CN1689733A - 非晶软磁性合金粉末以及使用它的压粉铁心和电波吸收体 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种于降低铁心损耗的状态下、导磁率得以提高且直流重叠特性得以改善的非晶软磁性合金粉末和扁平形非晶软磁性合金粉末以及使用它们构成的固结铁心和电波吸收体。本发明涉及采用水雾化法制作的粉末;组成用下述的组成式表示;由以式子ΔTx=Tx-Tg表示的过冷液体的温度间隔 ΔTx为20K或以上的非晶相所构成;硬度Hv≤1000且在表面部分生成Si的高浓度层;Fe100-a-b-x-y-z-w-tCoaNibMxPyCzBwSit,其中,M为选自Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf、Pt、Pd以及Au之中的1种、2种或更多种元素。
Description
技术领域
本发明涉及可以采用水雾化法制造的非晶软磁性合金粉末以及使用它的压粉铁心和电波吸收体。
背景技术
在现有技术中,Fe-Al-Ga-P-C-B-Si系合金作为通过合金熔体的急冷可以形成非晶相的非晶软磁性合金已经为人们所了解(例如,美国专利第5738733号或美国专利第5876519号)。在结晶化前的温度区,这些非晶软磁性合金的特定组成作为具有深过冷液体状态的金属玻璃合金(Glass alloy)也已经为人们所了解。该金属玻璃合金具有优良的软磁特性,与液体急冷法制造的其它组成系的非晶软磁性合金薄带相比,它作为容易得到的厚块状合金而备受瞩目。
但是,这种金属玻璃合金采用单辊法等液体急冷法来制造,因此要求合金本身的非晶形成能力要高达某种程度。所以,以合金的非晶形成能力的提高为主要目的,从能够达成该目的的合金组成的探索入手,对这种金属玻璃合金进行了开发。但是,能使合金的非晶形成能力提高的组成,未必与能够使软磁特性提高的合金组成相一致,因此,为高饱和磁化以及软磁特性的提高而留有进一步改良的余地。
再者,以往组成的金属玻璃合金因其含有价格昂贵的镓(Ga)而不适合批量生产,从而要求可以降低制造成本的组成。
另一方面,基于上述单辊法制作的金属玻璃合金能够得到厚度为200μm左右的薄带状的材料,为了使该金属玻璃合金薄带适用于变压器和扼流线圈等的磁心,便将薄带粉碎而使之成为粉体,在该粉体中混合树脂等粘结材料,并固化成形而制成压粉铁心。
对上述那样的问题和课题,已经公开了Fe-Al-Si系合金和Mo坡莫合金等软磁性合金粉末(例如参照美国专利第5651841号)。该种软磁性合金粉末的制造方法,采用借助于惰性气体对合金熔体进行喷雾从而使之急冷的气体雾化法和将合金熔体喷往水中从而进行急冷的水雾化法。
根据上述Fe-Al-Si系合金粉末,尽管能够得到较低的铁心损耗,但饱和磁化降低,直流重叠特性恶化。另外,Mo坡莫合金的铁心损耗较高,在实用上存在改善的余地。于是,为了解决这些课题,通过将Fe基非晶软磁性合金粉末化,尝试了获得兼备高饱和磁化与低铁心损耗特性的压粉铁心,但问题是不能充分进行粉体形状的最优化,在非晶合金粉末的压粉铁心中,难以获得良好的磁特性。
根据上述气体雾化法,可以得到球状的、杂质较少(氧含量少)的非晶软磁性合金粉末,但为了粉碎合金熔体并进行冷却,需要大量使用高价的惰性气体,因此制造成本有增高的倾向。另外,由于采用惰性气体的喷流粉碎合金熔体,因此制造装置难以放大,由于上述惰性气体由气瓶供给,因此粉碎压力只能上升到20MPa左右,制造效率得以进一步提高是困难的。因此,采用气体雾化法制造的非晶软磁性粉末存在制造成本高、而且不适于批量生产的问题。
