专利名称：具有优异的磁气特性、高强度及低铁损的复合软磁性材料的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种具有优异的磁气特性、高强度及低铁损的复合软磁性材料的制造方法。该复合软磁性材料使用于喷射器部件、点火部件、电磁阀用磁芯、电动机用磁芯等的制造。
背景技术：
通常，公知有软磁性粉末使用铁粉末、Fe-Si系铁基软磁性合金粉末、Fe-Al系铁基软磁性合金粉末、Fe-Si-Al系铁基软磁性合金粉末、Fe-Cr系铁基软磁性合金粉末、Ni基软磁性合金粉末或Fe-Co系软磁性合金粉末等。
作为上述铁粉末公知使用纯铁粉末。
作为Fe-Si系铁基软磁性合金粉末，公知使用含有0.1～10％的Si，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成的Fe-Si系铁基软磁性合金粉末(例如，含有1～12质量％的Si，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成的硅钢粉末，具体而言，Fe-3％Si粉末)。
作为Fe-Al系铁基软磁性合金粉末，公知使用含有0.05～10的Al，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成的Fe-Al系铁基软磁性合金粉末(例如，具有由Fe-15％Al构成的组成的高导磁合金粉末)。
作为Fe-Si-Al系铁基软磁性合金粉末，公知使用含有0.1～10质量％的Si、0.05～10的Al，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成的Fe-Si-Al系铁基软磁性合金粉末(例如，由Fe-9％Si-5％Al构成的铁硅铝磁合金粉末)。
作为Fe-Cr系铁基软磁性合金粉末，公知使用含有1～20％的Cr，根据需要含有5％以下的Al、5％以下的Si之中一种或两种，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成的Fe-Cr系铁基软磁性合金粉末。
此外，作为Ni基软磁性合金粉末，公知使用含有35～85％的Ni，根据需要含有5％以下的Mo、5％以下的Cu、2％以下的Cr、0.5％以下的Mn之中的一种或两种以上，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成的镍基软磁性合金粉末(例如，Fe-79％Ni粉末)。
作为Fe-Co系铁基软磁性合金粉末，公知使用含有10～60％的Co，根据需要含有0.1～3％的V，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成的Fe-Co系铁基软磁性合金粉末(以上，％表示质量％)。
而且，软磁性粉末的表面上形成绝缘性皮膜的软磁性粉末(以下称绝缘皮膜被覆软磁性粉末)，公知有通过对上述软磁性粉末进行高温氧化处理，在表面形成氧化膜的氧化膜被覆软磁性粉末；通过对软磁性粉末进行磷酸处理，在表面形成磷酸皮膜的磷酸被覆软磁性粉末；通过对软磁性粉末进行蒸汽处理，在表面形成绝缘性氢氧化物膜的氢氧化膜被覆软磁性粉末。在这些绝缘皮膜被覆软磁性粉末当中，最为常用的是在软磁性粉末表面形成磷酸皮膜的磷酸皮膜被覆软磁性粉末。
绝缘性皮膜被覆软磁性粉末，为了提高其填充密度，与粘结剂一起尽量以高压压缩成形。但是，经高压压缩成形所得的复合软磁性材料，由于压缩成形时在绝缘性皮膜被覆软磁性粉末内部的软磁性粉末产生压缩应变，因此软磁性磁气特性下降，无法充分发挥材料的特性。因此，通过对压缩而成的复合软磁性材料进行热处理，开放应变，恢复软磁性特性。
