本发明提供一种满足扼流线圈、电抗线圈等的压粉磁芯用途中所要求的更高磁特性的铁族基软磁性粉末材料。一种铁族基合金(铁基合金)软磁性粉末材料,以通常使用的Fe或Co或者Ni中的1种以上作为主体。就该软磁性粉末材料而言,在熔体中添加微量的Nb(0.05~4wt%)或V·Ta·Ti、Mo、W,利用水雾化法等低廉的制法制备。
1.一种铁基软磁性粉末材料,其特征在于,是结晶质的铁基软磁性粉末材料,基本组成以组成式Fe_100-x-ySi_xCr_y表示,其中,x为0~15at%、y为0~15at%、x+y为0~25at%;相对于所述组成式的总量100质量份,为了使磁特性提高,添加
0.05~4.0质量份的选自Nb、V、Ta、Ti、Mo及W中的1种以上的磁性改性微量成分;所述铁基软磁性粉末材料是利用水雾化法制备而成的,且为球形。
2.一种铁基软磁性粉末材料,其特征在于,是结晶质的铁基软磁性粉末材料,以组成式Fe_100-x-ySi_xCr_yN_z表示,其中,N为磁性改性微量成分;所述磁性改性微量成分是为了使磁特性提高而添加的,所述磁性改性微量成分为选自Nb、V、Ta、Ti、Mo及W中的1种以上,并且,x为0~15at%、y为0~15at%、x+y为0~25at%、z为0.015~
2.4at%;所述铁基软磁性粉末材料是利用水雾化法制备而成的,且为球形。
3.根据权利要求2所述的铁基软磁性粉末材料,其特征在于,所述磁性改性微量成分为Nb。
4.根据权利要求1或2所述的铁基软磁性粉末材料,其特征在于,在所述组成式中,x为2~10at%、y为2~10at%、x+y为4~15at%。
5.根据权利要求1或2所述的铁基软磁性粉末材料,其特征在于,粉末的平均粒径为0.5~100μm。
6.一种压粉磁芯,其特征在于,是用向权利要求1或2所述的铁基软磁性粉末材料100质量份添加了1~10质量份粘结材料而得的组合物成型而成的。技术领域
本发明涉及一种易于满足扼流线圈、电抗线圈等中的压粉磁芯所要求的优异的软磁特性的铁族基软磁性粉末材料。
背景技术
目前,扼流线圈、电抗线圈等中的压粉磁芯大多在大电流、高频区域或节省空间的环境下使用。对于在上述压粉磁芯中使用的软磁性粉末材料,也要求即使在大电流、高频的环境下也具有优异的软磁特性且能够小型化。通常,就在压粉磁芯中使用的软磁性粉末材料而言,为了与大电流相应,被要求高饱和磁通密度、高导磁率、低磁芯损失,并且从低损失的观点出发,被期望为高电阻。但是,难以全部满足这些特性。因此,现状是根据使用环境,分别使用a)氧化物软磁性粉末材料、b)非晶质Fe基软磁性粉末材料以及c)结晶质Fe基软磁性粉末材料(例如,专利文献1、2)。a)就氧化物软磁性粉末材料而言,由于为高电阻,因而磁芯损失低,但由于为低饱和磁通密度,所以不适合大电流环境。b)就非晶质Fe基软磁性粉末材料而言,虽然具有优异的磁特性,但因其组织结构而使粉末硬度非常高,成型困难,并且关于饱和磁通密度,也不能说很充分,难以与压粉磁芯的小型化相应。c)就结晶质Fe基软磁性粉末材料而言,具有高饱和磁通密度,粉末硬度也较低,若能够确保用树脂等对粉末表面的绝缘,则能够将低损失的压粉磁芯进行成型,适于大电流、高频区域中使用的小型压粉磁芯用途。而且,为了实现在高频环境下的使用、低损失,通常有效的是使用更微粉化的Fe基合金软磁性粉末材料。然而,要将更微粉化的粉末材料成型,需要更高度的成型技术、或需要增加用于确保微粉相互绝缘的树脂量等。因此,存在下述问题,即,因压粉磁芯的密度降低而使压粉磁芯本身的导磁率降低,无法发挥原来的Fe基软磁性粉末材料本身具有的高导磁率特性(磁特性)。在专利文献1、2中将表面用氧化物覆盖,但制造方法变得复杂。根据上述理由,认为在现有的Fe基软磁性粉末材料中,若能够在不增大磁芯损失的情况下实现更高的导磁率,则即使压粉磁芯为低密度,也能够在大电流、高频用途中使用,还能够在无需高度成型技术的情况下使压粉磁芯小型化、低损失化。