有人研究了采用在大气气氛中进行的水雾化法代替上述气体雾化法的问题。如果采用水雾化法,则制造装置可能实现大型化,合金熔体可能以高压喷出,因此能够提高批量生产能力,另外,一般地说,水雾化法与使用惰性气体的场合相比,其冷却速度高,因此容易非晶化,但对于想用水雾化法制造金属玻璃合金的情况,高温合金熔体的液滴一边接触水一边进行急冷,因而存在合金成分容易产生不必要的腐蚀、所得到的粉末中大量含有氧化部分的问题。
在这样的背景下,本专利发明者首先在特开2002-226956号公报或特开2004-156134号公报中,开发了一种如下组成系的金属玻璃合金,该组成系添加了Cr和贵金属等能够产生耐蚀性提高效果的元素,藉此能够获得铁心损耗特别低的材料,同时即使利用水雾化法来制造,腐蚀现象也难以发生,并对金属玻璃合金粉末的特性改善进行了种种尝试,推进了它的研究开发。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的,从元素Si着眼,对即使采用水雾化法制造也难以被腐蚀的组成进行了研究,结果表明用水雾化法制造是可能的,旨在提供于降低铁心损耗的状态下、导磁率得以提高且直流重叠特性得以改善的非晶软磁性合金粉末和扁平形非晶软磁性合金粉末以及使用它们构成的固结铁心和电波吸收体。
本发明是鉴于上述事项而完成的,是一种采用水雾化法形成的粉末,其中所述水雾化法是将水喷向合金熔体的液滴以便使其与水接触而产生急冷,该粉末的特征在于:以Fe为主成分且至少含有P、C、B、Si,组成用下述的组成式表示,由以式子ΔTx=Tx-Tg(其中Tx表示结晶化开始温度、Tg表示玻璃化转变温度)表示的过冷液体的温度间隔ΔTx为20K或以上的非晶相所构成,硬度Hv≤1000且在表面部分生成Si的高浓度层。
Fe100-a-b-x-y-z-w-tCoaNibMxPyCzBwSit
其中,M为选自Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf、Pt、Pd以及Au之中的1种、2种或更多种元素,表示组成比的a、b、x、y、z、w以及t分别表示为:0原子%≤x≤3原子%、2原子%≤y≤15原子%、0原子%<z≤8原子%、1原子%≤w≤12原子%、0.5原子%≤t≤8原子%、0原子%≤a≤20原子%、0原子%≤b≤5原子%、70原子%≤(100-a-b-x-y-z-w-t)≤80原子%。
本发明的非晶软磁性合金粉末的特征在于:上述Si与P的含量满足0.28<{Si/(P+Si)}<0.45的关系。
本发明的非晶软磁性合金粉末的特征在于:上述Si的高浓度层在距粉末表面100或以内的深度存在。
本发明的非晶软磁性合金粉末的特征在于:其由具有饱和磁化σs≥180×10-6Wbm/kg、顽磁力Hc≤10A/m的磁特性的合金所构成。
本发明的扁平形非晶软磁性合金粉末的特征在于:是将上述非晶软磁性合金粉末扁平化而成的。
本发明的压粉铁心的特征在于:其由上述非晶软磁性合金粉末的多种或一种与绝缘材料和润滑剂相混合并进行造粒而成的造粒粉末所构成,且所述造粒粉末使所述绝缘材料成为粘合剂而被固化成形。