然而，要开放软磁性粉末的应变，优选是加热到500℃以上的高温，但如果加热到该温度，则作为粘结剂使用热可塑性树脂，如聚苯醚树脂、聚醚酰亚胺树脂等，以及热固性树脂，如苯酚树脂、环氧树脂有机树脂等的复合软磁性材料会碳化或燃烧，因此不为优选。据此，提出了一种使用水玻璃为粘结剂的复合软磁性材料(参照专利文献1)。以该水玻璃作为粘结剂的复合软磁性材料与以有机树脂为粘结剂的复合软磁性材料相比，强度低，且由于吸收水分而软化，所以耐久性低。因此，近年提出了以硅树脂为粘结剂的复合软磁性材料。以该硅树脂为粘结剂的复合软磁性材料的制造程序如下，通过在250～950℃、氧化气氛下加热软磁性粉末，在表面形成绝缘皮膜的氧化膜，由此制作绝缘皮膜被覆软磁性粉末，在该绝缘皮膜被覆软磁性粉末上添加并混合0.5～10质量％的硅树脂，且压缩成形后，通过在非氧化气氛下、以温度500～1000℃进行烧成，消除应变(参照专利文献2)。
专利文献1日本专利公开昭56-155510号公报专利文献2日本专利公开平6-342714号公报发明内容根据该现有的方法，有必要添加0.5～10质量％的硅树脂，硅树脂的添加量越多绝缘皮膜被覆软磁性粉末的添加量就会越少，因此无法避免复合软磁性材料的磁气特性的下降。相反，如果硅树脂的添加量小于0.5质量％，就会降低强度及电阻率，所以不为优选。因此，要求开发尽可能减少硅树脂的添加量，使绝缘皮膜被覆软磁性粉末的含量增加，并能保持高强度及低铁损的复合软磁性材料。
因此，本发明的发明者们为了制造下述的复合软磁性材料，而进行了研究。该复合软磁性材料，进一步降低包含在复合软磁性材料中的硅树脂的量而进一步增加软磁性粉末或绝缘皮膜被覆软磁性粉末的含量，使磁气特性提高，并且保持高强度及低铁损。
其结果得出了如下的研究结果，制作出软磁性粉末或绝缘皮膜被覆软磁性粉末的表面上形成厚度为0.1～5μm的极薄硅树脂皮膜的硅树脂皮膜形成软磁性粉末，将该硅树脂皮膜形成软磁性粉末预先加热至室温或最高150℃，并将加热到室温～150℃范围内的硅树脂皮膜形成软磁性粉末填充于加热成100～150℃的模具中，以600～1500MPa的压力压缩成形而制作成形体，并将该成形体以400～600℃温度进行烧成而得的复合软磁性材料，由于软磁性粉末无遗漏的被薄的硅树脂所被覆，所以即使将硅树脂的添加量控制在低于0.5质量％，也具有与用现有方法制作的复合软磁性材料几乎相同的高强度及低铁损，并且随着软磁性粉末含量的增加磁气特性也进一步提高，另外，作为上述绝缘皮膜被覆软磁性粉末，特别优选为在表面具有磷酸皮膜的磷酸皮膜被覆软磁性粉末。
本发明是基于上述研究结果而形成。
(1)一种具有优异的磁气特性、高强度及低铁损的复合软磁性材料的制造方法，其特征在于将软磁性粉末或绝缘皮膜被覆软磁性粉末的表面上形成厚度为0.1～5μm的极薄硅树脂皮膜的硅树脂皮膜形成软磁性粉末，加热至室温～150℃，并将加热至室温～150℃的硅树脂皮膜形成软磁性粉末填充于加热成100～150℃的模具中，以600～1500MPa的成形压力压粉成形，将所得到的成形体以400～600℃的温度进行烧成。
(2)根据上述1所述的具有优异的磁气特性、高强度及低铁损的复合软磁性材料的制造方法，其特征在于上述绝缘皮膜被覆软磁性粉末为磷酸皮膜被覆软磁性粉末。
在软磁性粉末或绝缘皮膜被覆软磁性粉末的表面形成厚度为0.1～5μm的极薄硅树脂皮膜的普通硅树脂皮膜形成软磁性粉末，可以简单地往一般在市场上出售的软磁性粉末或绝缘皮膜被覆软磁性粉末中添加低于0.1～0.5质量％的液状硅树脂，用通常的方法混合之后，在大气中进行干燥，由此简单地制作。使用形成有厚度为0.1～5μm的极薄硅树脂皮膜的硅树脂皮膜形成软磁性粉末制作的复合软磁性材料，可以将含于其中硅树脂的含量控制在低于0.1～0.5质量％。
