓粉鐵心，渦流損耗和磁滯損耗都減小，使得它可以具有鐵耗低的磁性特征。在制備壓粉鐵心時，可以加入其它有機物來提高強度和耐熱性。即使在這些有機物存在的條件下，也仍然可以得到本發(fā)明的有利效果。壓粉鐵心的填充率優(yōu)選為至少95%。根據(jù)這種壓粉鐵心，當使用上述任何一種軟磁性材料時，可以限制潤滑劑的添加量同時獲得優(yōu)異的潤滑性，這樣就可以制成填充率得到提高的壓粉鐵心。這使得壓粉鐵心的強度得到提高，從而使其具有磁通密度高的磁性特征。根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供一種用于制備壓粉鐵心的軟磁性材料。這種軟磁性材料包含多個復合磁性顆粒，該復合磁性顆粒由金屬磁性顆粒以及絕緣涂層形成，該絕緣涂層包圍所述金屬磁性顆粒的表面并含有磷酸金屬鹽和/或氧化物；以及潤滑性粉末，該潤滑性粉末含有金屬皂并且其添加到所述的多個復合磁性顆粒中的比例為至少0. 001質(zhì)量％到至多0. I質(zhì)量％。所述潤滑性粉末的平均粒徑不超過2. 0微米。根據(jù)這種軟磁性材料，潤滑性粉末的平均粒徑被設定為不超過2. 0微米，使得在 進行壓制操作以制備壓粉鐵心時，潤滑劑顆粒介于復合磁性顆粒之間的幾率更高。結(jié)果，即使是用很少量(不超過0. I質(zhì)量％)的潤滑性粉末，該潤滑性粉末也可以在復合磁性顆粒之間確實起到潤滑劑的作用。通過把潤滑性粉末的比例設定為至少0. 001質(zhì)量％，就可以充分產(chǎn)生這樣的有利效果。此外，通過把潤滑性粉末的比例設定為不超過0. I質(zhì)量％，就避免了使金屬磁性顆粒之間的距離變得太大。這樣就可以避免在金屬磁性顆粒之間產(chǎn)生退磁磁場(退磁磁場的產(chǎn)生是由于在金屬磁性顆粒中形成的磁極導致能量損耗)，并且可以抑制由退磁磁場而導致的磁滯損耗增大。此外，通過限制非磁性層在壓粉鐵心中所占的體積比，就可以避免飽和磁通密度降低。此外，含有磷酸金屬鹽和/或氧化物的絕緣涂層具有優(yōu)異的潤滑性。因此，即使絕緣涂層在壓制過程中相互摩擦，也不會產(chǎn)生顯著的摩擦力。因此，在本發(fā)明中，由潤滑性粉末所產(chǎn)生的有利效果以及由絕緣涂層所產(chǎn)生的有利效果共同起作用，使得壓制過程中的潤滑性被顯著增強。結(jié)果，可以避免絕緣涂層在壓制過程中受損，并且可以避免金屬磁性顆粒產(chǎn)生顯著的變形。這樣就可以得到渦流損耗和磁滯損耗二者都很低并且具有所需的磁性特征的壓粉鐵心。潤滑性粉末的平均粒徑優(yōu)選為不超過I. 0微米。根據(jù)這種軟磁性材料，在進行壓制操作以制備壓粉鐵心的過程中，潤滑性粉末可以以較高的幾率介入復合磁性顆粒之間。這樣可以在壓制過程中更有效地增強潤滑作用。此外，潤滑性粉末的比例優(yōu)選為所述的多個復合磁性顆粒的至少0. 001質(zhì)量％到至多0. 025質(zhì)量％。根據(jù)這種軟磁性材料，退磁磁場在金屬磁性顆粒之間的產(chǎn)生得到了進一步抑制，同時非磁性層在壓粉鐵心中的比例可以被進一步降低。此外還優(yōu)選的是，所述金屬皂為至少一種選自硬脂酸鋅、硬脂酸鈣和硬脂酸鋁中的材料。根據(jù)這種軟磁性材料，含有上述這些材料的潤滑性粉末具有優(yōu)異的潤滑性，所以在壓制過程中可以有效地減小復合磁性顆粒之間的摩擦力。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，壓粉鐵心由上述任何一種軟磁性材料制成。根據(jù)這種壓粉鐵心，渦流損耗和磁滯損耗都減小，使得獲得鐵耗低的磁性特征成為可能。