本发明的压粉铁心的特征在于:它由D50为5~30μm、堆积密度3.7Mg/m3或以上、比表面积为0.35m2/g或以下、氧浓度为3000ppm或以下的非晶软磁性合金粉末固结而成,其中所述非晶软磁性合金粉末由饱和磁化σs≥180×10-6Wbm/kg、顽磁力Hc≤10A/m的合金所构成,在100kHz、0.1T的条件下W≤400kW/m3,直至1MHz具有恒定的导磁率μ′=60~100并显示出μ(DC=5500A/m)=35~40的值。
本发明的电波吸收体的特征在于:它由上述非晶软磁性合金粉末或扁平形非晶软磁性合金粉末与绝缘材料相混合而成。
上述构成的非晶软磁性合金粉末因为以显示磁性的Fe、具有非晶形成能力的P、C、B等准金属元素以及Si为主体,因而可以构成以非晶相为主相、同时显示出优良的软磁特性的非晶软磁性合金粉末,另外,因为采用大气气氛下进行的水雾化法来制造,因而与使用惰性气体的气体雾化法相比,可以构成合金熔体的冷却速度得以提高、容易非晶化、整个组织完全是非晶相的非晶软磁性合金粉末。此外,本发明的非晶软磁性合金粉末因为即使不添加贵重的Ga等元素仍然能够非晶化,所以能够降低成本,进而可能兼备高饱和磁化与低铁心损耗的特性。
进而在本发明的非晶软磁性合金粉末中必须含有Si。该Si在粉末粒子的外表面附近的部位浓缩成高浓度的薄层,其作为钝化膜而使功能得以强化。该Si的钝化膜存在于粒子的表面部分,这样借助于水雾化法由合金熔体进行急冷时,即使在气氛中存在高浓度的水并处于高温状态,也能够防止容易腐蚀的元素即Fe等元素的不必要的腐蚀,在所得非晶软磁性合金粉末中不会呈现出茶红色等锈色,磁特性也不会退化。
另外,用Co、Ni置换Fe的一部分以代替Fe的组成系,与Fe相比,其耐蚀性得到提高,因此,即使在不添加用于提高耐蚀性的Cr等过渡元素、Pt等贵金属元素的状态下,也能得到氧浓度充分低的粉末,由此产生可以增加磁性元素的比例、饱和磁化得以提高以及可以提高直流重叠特性的效果。
另外,即使采用水雾化法也能够获得近似球状的或橄榄球状的非晶软磁性合金粉末。之所以由水雾化法能够制造近似球状的或橄榄球状的非晶软磁性合金粉末,其原因如下:本发明的非晶软磁性合金粉末的制造中所使用的非晶软磁性合金熔体(熔融状态的合金)使用与本发明的非晶软磁性合金粉末组成相同或大体相同的粉末,因此含有像上述那样提高非晶形成能力的元素,并且过冷液体的温度间隔ΔTx较大,达20K或以上,因此在大气气氛中从水喷嘴向上述合金熔体(熔融状态的合金)喷射高压水而使合金熔体粉碎并冷却时,即使冷却速度稍慢,仍然具有深过冷却液体区而不会结晶,随着温度的降低,达到玻璃化转变温度Tg便能轻易形成非晶相,同时冷却合金熔体时的冷却速度达到使表面张力充分作用于合金熔体的程度,因此能够获得近似球状的或橄榄球状的非晶软磁性合金粉末。
上述合金熔体的冷却速度,通过控制水的喷射压力、喷射流量(熔体喷嘴的内径)以及合金熔体的流量等能够加以改变。另外,在制造本发明的非晶软磁性合金粉末时,除了合金熔体的冷却速度以外,在非晶软磁性合金粉末的制造装置中,结果也对水喷嘴狭缝宽度、水喷嘴倾角、水喷射角、合金熔体的温度与粘度以及雾化点(粉化点距离)等参数的控制加以调整。
另外,上述构成的非晶软磁性合金粉末可以通过水雾化法来制造,因此有可能使制造装置大型化,而且可能用高压水粉碎合金熔体,从而可以提高批量生产能力,此外,即使不使用高价的惰性气体也行,因而可以降低制造成本。
另外,上述构成的非晶软磁性合金粉末与铁硅铝磁合金(Sendust)和坡莫合金等现有技术的材料相比,能够减少损耗,能够使导磁率进一步提高,同时能够进一步提高直流重叠特性。
附图说明
图1是表示本发明的非晶软磁性合金粉末的制造中所使用的高压水喷雾装置的一个例子的剖面示意图。