应予说明,在专利文献1、2中记载了与本发明同样地利用水雾化法等制造软磁性粉末材料的技术,并记载了在软磁性粉末材料的组成中,可在添加选自Si、Al以及Cr中的副成分的同时,添加少量本发明中的第IV~VI族金属作为副成分(专利文献1的第0053段,专利文献2的第0021段、第0044段)。但是,作为其少量副成分的第IV~VI族金属(d轨道半充满前的过渡金属)只不过是与Mn、Co、Ni、Cu、Ga、Ge、Ru、Rh等第VII~XI族金属(d轨道半充满后的过渡金属)及B(硼)一起例示的。进而,在专利文献1、2中并没有对为了改善磁特性(特别是高导磁率化)而添加上述少量副成分进行积极启示的记载(专利文献1的第0053段、专利文献2的第0044段)。应予说明,专利文献2的第0044段中记载了少量副成分的添加量优选1wt%以下。另外,虽然未对本发明的专利性给予影响,但作为少量添加第IV~VI族金属的非晶质的铁基软磁性粉末材料的现有技术文献,存在专利文献3~5。就专利文献3中的作为组成式Fe_{100-a-b-x-y-z-w-t}Co_aNi_bM_xP_yC_zB_wSi_t的M而举出的第IV~VI族金属而言,与专利文献1、2同样,只不过是与其它的Pd、Pt、Au等第X~XI族金属一起例示的,并且以形成钝化氧化皮膜来提高粉末材料的耐腐蚀性为目的(第0024段)。应予说明,该段中的“考虑到磁特性、耐腐蚀性,M的添加量优选为0原子%~3原子%”的记载由前段的记载可被理解为Nb没有增大导磁率的作用且大量添加会使导磁率降低的记载。专利文献4中的作为组成式T_100-x-yR_xM_yM′_z的M′而举出的第IV~VI族金属也不过是与其它的第VII~XI族金属以及P、Al、Sb等非金属·典型金属一起例示的,并记载了M′的添加也预期会提高耐腐蚀性,进而,添加量也优选0~30%,进一步优选0~20%(该文献第9页下面第二段)。即,就专利文献4中的M′而言,并非预期本发明中第IV~VI族金属的4%以下的微量添加。专利文献5中也同样地,作为组成式Fe_100-x-yR_xM_yM′_z的M′而举出的第IV~VI族金属也不过是与第VII~XI族金属以及Zn、Ga等典型金属一起例示的。应予说明,在该文献第0032段中记载了“元素M′的添加具有使微晶状态下的合金的矫顽力降低的效果。但是,如果元素M′的含量变得过多,则磁化降低,因此添加元素M′的组成比z需要满足0at%≤z≤10at%,优选满足0.5at%≤z≤4at%”。该记载被理解为进行以下启示:与专利文献3同样,M′使软磁性材料中的矫顽力减小,从而对低损失化有效,对导磁率(磁化)的增大并无帮助。专利文献专利文献1:日本特开2009-088496号公报专利文献2:日本特开2009-088502号公报专利文献3:日本特开2008-109080号公报专利文献4:日本特表2003-060175号公报专利文献5:日本特开2001-226753号公报
发明内容
鉴于上述内容,本发明的目的在于提供一种铁族基软磁性粉末材料,是结晶质的铁族基软磁性粉末材料,其能够容易地制造通过微量添加就能够使压粉磁芯进一步高导磁率化并且也会不增加磁芯损失的压粉磁芯。为了解决上述课题,本发明人等在努力进行深入开发的过程中发现如果用微量添加有Nb等的软磁性粉末材料来制造压粉磁芯,则能够使压粉磁芯进行高导磁率化,并且也不会增加磁芯损失,从而研究出下述构成的铁族基软磁性粉末材料。一种结晶质的铁族基软磁性粉末材料,其特征在于,该粉末材料的基本组成以组成式T_100-x-yM_xM′_y表示,(其中,T为选自铁族中的1种以上的主要成分、M为提高导磁率的成分、M′为赋予耐腐蚀性的成分,且x为0~15at%、y为0~15at%、x+y为0~25at%);相对于上述组成式的总量100质量份,添加0.05~4.0质量份的选自第IV~VI族过渡金属中的1种以上的磁性改性微量成分。