在制備壓粉鐵心時，可以加入其它有機物以提高強度和耐熱性。即使在上述這些有機物存在的條件下，也仍然可以得到本發(fā)明的有利效果。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，壓粉鐵心包含多個粘接的復合磁性顆粒；無機潤滑齊U，該無機潤滑劑具有六方晶系的晶體結(jié)構(gòu)并介于所述的多個復合磁性顆粒之間，并且該無機潤滑劑的含量范圍為所述的多個復合磁性顆粒的大于0而小于0. 05質(zhì)量％。無機潤滑劑是這樣的潤滑劑不含碳(C)的材料作為其主要成分或碳的同素異形體(包括石墨，石墨是碳的同素異形體)作為其主要成分。當微粒狀潤滑劑含有無機潤滑劑(其具有六方晶系的晶體結(jié)構(gòu))時，無機潤滑劑具有層狀結(jié)構(gòu)。即使是使用很低比例(不超過0. 05質(zhì)量％)的無機潤滑劑，在無機潤滑劑的層狀結(jié)構(gòu)中發(fā)生的劈分也產(chǎn)生優(yōu)異的潤滑作用。更具體地說，在進行壓制操作以制備壓粉鐵心時，無機潤滑劑存在于復合磁性顆粒之間，使得與復合磁性顆粒相接觸的所述無機潤滑劑的晶體層的最外表面被剝落，從而使顆粒之間的摩擦顯著降低。結(jié)果，避免了在壓制過程中在復合磁性顆粒之間產(chǎn)生劇烈的摩擦，并且抑制了在復合磁性顆粒中產(chǎn)生顯著的變形。此外，通過使用其加入比例不超過0. 05質(zhì)量％的無機潤滑劑，就可以避免非磁性層在壓粉鐵心中占太大的比例。因此，與不添加無機潤滑劑的情況相比而言，當施加相同的壓力來制備壓粉鐵心時，上述這種實施方案可以達到更高的密度。這樣就可以得到具有高磁通密度和高強度的壓粉鐵心。
此外，相對于有機潤滑劑而言，無機潤滑劑總體上具有更高的熱分解溫度，因此具有優(yōu)異的耐熱性。因此，在制備壓粉鐵心時，可以進行高溫加熱，而不會使無機潤滑劑降解或軟化。由于上述這些原因，本發(fā)明可以得到這樣的壓粉鐵心，該壓粉鐵心的渦流損耗和磁滯損耗二者都被充分降低并且還具有高強度。此外，無機潤滑劑優(yōu)選為含有至少一種選自氮化硼、二硫化鑰和二硫化鎢中的材料。在這種壓粉鐵心中，含有上述這些材料的無機潤滑劑具有優(yōu)異的潤滑性、耐熱性和絕緣性。更具體地說，在進行壓制操作以制備壓粉鐵心時，鱗片狀的晶體層從無機潤滑劑的最外表面上剝落下來，粘附到復合磁性顆粒的表面上。這樣在形成壓粉鐵心時，就會使復合磁性顆粒之間的絕緣性增強。此外，含有上述這些材料的無機潤滑劑中不含碳。因此，可以避免由于在壓粉鐵心中存在著碳而使復合磁性顆粒之間的電阻特別低的問題。由于上述這些原因，所以可以使壓粉鐵心的渦流損耗顯著降低。所述的多個復合磁性顆粒中的每一個都優(yōu)選含有金屬磁性顆粒和絕緣涂層，該絕緣涂層包圍所述金屬磁性顆粒的表面。根據(jù)這種壓粉鐵心，由無機潤滑劑產(chǎn)生的潤滑作用可以防止絕緣涂層在進行壓制操作以制備壓粉鐵心的過程中受損。這樣就可以得到渦流損耗低的壓粉鐵心。此外無機潤滑劑的比例優(yōu)選為所述的多個復合磁性顆粒的至少0. 0005質(zhì)量％到至多0. 01質(zhì)量％。根據(jù)這種壓粉鐵心，在上述比例范圍內(nèi)的無機潤滑劑產(chǎn)生十分優(yōu)異的潤滑作用，從而可以特別顯著地獲得無機潤滑劑的上述有利效果。此外優(yōu)選的是，該壓粉鐵心在各個復合磁性顆粒之間還具有熱塑性樹脂，熱塑性樹脂的比例為所述的多個復合磁性顆粒的至少0. 001質(zhì)量％到至多0. I質(zhì)量％。