图2是表示本发明的压粉铁心的第1实施方案的立体图。
图3是表示本发明的压粉铁心的制造中所使用的金属模的一个例子的分解立体图。
图4是本发明的压粉铁心在制造时使用的放电等离子体烧结装置的主要部分的示意图。
图5表示在组成比为Fe77.4P7.3C2.2B7.7Si5.4的非晶软磁性合金粉末中,对用气体雾化法制造的试料、气体雾化法经温水处理的试料以及用水雾化法制造的试料进行最外表面的XPS广区能谱分析所得到的结果。
图6表示采用该XPS的窄区能谱分析重点对表1的试料9中的Si和SiO2进行测定的结果。
图7表示采用该XPS的窄区能谱分析重点对表1的试料9、11中的Si和SiO2进行测定的结果。
图8表示采用该XPS的窄区能谱分析重点对表1的试料7、9中的Si和SiO2进行测定的结果。
图9表示对表1的试料9的非晶软磁性合金粉末用雾化法制造的试料进行AES分析的结果。
图10表示表3的试料30的固结铁心之铁心损耗-频率特性的测定结果。
图11是将表1~表6的各试料的ΔTx值与{Si/(P+Si)}的值的相关关系画成曲线的说明图。
具体实施方式
以下就本发明的实施方案进行详细说明。
(非晶软磁性合金粉末的实施方案)
本发明的实施方案的非晶软磁性合金粉末是用水雾化法形成的非晶软磁性合金粉末。另外,该粉末包含以Fe作为主成分、且至少含有P、C、B以及Si的非晶相。
更具体地说,上述非晶软磁性合金粉末可以用以下的组成式表示。
Fe100-a-b-x-y-z-w-tCoaNibMxPyCzBwSit
其中,M为选自Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf、Pt、Pd以及Au之中的1种、2种或更多种元素,表示组成比的a、b、x、y、z、w以及t分别表示为:0原子%≤x≤3原子%、2原子%≤y≤15原子%、0原子%<z≤8原子%、1原子%≤w≤12原子%、0.5原子%≤t≤8原子%、0原子%≤a≤20原子%、0原子%≤b≤5原子%、70原子%≤(100-a-b-x-y-z-w-t)≤80原子%。
本实施方案的非晶软磁性合金粉末包含显示磁性的Fe、具有非晶形成能力的P、C、B等准金属元素,因此在以非晶相作为主相的同时显示出优良的软磁特性。再者,除这些P、C、B外,还有必要添加Si。
另外,添加元素M(Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf、Pt、Pd以及Au之中的1种、2种或更多种元素)能够提高耐蚀性。
再者,该非晶软磁性合金粉末表现出以式子ΔTx=Tx-Tg(其中Tx表示结晶化开始温度、Tg表示玻璃化转变温度)表示的过冷液体的温度间隔ΔTx为20K或以上,但根据组成的不同,可具有ΔTx为30K或以上、进而为50K或以上的明显的温度间隔,而且对软磁性来说,在室温下也具有优良的特性。
上述非晶软磁性合金粉末不仅能够充分维持在制作非晶粉末方面所必需的非晶形成能力,而且与现有技术的Fe-Al-Ga-C-P-Si-B系合金相比,其磁特性可以更为提高,并且采用水雾化法能够形成近似球状的或橄榄球状的粉末。此外,还可以获得能够承受水雾化法环境的耐蚀性。此外,即使不添加Ga也能够实现非晶化,因而能够降低成本,进而能够兼备高饱和磁化与低铁心损耗的特性。
另外,本发明的近似球状的或橄榄球状的非晶软磁性合金粉末的整个组织为完全的非晶相,因此,对于以适度的条件进行热处理的情况,不会使结晶相析出而能够缓和内应力,能够使软磁特性得到进一步的提高。