在上述表面具有磷酸皮膜的磷酸皮膜被覆软磁性粉末的表面上形成厚度为0.1～5μm的极薄硅树脂皮膜的硅树脂皮膜形成软磁性粉末，可以简单地往一般在市场上出售的表面具有磷酸皮膜的磷酸皮膜被覆软磁性粉末中添加小于0.1～0.5质量％的液状硅树脂，用通常的方法混合之后，在大气中进行干燥，由此而简单地作。使用形成有厚度为0.1～5μm的极薄硅树脂皮膜的硅树脂皮膜形成软磁性粉末制作的复合软磁性材料，可以将含于其中硅树脂的含量控制在低于0.1～0.5质量％。
通过进一步减少包含在复合软磁性材料的硅树脂的量，使软磁性粉末或磷酸皮膜被覆软磁性粉末的含量进一步增加，由此可制造提高磁气特性，并且具有与现有复合软磁性材料相同的高强度及低铁损的复合软磁性材料。
将在本发明的复合软磁性材料的制造方法中使用的硅树脂皮膜形成软磁性粉末表面所形成的硅树脂皮膜的厚度规定为0.1～5μm，是因为硅树脂被膜的厚度低于0.1μm，则无法确保复合软磁性材料的充分的强度及电阻率，另一方面，硅树脂皮膜的厚度超过5μm变厚，包含在复合软磁性材料中的硅树脂的量则成为0.5质量％以上，无法得到充分的软磁性磁气特性。
上述硅树脂皮膜形成软磁性粉末，经加热至室温～150℃的规定温度之后，填充于加热成100～150℃的模具中进行压缩成形。将模具加热成100～150℃的理由是，为了在模具壁面涂抹有胶体状润滑剂时，蒸发润滑剂中所含水分，使固体状润滑剂附着在模具壁面上和为了提高硅树脂皮膜形成软磁性粉末的成形密度。因此，模具的加热温度必须为100℃以上，但无须超过150℃。因为填充于已加热的该模具中的硅树脂皮膜形成软磁性粉末的加热超过150℃，软磁性粉末会发生氧化，给压缩性带来不良影响，因此不为优选。因此，即使加热填充于模具中的硅树脂皮膜形成软磁性粉末也应优选控制在最高150℃。
将填充于上述模具中的硅树脂皮膜形成软磁性粉末，以600～1500MPa的压力压缩成形是因为，压缩成形压力低于600MPa，则无法得到充分的密度，另一方面，若超过1500MPa，则电阻率的下降，模具强度的下降会导致尺寸精度的大幅度下降，因而不为优选。
经压缩成形得到的成形体，在大气中，以400～600℃的温度，保持30～60分而烧成。通过以该温度进行烧成，硅树脂会玻璃化，可得到高强度的复合软磁性材料。并且，通过以该温度进行烧成，软磁性粉末的应变会消除，恢复软磁性磁气特性。将上述烧成温度规定在400～600℃是因为，低于400℃，无法充分开放压缩成形时生成的应变而不为优选，另一方面，超过600℃，会发生电阻率的下降而不为优选。
具体实施例方式
实施例1作为原料，准备了对纯铁粉末实施磷酸处理而形成磷酸皮膜的磷酸皮膜形成软磁性粉末，以及液状硅树脂。往该磷酸皮膜形成软磁性粉末中按表1所示比例添加液状硅树脂，在大气中混合，由此制作具有表1所示的平均厚度的硅树脂皮膜的硅树脂皮膜形成软磁性粉末。
表1
将该硅树脂皮膜形成软磁性粉末加热到表2～3所示温度，将已加热的硅树脂皮膜形成软磁性粉末填充于已加热到表2～3所示温度的模具中，以表2～3所示压力压缩成形制作成形体，接着将该成形体在大气中，加热至表2～3所示温度，并保持表2～3所示时间来实施本发明方法1～17及比较方法1～7，由此制作具有以下尺寸的软磁性试验片高为5mm、宽为10mm、长为60mm，以及外径为35mm、内径为25mm、高为5mm的软磁性试验片。使用这些软磁性试验片，测定室温下的抗折强度、密度、电阻率、铁损及磁通量密度，其测定结果在表2～3中表示。
现有例1在实施例中准备的磷酸皮膜形成软磁性粉末中添加5质量％的硅树脂粉末并混合，制作出具有由硅树脂粉末为5质量％、剩余部分为磷酸皮膜形成软磁性粉末构成的配比的混合粉末，将该混合粉末在常温下填充于模具中，以700MPa的压力压缩成形制作成形体，将该成形体加热到700℃、并保持120分来实施现有方法1，制作具有以下尺寸的软磁性试验片高为5mm、宽为10mm、长为60mm，以及外径为35mm、内径为25mm、高为5mm的软磁性试验片。使用该软磁性试验片，测定室温下的抗折强度、密度、电阻率、铁损及磁通量密度，其测定结果在表3中表示。