根據(jù)這種壓粉鐵心，除無機潤滑劑以外還含有的熱塑性樹脂可以使相鄰的復合磁性顆粒被牢固地粘接在一起。熱塑性樹脂的粘接效果提高了壓粉鐵心的強度。此外，當加工成形體以制備壓粉鐵心時，所述的粘接效果防止了復合磁性顆粒由于受到加工應力而從加工表面剝離。結(jié)果，可以使加工表面具有較低的表面粗糙度和良好的機械加工性。此外，加入熱塑性樹脂可以提高復合磁性顆粒之間的絕緣性。結(jié)果，可以進一步降低在復合磁性顆粒之間產(chǎn)生的渦流損耗以及減小壓粉鐵心的鐵耗。使用其加入比例為至少0. 001質(zhì)量％的熱塑性樹脂就可以充分獲得以上這些優(yōu)點。此外，通過使用其加入比例不超過0. I質(zhì)量％的熱塑性樹脂，就可以避免非磁性層在壓粉鐵心中占太大的比例。這樣就可以防止壓粉鐵心的磁通密度降低。壓粉鐵心的填充率優(yōu)選為至少95%。根據(jù)這種壓粉鐵心，使用無機潤滑劑可以限制潤滑劑的添加量同時獲得優(yōu)異的潤滑作用，這樣就可以制成填充率得到提高的壓粉鐵心。這使得壓粉鐵心的強度得到提高，從而使其具有磁通密度高的磁性特征。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，使用軟磁性材料來制備上述任何一種壓粉鐵心。所述軟磁性材料包含一種混合物,該混合物含有多個復合磁性顆粒和無機潤滑劑。根據(jù)這種軟磁性材料，可以制成磁性特征優(yōu)異的壓粉鐵心。
根據(jù)本發(fā)明的制備壓粉鐵心的方法是制備上述任何一種壓粉鐵心的方法。所述制備壓粉鐵心的方法包括以下步驟通過壓制混合物而形成成形體的步驟，該混合物含有多個復合磁性顆粒和無機潤滑劑；以及在至少400°C的溫度下加熱該成形體的步驟。根據(jù)這種制備壓粉鐵心的方法，無機潤滑劑具有優(yōu)異的耐熱性，使得即使是在至少400°C的高溫下進行加熱時，也可以避免由于無機潤滑劑的熱分解而使復合磁性顆粒的磁性特征劣化。此外，通過高溫加熱，可以充分減少復合磁性顆粒中所存在的變形。這樣就可以制成磁滯損耗低的壓粉鐵心。本發(fā)明的有利效果根據(jù)以上所述的本發(fā)明，可以提供一種在壓制之后能具有所需的磁性特征的軟磁性材料以及由該軟磁性材料制成的壓粉鐵心。此外，根據(jù)本發(fā)明，可以提供壓粉鐵心、軟磁性材料以及制備具有所需磁性特征的壓粉鐵心的方法。附圖的簡要說明圖I是使用根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的軟磁性材料制成的壓粉鐵心的斷面模式圖。圖2是示出在本發(fā)明的第一實施例中，硬脂酸鋅的添加量和表觀密度之間的關系的圖。圖3是示出在本發(fā)明的第一實施例中，硬脂酸鋅的添加量和表觀密度之間的關系的另一幅圖。圖4是示出在本發(fā)明的第一實施例中，硬脂酸鋅的添加量和流動度之間的關系的圖。圖5是示出在本發(fā)明的第一實施例中，硬脂酸鋅的添加量和流動度之間的關系的
另一幅圖。圖6是示出在本發(fā)明的第二實施例中，硬脂酸鋅的平均粒徑和添加量以及表觀密度之間的關系的圖。圖7是示出在本發(fā)明的第二實施例中，硬脂酸鋅的平均粒徑和添加量以及表觀密度之間的關系的另一幅圖。圖8是示出在本發(fā)明的第二實施例中，硬脂酸鋅的平均粒徑和添加量以及流動度之間的關系的圖。
圖9是示出在本發(fā)明的第二實施例中，硬脂酸鋅的平均粒徑和添加量以及流動度之間的關系的另一幅圖。