在本发明中,如果将磁性改性微量成分加入到上述组成式中,以at%(原子%)表示,则如下所述。一种结晶质的铁族基软磁性粉末材料,其特征在于,以组成式T_100-x-yM_xM′_yN_z表示(其中,T为由铁族中的1种以上构成的主要成分、M为提高导磁率的成分、M′为赋予耐腐蚀性的成分、N为磁性改性微量成分);上述磁性改性微量成分为选自第IV~VI族过渡金属中的1种以上,并且x为0~15at%、y为0~15at%、x+y为0~25at%、z为0.015~2.4at%。一种结晶质的铁族基软磁性粉末材料,其特征在于,提高上述磁性率的成分M为选自Si、Ni、Co中的1种以上,并且上述赋予耐腐蚀性成分M′为选自Cr、Al中的1种以上,其特征尤其在于,T为Fe、M为Si、M′为Cr,并且x为2~10at%、y为2~10at%、x+y为4~15at%。用上述构成的铁族基软磁性粉末材料成型而成的压粉磁芯能够高导磁率化,并且也不会增加磁芯损失。而且,由于是结晶质,所以在利用水雾化法等进行粉末材料的制造时,无需高速骤冷。进而,无需为了易于确保高导磁率而在制造压粉磁芯时设为高压,结果也难以产生绝缘破坏。当然,软磁性粉末材料与专利文献1、2不同,也不需要积极地形成氧化皮膜。
附图说明
图1是适于制造本发明的软磁性粉末材料的水雾化装置的简要截面图。图2是表示由本发明的软磁性粉末材料制备的压粉磁芯的导磁率·磁芯损失的测定方法的简要图。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式进行说明。发明的软磁性粉末材料的前提是:其基本组成为组成式T_100-x-yM_xM′_y(其中,T为由1种以上的铁族构成的主要成分、M为提高导磁率的成分、M′为赋予耐腐蚀性的成分,且x为0~15at%、y为0~15at%、x+y为0~25at%)。在此,T通常为Fe,也可以是将Fe的全部或一半以上置换成Co、Ni等而成的物质。例如是市售的Co为80at%或Ni为50at%的软磁性粉末材料。作为以M表示的提高导磁率的成分,可举出Si、Co、Ni(其中,未将Co、Ni作为主体成分的情况)等,但优选廉价且提高导磁率的作用相对大的Si。添加Si时,优选x为2~10at%,进一步优选为3~8at%。如果Si过多,则粉末本身变脆而难以成型。另外,会对得到的粉末形状给予不良影响,压粉磁芯的磁特性、成型性容易出现问题。作为以M′表示的赋予耐腐蚀性的成分,可举出Cr、Mn、Al以及Cu等。其中,Cr的赋予耐腐蚀性的效果好(电阻率也增大)而优选Cr。这是因为在要求电子部件等的可靠性的用途中使用压粉磁芯时存在湿气等问题,而要求耐腐蚀性也强的材料。使M′为Cr时,设为1≤y≤10at%,进而设为2≤y≤8at%。如果Cr过多,则容易导致导磁率下降(对磁特性给予影响)。本发明的构成的特征在于,在上述构成中,进一步微量添加选自第IV~VI族过渡金属中的1种以上的磁性改性微量成分(提高导磁率的副成分)。推断第IV~VI族过渡族用于抑制成为导磁率下降的原因的磁各向异性、内部应变。即,小于半充满填充的d轨道元素(原子半径相对小)的第IV~VI族过渡金属通过微量地进入晶粒边界中,从而降低磁各向异性(具有调整自旋方向的效果)。另外,关于内部应变,推断如下:利用雾化法等伴随着比较急速的冷却的制法来制造粉末时,发生相当大的内部应变,但通过使第IV~VI族过渡金属微量地进入到晶粒边界中,从而减轻内部应变。在此,微量添加是指相对于基本组成式的总量100质量份,添加0.05~4.0质量份,优选添加0.08~3.5质量份,进一步优选添加0.2~0.6质量份。如果磁性改性微量成分的添加量过少,则不能期待导磁率的增大,如果过多,则可能降低原来的饱和磁化值。这是因为其它副成分是为了大幅提高导磁率、损失、耐腐蚀性所必需的基本成分。即,磁性改性微量成分是主要提高磁特性(导磁率)的成分,但添加量过多会带来因添加量增大而导致的成本增加及饱和磁化值下降,因此不优选。