另外,采用水雾化法制造的本发明的近似球状的或橄榄球状的非晶软磁性合金粉末,能够获得与采用气体雾化法制造的从前的球状非晶软磁性合金粉末同等或更高的饱和磁化。
本发明的非晶软磁性合金粉末比从前的Fe-Al-Ga-C-P-Si-B系合金含有比更多的强磁性元素Fe,因而显示出较高的饱和磁化。通过提高Fe的组成比,能够使非晶软磁性合金粉末的饱和磁化σs得以提高。
Fe的添加量优选为70原子%~80原子%,更优选为72原子%~79原子%,进一步优选为73原子%~78原子%。
当Fe的添加量不足70原子%时,饱和磁化σs降低,因而是不优选的。另外,当Fe的添加量超过80原子%时,体现合金的非晶形成能力的换算玻璃化温度(Tg/Tm)不足0.54,非晶形成能力降低,因而是不优选的。上述式中,Tm表示合金的熔点。
本发明的非晶软磁性合金粉末,其中含有的Fe的一部分能够由Co或Ni置换。在由Co或Ni置换Fe的一部分以代替Fe的组成系中,能够使磁特性提高,例如能够获得饱和磁化的提高效果以及提高直流重叠特性的效果。
Co的置换量在0~20原子%的范围内是可能的,Ni的置换量在0~5原子%的范围内是可能的。Co在提高Tc的同时,还具有提高耐蚀性的效果。但是,在超过20原子%置换时,则Fe量减少,饱和磁化为180×10-6Wbm/kg或以下,同时Tc上升到Tg附近温度,难于进行热处理,因而是不优选的。Ni使耐蚀性提高(在强磁性元素中耐蚀性最高),但在6原子%或以上时,饱和磁化有降低的倾向。
C、P、B以及Si是为了提高非晶形成能力的元素,通过在Fe与上述元素M中添加这些元素而形成多元系,比只是Fe与上述元素M的2元体系的情况更稳定,更能形成非晶相。
特别是P与Fe在低温(约1050℃)具有共晶组成,因此在整个组织成为非晶相的同时,还容易表现出过冷液体的温度间隔ΔTx。
另外,在同时添加P和Si时,过冷液体的温度间隔ΔTx变得更大,非晶形成能力提高,获得非晶单相组织时的制造条件能够向比较简易的方向缓和。
如果P的组成比y在上述范围内,则可表现出过冷液体的温度间隔ΔTx,且合金粉末的非晶形成能力得以提高。
另外,以Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Ti、Zr以及Hf为代表的元素M,能够在合金粉末上形成钝化的氧化膜,从而可以提高合金粉末的耐蚀性。在这些元素中,提高耐蚀性最有效果的元素是Cr。在水雾化法中,当合金熔体直接与水接触时,进而在合金粉末的干燥工序中,以前将产生的腐蚀部分,通过所述元素的添加可以防止它的发生(目视水平)。另外,这些元素可以进行单独添加,或者也可以组合2种或以上进行复合添加,例如,也可以组合Mo、V,Mo、Cr,V、Cr以及Cr、Mo、V等进行复合添加。在这些元素中,虽然Mo、V的耐蚀性比Cr差一些,但非晶形成能力提高,因此根据需要选择这些元素。另外,当选自Cr、Mo、W、V、Nb以及Ta之中的元素的添加量超过8原子%时,则磁特性(饱和磁化)降低。
在作为上述组成式中的元素M而采用的元素中,Zr和Hf的玻璃形成能力最高。Ti、Zr以及Hf的氧化性强,因此这些元素的添加超过8原子%时,如果在大气中熔炼合金粉末原料,则在原料熔化中熔体氧化,磁特性(饱和磁化)降低。这些元素也有助于粉末表面的钝化膜的形成,从而使耐蚀性得以提高。