圖10是使用根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的軟磁性材料制成的壓粉鐵心的斷面模式圖。圖11是示出在本發(fā)明的第四實施例中，無機潤滑劑的添加量和表觀密度之間的關系的圖。圖12是示出在本發(fā)明的第四實施例中，無機潤滑劑的添加量和流動度之間的關系的圖。圖13是示出在本發(fā)明的第五實施例中，無機潤滑劑的添加量和成形體的鐵耗之間的關系的圖。
圖14是示出在本發(fā)明的第五實施例中，無機潤滑劑的添加量和成形體的鐵耗之間的關系的另一幅圖。圖15是示出在本發(fā)明的第六實施例中，熱塑性樹脂的添加量和成形體的鐵耗之間的關系的圖。圖16是示出在本發(fā)明的第七實施例中，成形體的填充率和鐵耗之間的關系的圖。圖17是示出在本發(fā)明的第八實施例中，加熱溫度和成形體的鐵耗之間的關系的圖。附圖標記說明10 :金屬磁性顆粒；20 :絕緣涂層；30 :復合磁性顆粒；40 :有機物；110 :金屬磁性顆粒；120 :絕緣涂層；130 :復合磁性顆粒；140 :無機潤滑劑。實施本發(fā)明的最佳方式以下將參照附圖對本發(fā)明的實施方案進行描述。(第一實施方案)如圖I所示，壓粉鐵心包含多個復合磁性顆粒30，該復合磁性顆粒30由金屬磁性顆粒10、以及包圍金屬磁性顆粒10的表面的絕緣涂層20形成。有機物40存在于多個復合磁性顆粒30之間。復合磁性顆粒30通過有機物40而彼此粘接在一起、或者通過復合磁性顆粒30所具有的凹凸部分相嚙合而彼此連接在一起。根據(jù)本實施方案的軟磁性材料(用于制備圖I所示的壓粉鐵心)包含多個復合磁性顆粒30，該復合磁性顆粒30由金屬磁性顆粒10和絕緣涂層20形成；以及潤滑性粉末(微粒狀潤滑劑)，該潤滑性粉末以預定的比例被添加到復合磁性顆粒30中，并且在壓制時起到圖I所示的壓粉鐵心中的有機物40的作用。例如，金屬磁性顆粒10可以由下列材料制成鐵(Fe)、鐵(Fe)-硅(Si)系合金、鐵(Fe)-氮(N)系合金、鐵(Fe)-鎳(Ni)系合金、鐵(Fe)-碳(C)系合金、鐵(Fe)-硼(B)系合金、鐵(Fe)-鈷(Co)系合金、鐵(Fe)-磷(P)系合金、鐵(Fe)-鎳(Ni )-鈷(Co)系合金或鐵(Fe)-招(Al)-娃(Si)系合金。金屬磁性顆粒10可以是單種金屬或者是合金。絕緣涂層20含有磷酸金屬鹽和/或氧化物。除了使用磷酸鐵(磷酸的鐵鹽)以外，磷酸金屬鹽的例子還包括磷酸錳、磷酸鋅、磷酸鈣和磷酸鋁。此外，磷酸金屬鹽還可以是磷酸的復合金屬鹽，例如摻雜有少量鋁的磷酸鐵。氧化物的例子包括二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋁和氧化鋯。也可以使用這些金屬的摻合物。絕緣涂層20可以以如圖所示的單層的方式形成，或者也可以以多層的方式形成。潤滑性粉末可以由下列材料制成金屬皂(例如硬脂酸鋅、硬脂酸鋰、硬脂酸鈣、硬脂酸鋁、棕櫚酸鋰、棕櫚酸鈣、油酸鋰和油酸鈣)；或具有六方晶系晶體結(jié)構(gòu)的無機潤滑劑(例如氮化硼(BN)、二硫化鑰(MoS2)、二硫化鎢(WS2)或石墨)。潤滑性粉末的加入比例為多個復合磁性顆粒30的至少0. 001質(zhì)量％到至多0. I質(zhì)量％。其平均粒徑不超過2.0微米。潤滑性粉末的加入比例優(yōu)選為多個復合磁性顆粒30的至少0. 001質(zhì)量％到至多0. 025質(zhì)量％。潤滑性粉末的平均粒徑優(yōu)選為不超過I. 0微米。本文所涉及的平均粒徑是指50%粒徑D，即，在采用激光散射衍射法測量的粒徑直方圖中，顆粒從直方圖粒徑最小端開始的累積質(zhì)量達到顆?？傎|(zhì)量的50%時所對應的粒徑。