就本发明的铁族基软磁性粉末材料而言,在加入了磁性改性微量成分的组成式(T_100-x-yM_xM′_yN_z)中,以z为0.015~2.4at%,优选为0.10~0.40at%的方式从上述范围选择磁性改性微量成分的添加量。在此,z是考虑了假想所有制造方法的制造时的损失的范围。应予说明,由于z为极微量的,所以x、y分别与上述范围实质上相同。在此,在第IV~VI族过渡金属中,最优选Nb,并优选Ti,其为与Nb同族的第5族,具有与Nb同样的氧化数(+5),且与周期表中相邻的Mo、W以及Nb的原子半径近似。由于本发明的软磁性粉末材料是结晶质而不是非晶质,从而也不需要极端的骤冷,所以能够利用通用的水雾化法、气雾化法来进行制造。在上述方法中,优选作为廉价制备方法的水雾化法。从磁特性的观点出发,得到的粉末形状优选为球形。以下,说明利用图1所示的水雾化法来制造本发明的软磁性粉末的方法。在图1中,1为熔化坩埚、2为感应加热线圈、3为熔体塞、4为熔融原材料、5为孔口、6为雾化喷嘴、7为水膜、8为水。在坩埚1内,将制备成规定组成的原材料(合金组成混合物)加热至熔点以上,进行熔融。接着,去除熔体塞3,使熔体由设置在坩埚下部的熔体孔口5落下,进而利用由设置在下部的雾化喷嘴6喷射的水膜来使熔融的原材料进行骤冷凝固,从而能够更廉价地得到粒子形状为球形的粉末。其后,回收该粉末,经干燥和分级,能够得到目的软磁性粉末材料。此时的粉末材料的粒径(粒度)设为0.5~100μm,优选设为0.5~75μm,进一步优选设为1~50μm。如果粒径小,则用于确保压粉磁芯绝缘的树脂等粘结材料的量增大、相对密度降低,难以得到高导磁率。另一方面,如果粒径大,则能够用少量的树脂等粘结材料来确保压粉磁芯的绝缘,但对于利用上述微粉化(小粒径化)的压粉磁芯,难以获得低损失化的作用。对于上述压粉磁芯而言,能够利用压制等公知的方法得到相对于上述软磁性粉末材料100质量份添加了1~10质量份的粘结材料而成的压粉磁芯。如果上述粘结材料过多,则像上述那样,难以得到高导磁率,如果过少,则难以得到作为磁芯的强度。另外,上述粘结材料例如可举出硅酮系树脂、环氧系树脂、酚醛系树脂、聚酰胺系树脂、聚酰亚胺系树脂、聚苯硫醚系树脂等有机系粘结材料;磷酸镁、磷酸钙、磷酸锌、磷酸锰、磷酸镉之类的磷酸盐,硅酸钠之类的硅酸盐(水玻璃)等无机系粘结材料等,但只要能够得到磁芯的强度且不对导磁率带来影响,就没有特别限定。实施例以下,对于为了确认本发明的效果而进行的实施例进行说明。首先,将制备成表1~3所示的各组成的混合材料利用高频感应炉进行熔融,利用水雾化法得到软磁性粉末。应予说明,评价粉末制作条件如下所述。<水雾化条件>·水压100MPa·水量100L/min·水温20°C·孔口直径φ4mm·熔体原材料温度1800°C接下来,回收得到的软磁性粉末,利用振动真空干燥机(中央化成制:VU-60)进行干燥。由于在减压气氛下进行干燥,所以与在大气压气氛下进行的干燥方法相比,能够在低氧气氛下进行干燥,另外,能够在低温下以短时间进行干燥。进而,通过在干燥中对软磁性粉末施加振动,从而能够以更短的时间进行干燥,并且能够防止粉末的凝集、氧化。在本实施例中,干燥温度:100°C、干燥室内的压力:-0.1MPa(表压)、干燥时间:60分钟。接着,利用气流分级装置(Nisshinxa0Engineering制:turboclassifier),对得到的软磁性粉末进行分级,得到具有目的平均粒径的粉末材料(50μm、10μm、1μm)。该粉末材料的粒度分布测定是用激光衍射方式的粒度分布测定装置(岛津制SALD-2100)来进行的。接下来,将得到的具有各粒度分布的粉末材料与环氧树脂(粘合剂)以及甲苯(有机溶剂)混合,得到混合物。应予说明,环氧树脂的添加量相对于软磁性粉末材料为3wt%、5wt%。将这样制备而得的混合物以温度80°C加热30分钟,并进行干燥,得到块状的干燥体。