表2
表3
从表2～3所示结果可知，以本发明方法1～17制作的软磁性试验片与现有方法1制作的软磁性试验片相比，具有更优异的软磁性磁气特性，并且，与本发明的条件不同的比较方法1～7所制作的软磁性试验片，出现不够理想的一部分特性。
实施例2作为原料，准备了纯铁粉末，以及液状硅树脂。往该纯铁粉末中按表4所示比例添加液状硅树脂，在大气中混合，制作具有表4所示平均厚度的硅树脂皮膜的硅树脂皮膜形成软磁性粉末。
表4
将表4的硅树脂皮膜形成软磁性粉末加热到表5～6所示温度，将已加热的硅树脂皮膜形成软磁性粉末填充于已加热到表5～6所示温度的模具中，以表5～6所示压力压缩成形，由此制作成形体，接着将该成形体在大气中，加热至表5～6所示温度，并保持表5～6所示时间来实施本发明方法18～27及比较方法8～13，制作具有以下尺寸的软磁性试验片高为5mm、宽为10mm、长为60mm，以及外径为35mm、内径为25mm、高为5mm的软磁性试验片。使用这些软磁性试验片，测定室温下的抗折强度、密度、电阻率、铁损及磁通量密度，其测定结果在表5～6中表示。
现有例2在实施例2中准备的纯铁粉末中添加5质量％的硅树脂粉末并混合，由此，制作出具有由硅树脂粉末为5质量％、剩余部分为磷酸皮膜形成软磁性粉末构成的配比的混合粉末，将该混合粉末在常温下填充于模具中，以700MPa的压力压缩成形制作成形体，将该成形体加热到700℃、并保持120分来实施现有方法2，制作具有以下尺寸的软磁性试验片高为5mm、宽为10mm、长为60mm，以及外径为35mm、内径为25mm、高为5mm的软磁性试验片。使用该软磁性试验片，测定室温下的抗折强度、密度、电阻率、铁损及磁通量密度，其测定结果在表6中表示。
表5
表6
从表5～6所示结果可知，以本发明方法1～17所制作的软磁性试验片与以往方法2制作的软磁性试验片相比，具有更优异的软磁性磁气特性。并且，与本发明的条件不同的比较方法8～13所制作的软磁性试验片，出现不够理想的一部分特性。
权利要求
1.一种具有优异的磁气特性、高强度及低铁损的复合软磁性材料的制造方法，其特征在于，将软磁性粉末或绝缘皮膜被覆软磁性粉末的表面上形成有厚度为0.1～5μm的极薄硅树脂皮膜的硅树脂皮膜形成软磁性粉末，加热至室温～150℃，并将加热至室温～150℃的硅树脂皮膜形成软磁性粉末填充于加热成100～150℃的模具中，以600～1500MPa的成形压力压粉成形，将所得到的成形体以400～600℃的温度进行烧成。
2.根据权利要求1所述的具有优异的磁气特性、高强度及低铁损的复合软磁性材料的制造方法，其特征在于，上述绝缘皮膜被覆软磁性粉末为磷酸皮膜被覆软磁性粉末。
3.一种具有优异的磁气特性、高强度及低铁损的复合软磁性材料，其特征在于，通过权利要求1或2所述的方法制造。
全文摘要
本发明提供一种具有优异的磁气特性、高强度及高电阻率的复合软磁性材料的制造方法。其特征在于，将软磁性粉末或磷酸皮膜被覆软磁性粉末的表面上形成厚度为0.1～5μm的极薄硅树脂皮膜的硅树脂皮膜形成软磁性粉末，加热至室温～150℃，并将加热至室温～150℃的硅树脂皮膜形成软磁性粉末填充于加热成100～150℃的模具中，以600～1500MPa的成形压力压粉成形，将所得到的成形体以400～600℃的温度进行烧成。
文档编号H01F41/02GK1883017SQ20048003183
公开日2006年12月20日 申请日期2004年10月28日 优先权日2003年10月31日
发明者宫原正久, 森本耕一郎 申请人:三菱综合材料Pmg株式会社