根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的軟磁性材料包含多個復合磁性顆粒30，該復合磁性顆粒30由金屬磁性顆粒10以及絕緣涂層20形成，該絕緣涂層20包圍金屬磁性顆粒10的 表面并含有磷酸金屬鹽和/或氧化物；以及潤滑性粉末，該潤滑性粉末含有金屬皂，并且其添加到所述的多個復合磁性顆粒30中的比例為至少0. 001質(zhì)量％到至多0. I質(zhì)量％。該潤滑性粉末的平均粒徑不超過2. 0微米。此外，根據(jù)另一方面，本發(fā)明第一實施方案的軟磁性材料包含多個復合磁性顆粒30,該復合磁性顆粒30由金屬磁性顆粒10以及絕緣涂層20形成,該絕緣涂層20包圍金屬磁性顆粒10的表面并含有磷酸金屬鹽和/或氧化物；以及微粒狀的潤滑性粉末，該潤滑性粉末被添加到所述的多個復合磁性顆粒30中的比例為至少0. 001質(zhì)量％到至多0. I質(zhì)量％。接下來將描述制備根據(jù)該實施方案的軟磁性材料的方法、以及由該軟磁性材料制備圖I所示的壓粉鐵心的方法。首先，在金屬磁性顆粒10上實施預定的涂敷操作，以形成復合磁性顆粒30，其中 金屬磁性顆粒10被絕緣涂層20包被。此外，使用網(wǎng)孔粗細合適的篩子進行篩分，以制備出平均粒徑不超過2. 0微米的潤滑性粉末。還可以使用市售可得的、平均粒徑為0. 8微米到
I.0微米的金屬皂(例如，“MZ-2”，由日本油脂株式會社出品)作為潤滑性粉末。然后，將潤滑性粉末以預定的比例添加到復合磁性顆粒30中。用V型混合器將上述這些材料混合而形成本實施方案的軟磁性材料。對所用的混合方法沒有特別限制。接下來，將所得到的軟磁性材料放置在模具中并且在例如700MPa到1500MPa的壓力下加壓成形。這樣對軟磁性材料進行壓制并最終得到成形體。優(yōu)選的是，壓制操作在惰性氣體或減壓的氣氛下進行。這樣可以抑制復合磁性顆粒30被大氣中的氧氣氧化。與常規(guī)技術中所用潤滑劑的平均粒徑(約5微米到10微米)相比而言，本實施方案使用的潤滑性粉末具有相對較小的平均粒徑(不超過2. 0微米)。因此，在潤滑劑的添加量相對于多個復合磁性顆粒30的比例相同的情況下，在本實施方案中，單位體積的軟磁性顆粒中也會存在有數(shù)量更多的潤滑劑顆粒。這樣潤滑劑顆粒介于復合磁性顆粒30之間的幾率會更高。此外，含有磷酸金屬鹽或氧化物的絕緣涂層20本身也具有優(yōu)異的潤滑性。在進行上述壓制操作的過程中，這種絕緣涂層20和位于復合磁性顆粒30之間的潤滑性粉末可以導致獲得優(yōu)異的潤滑性。此外，硬脂酸鋅具有層狀結(jié)構(gòu)、并且具有表面層相繼剝落的滑動性。而且，硬脂酸鋅的硬度比硬脂酸鈣和硬脂酸鋁的硬度更高。由于以上原因，當使用硬脂酸鋅作為潤滑性粉末時，可以獲得非常優(yōu)異的潤滑性。然后，在至少為400°C并且低于絕緣涂層20的熱分解溫度的溫度下，對壓制而成的成形體進行加熱。該操作消除了成形體中所存在的變形和位錯。在該操作過程中，因為在低于絕緣涂層20的熱分解溫度的溫度下進行加熱，所以加熱不會使絕緣涂層20分解。在加熱之后，通過擠出加工、切削加工等對成形體進行適當?shù)募庸?，從而得到圖I所示的壓粉鐵心。對于上述軟磁性材料和壓粉鐵心，在壓制過程中，復合磁性顆粒30之間具有優(yōu)異的潤滑性。這樣就避免了絕緣涂層20在壓制過程中受損、并且抑制了在金屬磁性顆粒10中引入明顯的變形。此外，因為潤滑性粉末的添加量不超過0. I質(zhì)量％，所以非磁性層在壓粉鐵心中所占的比例被保持在較低的水平。這樣就避免使金屬磁性顆粒10之間的距離變得過大，并且防止了產(chǎn)生退磁磁場。上述原因使壓粉鐵心中的渦流損耗和磁滯損耗都降低，并且可以得到鐵耗低的壓粉鐵心。