[发明专利]压粉磁芯用粉末及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及包含软磁性金属粉末的压粉磁芯用粉末及其制造方法。

背景技术

通过将包含软磁性金属粉末的压粉磁芯用粉末加压成型而得到的压粉磁芯，例如应用于车辆的驱动用发动机的定子铁芯、转子铁芯、构成电力转换电路的电抗器铁芯等，与将电磁钢板层叠而成的芯材相比，具有下述诸多优点：具有高频铁损少的磁特性、能够随机且廉价地应对形状变化、材料费便宜等。

关于上述的压粉磁芯，为了提高其电阻率以减少铁损耗、特别是涡流损耗，有采用包含硅、铝等与铁的铁合金作为软磁性金属粉末，在其表层形成二氧化硅(SiO₂)等的绝缘被膜而生成磁性粉末，将该磁性粉末加压成型从而制造压粉磁芯的方法。但是，使用硅、铝等均匀分散在铁粉中的铁合金生成磁性粉末时，其硬度变高，存在将其加压成型而得到的压粉磁芯的高密度化反而受到阻碍的问题。压粉磁芯的密度不能升高会导致压粉磁芯的高磁通密度化无法实现。因此，以往难以以高密度及高电阻率制造高磁通密度的压粉磁芯。由此，迫切要求在软磁性金属粉末的表层的尽可能薄的范围内渗透用于提高电阻率的硅元素等、在粉末内部不存在硅元素等或者硅元素等极少的压粉磁芯用粉末的生成方法。

例如，专利文献1中，公开了通过将预先进行高温处理并粉碎的铁粉与硅粉末及硅铁混合、并在氢氛围中再次进行高温处理来制造表层硅浓度高的硅层被膜铁粉的方法。

专利文献1：日本特开2007-126696号公报

发明内容

根据专利文献1所公开的制造方法，可以制造表层中硅浓度高的硅层被膜铁粉，但是根据本发明人等的验证，如图7a所示，设包含铁粉b的压粉磁芯用粉末a的粒径为D时，确定所形成的硅层c超过0.2D。另外，该硅层中的硅浓度分布如图7b所示，呈现自粉末表层缓慢减少的梯度曲线，朝向内部硅浓度降低。根据本发明人等的见解，可以确定在该硅层超过0.2D的更严酷的条件下、在0.15D以上时，铁粉变得十分硬，因此难以充分实现压粉磁芯的高密度化。

本发明是鉴于上述问题而完成的，涉及在软磁性金属粉末的表层含有含硅层的压粉磁芯用粉末，其目的在于提供将软磁性金属粉末的粒径设为D时其含硅层可以调整为小于0.15D的压粉磁芯用粉末的制造方法以及通过该制造方法制造的压粉磁芯用粉末。

为了实现上述目的，本发明的压粉磁芯用粉末的制造方法通过对含有碳元素的软磁性金属粉末的表面进行渗硅处理来制造压粉磁芯用粉末，其特征在于，在所述渗硅处理中，使至少含有硅化合物的渗硅用粉末与软磁性金属粉末的表面接触，对该渗硅用粉末进行加热处理，从而使硅元素从所述硅化合物脱离，并使该脱离的硅元素渗透扩散到所述软磁性金属粉末的表层，在硅元素脱离的反应生成速度比硅元素渗透扩散到软磁性金属粉末的表层的扩散速度快的脱离扩散氛围下进行渗硅处理。

压粉磁芯用粉末例如由含有微量碳元素的铁系粉末等软磁性金属粉末生成，作为本发明的制造方法中使用的软磁性金属粉末，除了铁-碳系合金以外，含有微量碳元素的纯铁也可以作为其对象。

通过使至少含有硅化合物的渗硅用粉末与该软磁性金属粉末接触并进行加热处理，生成在软磁性金属粉末表面形成浓度较高的含硅层，另一方面在软磁性金属粉末内部没有硅浸渗、或者即使有浸渗其量也极微量的压粉磁芯用粉末。在此，所谓至少含有硅化合物的渗硅用粉末，除二氧化硅(氧化硅)以外，可以列举二氧化硅粉末与碳化硅粉末的混合粉末等。

本发明人等发现，通过并非如前述现有技术中所述那样仅对硅粉末进行加热处理、而是将硅化合物的粉末在软磁性金属粉末表面上进行加热处理的方法，使硅从硅化合物中脱离，脱离的硅渗透扩散到软磁性金属粉末的表层，由此在软磁性金属粉末表层的狭窄(薄)的范围形成浓度较高的含硅层。更具体而言，通过将渗硅用粉末加热，使作为软磁性金属粉末中所含成分的碳元素与渗硅用粉末进行氧化还原反应，从而使生成的硅元素渗透扩散到软磁性金属粉末表面中，换言之，是使硅元素与软磁性金属粉末表面的碳元素进行置换。

本发明人等还发现，在软磁性金属粉末表层的预定厚度形成上述含硅层、例如设软磁性金属粉末的粒径为D的情况下，在表层的小于0.15D的范围形成含硅层时，可以在硅元素脱离的反应生成速度比硅元素渗透扩散到软磁性金属粉末的表层的扩散速度快的脱离扩散氛围下进行渗硅处理。另外，反应生成速度比扩散速度快的结果意味着反应生成量比扩散量多。因此，该脱离扩散氛围也可以说是硅元素脱离的反应生成量比硅元素渗透扩散到软磁性金属粉末的表层的扩散量多的氛围。