接着,将干燥体通过网眼200μm的筛,制备粉末材料(造粒体)。将该粉末材料填充到成型模具中,以下述条件得到成型体(压粉磁芯)10。<成型条件>·成型方法:压制成型·成型体的形状:环状·成型体尺寸:外形13mm、内径8mm、厚度6mm·成型压力:5t/cm²(490MPa)<线圈制作条件>以下述条件使导线11卷绕于上述成型体10,从而制作扼流线圈9。·导线材料:Cu·导线线径:0.2mm·线圈数:一次45匝、二次45匝<测定条件·评价>使用测定装置12,按以下条件进行以上述条件制成的扼流线圈的评价。·测定装置:交流磁特性测定装置(岩通计测制B-H分析仪SY8258)·测定频率:200kHz·最大磁通密度:50mT接着,将评价结果在以下示出。(1)分别将向Fe粉末材料中添加了Nb的结果示于表1,将向Fe-Si粉末材料添加了Nb的结果示于表2(A)、(B),将向Fe-Si-Cr粉末材料添加了Nb的结果示于表3(A)、(B)。另外,分别将向从Si、Ni、Co中选择提高导磁率的成分M且从Cr、Al中选择赋予耐腐蚀性的成分M′而成的粉末材料中添加Nb而得的结果示于表4,将分别向Fe粉末材料、Fe-Si粉末材料、Fe-Si-Cr粉末材料从Nb、V、Ta、Ti、Mo、W中选择添加磁性改性微量成分而得的结果示于表5。由表1~5的结果可知下述内容。通过在任意组成和粒径的粉末材料(组成)中添加磁性改性微量成分,从而在磁芯损失降低的同时也提高导磁率。特别是通过添加Nb,从而能够得到更好的效果。通过上述理由,从而能够使压粉磁芯小型化。即,能够使压粉磁芯低损失化,并且能够在不使用难以提高压粉密度的微粉化的粉末材料的情况下容易地制造可在高频区域使用的小型磁芯。另外,从压粉磁芯的机械性质的观点出发,也可使树脂量增加。表1:ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="687"/>表2(A):ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="665"/>表2(B):ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="673"/>表3(A):ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="611"/>表3(B):ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="608"/>表4:ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="314"/>表5:ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="519"/>本申请基于在日本于2010年6月9日申请的特愿2010-131667号,其内容作为本申请的内容,形成本发明的一部分。另外,根据本说明书的详细说明能够进一步完全理解本发明。然而,详细的说明和特定的实施例是本发明优选的实施方式,是仅为了说明的目的而记载的内容。由该详细的说明进行的各种变更、改变对本领域技术人员而言是显而易见的。申请人没有将记载的实施方式均奉献给公众的意图,在公开的改变、替代方案中,将可能在权利要求内语句上不含有的内容也作为等同原则下的发明的一部分。在本说明书或请求保护范围的记载中,名词和同样的指示语的使用只要没有特别指示,或只要根据上下文没有明确否定,就应解释为包括单数和多数两者。本说明书中提供的任意例示或例示的用语(例如,“等”)的使用也只不过是意图便于说明本发明,只要请求保护范围中没有特别记载,就不对本发明的范围进行限制。符号说明1...熔化坩埚2...感应加热线圈4...熔融原材料5...孔口6...雾化喷嘴10...压粉磁芯