此外，因為本實施方案的軟磁性材料具有優(yōu)異的潤滑性和流動性，所以軟磁性材料可以以均勻的方式來填充模具。這樣就可以將壓粉鐵心制成為沒有密度變化的均勻的產(chǎn)品。 (第一實施例)使用下述實施例來評價根據(jù)第一實施方案的軟磁性材料以及由該軟磁性材料制成的壓粉鐵心。首先，將預定量的硬脂酸鋅(商品名為“MZ-2”，由日本油脂株式會社出品，平均粒徑為0. 8微米)作為潤滑性粉末而添加到作為復合磁性顆粒30的帶有磷酸鹽涂層的鐵粉(商品名為“Somaloy500”，由Hoganas公司出品)中。然后，用V型混合器混合I小時。制備多種軟磁性材料，其中該各軟磁性材料中含有相對于帶有磷酸鹽涂層的鐵粉而言添加量彼此不同的硬脂酸鋅。為了比較，制備多種軟磁性材料，其中該各軟磁性材料中含有相對于不具有磷酸鹽涂層的鐵粉(商品名為“ABC 100. 30”，由Hoganas公司出品)而言添加量彼此不同的硬脂酸鋅。為了評價軟磁性材料的潤滑性，對以上制備的不同軟磁性材料按照“JIS Z 2504”測量其表觀密度，并按照“ JIS Z 2502”測量其流動度。表觀密度(也稱之為填充密度)是這樣測量的用按照一定方法自由下落的粉末填充具有一定容積的圓筒狀容器，由這種方式得到的重量和體積來確定表觀密度。該值越高表明軟磁性材料的潤滑性越好。此外，流動度也被稱為流動性系數(shù)和流動速度，表示粉末流動的難易程度。流動度以從具有一定尺寸(直徑為4. Omm)的小孔中流出一定重量(50g)的混合粉末所需的時間來表不。該值越低表明軟磁性材料的潤滑性越好。圖3和圖5分別是來自圖2和圖4中的測量結(jié)果，詳細地示出了硬脂酸鋅的添加量為0到0. 05質(zhì)量％時的測量結(jié)果。如圖2和圖3所示，當硬脂酸鋅的添加量為至少0. 001質(zhì)量％到至多0. I質(zhì)量％時，如果采用帶有磷酸鹽涂層的鐵粉，則可以獲得高表觀密度。而且，當硬脂酸鋅的添加量不超過0. 025質(zhì)量％時，可以獲得特別高的表觀密度。與此類似，如圖4和圖5所示，當硬脂酸鋅的添加量為至少0. 001質(zhì)量％到至多0. I質(zhì)量％時，如果采用帶有磷酸鹽涂層的鐵粉，則可以獲得良好的流動性。而且，當硬脂酸鋅的添加量不超過0. 025質(zhì)量％時，可以獲得特別優(yōu)異的流動性。
(第二實施例)接下來，準備硬脂酸鋅(由日本油脂株式會社出品)作為潤滑性粉末。進行干式篩分，以將粉末分成平均粒徑分別為0. 8微米、I. 6微米、2. 3微米和7. 5微米的四類硬脂酸鋅。然后，將硬脂酸鋅粉末以預定的量添加到作為復合磁性顆粒30的帶有磷酸鹽涂層的鐵粉(商品名為“Somaloy 500”，由Hoganas公司出品)中，并且如第一實施例一樣進行混合。這樣就得到了其中硬脂酸鋅的平均粒徑不同并且添加到帶有磷酸鹽涂層的鐵粉中的硬脂酸鋅的量不同的多種軟磁性材料。如第一實施例一樣，對以這樣的方式制成的軟磁性材料的表觀密度和流動度進行測量。圖7和圖9分別是來自圖6和圖8中的測量結(jié)果，詳細地示出了硬脂酸鋅的添加量為0到0. 05質(zhì)量％時的測量結(jié)果。如圖6和圖7所示，當硬脂酸鋅的平均粒徑不超過2. 0微米時，可以獲得高的表觀密度。而且，當硬脂酸鋅的平均粒徑不超過1.0微米時，可以獲得特別高的表觀密度。與此 類似，如圖8和圖9所示，當硬脂酸鋅的平均粒徑不超過2. 0微米時，可以獲得好的流動性。而且，當硬脂酸鋅的平均粒徑不超過I. 0微米時，可以獲得特別優(yōu)異的流動性。由上述第一實施例和第二實施例的結(jié)果證明本發(fā)明的軟磁性材料具有優(yōu)異的潤滑性。雖然其它類型的金屬皂(例如硬脂酸鋁和硬脂酸鈣)也可以得到與第一實施例和第二實施例所述結(jié)果相似的結(jié)果，但是采用硬脂酸鋅作為潤滑性粉末得到了表觀密度和流動性都是最佳的結(jié)果。這可能是因為硬脂酸鋅由層狀結(jié)構(gòu)形成，但是可能還存在有其它因素。(第三實施例)選擇幾種第二實施例中所用的軟磁性材料，并將其壓制成環(huán)狀壓粉鐵心(外徑30mmX內(nèi)徑20mmX厚度5mm)。施加1078MPa (= 11噸/cm2)的加壓壓力。將線圈均勻地纏繞在所得到的壓粉鐵心上(一次側(cè)纏繞300次，二次側(cè)纏繞20次)，并且評價壓粉鐵心的磁性特征。使用BH曲線示蹤器(型號為ACBH-100K，由理研電子株式會社出品)在10千高斯的勵磁通量密度和1000赫茲的測量頻率下進行評價。表I示出壓粉鐵心的鐵耗測量值
來10/1000。鐵耗以磁滯損耗和渦流損耗的總和來表示，并且采用下式確定該值，其中Kh為磁滯損耗系數(shù)，Ke為渦流損耗系數(shù)，f為頻率。W=KhXf + KeXf2[表 I]
權(quán)利要求
1.一種用于制備壓粉鐵心的軟磁性材料，該軟磁性材料包含 多個復合磁性顆粒(30)，該復合磁性顆粒(30)由金屬磁性顆粒(10)和絕緣涂層(20)形成，該絕緣涂層(20)包圍所述金屬磁性顆粒(10)的表面并且含有磷酸金屬鹽和/或氧化物；以及 微粒狀潤滑劑，該微粒狀潤滑劑的加入比例為所述的多個復合磁性顆粒(30)的至少0.0005質(zhì)量%到至多0. 001質(zhì)量% ； 所述的微粒狀潤滑劑的平均粒徑不超過2. 0微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的軟磁性材料，其中所述的微粒狀潤滑劑包括金屬皂和/或無機潤滑劑，該無機潤滑劑具有六方晶系的晶體結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的軟磁性材料,該軟磁性材料還包含熱塑性樹脂,該熱塑性樹脂介于所述的多個復合磁性顆粒(30)之間，該熱塑性樹脂的加入比例為所述的多個復合磁性顆粒(30)的至少0. 001質(zhì)量%到至多0. I質(zhì)量％。
4.一種使用根據(jù)權(quán)利要求I所述的軟磁性材料制備的壓粉鐵心。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓粉鐵心，其中填充率(密度)為至少95%。
全文摘要
一種軟磁性材料包含多個復合磁性顆粒(30)，該復合磁性顆粒(30)由金屬磁性顆粒(10)和絕緣涂層(20)形成，該絕緣涂層(20)包圍金屬磁性顆粒(10)的表面并且含有磷酸金屬鹽和/或氧化物；以及微粒狀潤滑劑，該微粒狀潤滑劑的加入比例為所述的多個復合磁性顆粒(30)的至少0.001質(zhì)量%到至多0.1質(zhì)量%。在具有這種結(jié)構(gòu)的情況下，在壓制過程中就可以產(chǎn)生優(yōu)異的潤滑性，并且在壓制后可以得到所需的磁性特征。
文檔編號B22F3/00GK102800455SQ20121026038
公開日2012年11月28日 申請日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者廣瀨和弘, 豐田晴久, 西岡隆夫, 五十嵐直人, 前田徹, 島田良幸 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社