另外,作为非晶软磁性合金粉末的耐蚀性提高效果,通过添加选自Pt、Pd以及Au之中的1种、2种或更多种的贵金属元素也能获得,通过将这些贵金属元素分散在粉末表面,则耐蚀性得以提高。另外,这些贵金属元素可以进行单独添加,或者也可以与上述Cr等具有耐蚀性提高效果的元素组合进行复合添加。上述贵金属元素不能与Fe进行搀合,因此添加量超过8原子%时,玻璃形成能力降低,而且磁特性(饱和磁化)也降低。
为了使非晶软磁性合金粉末具有耐蚀性,上述元素M的添加量必须设定为0.5原子%或以上。
因此,上述组成式中的M为选自Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf、Pt、Pd以及Au之中的1种、2种或更多种元素,特别优选使用Cr、Mo、W、V、Nb以及Ta之中的1种、2种或更多种,上述M的组成比x优选为3原子%或以下。
其次,如果添加Si,则热稳定性提高,因此优选添加0.5原子%或以上。另外,当Si的添加量超过8原子%时熔点上升。因此,Si的组成比必须为0.5原子%~8原子%,优选为2~8原子%,更优选为3原子%~7原子%。
该Si在本实施方案的非晶软磁性合金粉末中是特别重要的元素,在合金熔体采用水雾化法于水存在的气氛中进行急冷而实现非晶合金化的过程中,除了上述产生耐蚀性提高效果的元素以外,Si也可以防止非晶软磁性合金粉末被腐蚀。
即采用水雾化法急冷合金熔体时,在高温的合金熔体的液滴周围存在大量的水,同时在合金熔体的液滴中含有大量容易被水腐蚀的Fe等元素,因此,Fe-M-P-C-B系合金熔体只是想用水雾化法制造时,则容易产生起因于Fe的腐蚀而呈铁锈色的非晶软磁性合金粉末,当腐蚀发生时,将使磁特性退化。与此相反,除了上述耐蚀性提高元素以外,如果为含有预定量Si的非晶软磁性合金粉末,则Si在粉末粒子的外表面附近的部分浓缩成高浓度的薄层,起着钝化膜的作用,作为其内部一侧存在的容易腐蚀元素的耐蚀阻挡层而发挥作用。该Si的钝化膜存在于粉末粒子的表面部分,这样用水雾化法由合金熔体进行急冷时,即使气氛中存在高浓度的水且处在高温状态下,仍然能够防止容易腐蚀的元素即Fe等元素的腐蚀,所得到的非晶软磁性合金粉末并不呈现铁锈色,软磁特性也不会退化。
其次,B的添加量不足1原子%时,很难得到非晶软磁性合金粉末,当超过12原子%时导致熔点上升。因此,B的组成比w优选为1原子%~12原子%,更优选为2原子%~10原子%,进一步优选为4原子%~9原子%。
当添加C时,热稳定性得以提高,因此优选有C的添加。另外,在C的添加量超过8原子时导致熔点上升。因此,C的组成比z优选为大于0原子%且不超过在8原子%,更优选为大于0原子%且不超过6原子%,进一步优选为1原子%~4原子%。
这些准金属元素C、P、B以及Si的组成比合计(y+z+w+t)优选为17原子%~25原子%,进一步优选设定为18原子%~25原子%。
当准金属元素的组成比合计超过25原子%时,特别使Fe的组成比相对降低,在饱和磁化σs降低的同时,硬度变得过高,压粉时的固结变得困难,因而是不优选的。准金属元素的组成比合计在不足17原子%时,非晶形成能力降低,难以得到非晶相单相组织。
对于本发明的非晶软磁性合金粉末,在上述组成中也可以含有4原子%或以下的Ge。
对于上述任何一种情况的组成,在本发明中可以得到20K或以上的过冷却液体的温度间隔ΔTx,根据组成的不同,甚至能够达到35K或以上。
另外,除了用上述组成式表示的元素以外,也可以含有不可避免的杂质。
正如以上所说明的那样,采用水雾化法得到的上述组成的非晶软磁性合金粉末在室温下具有磁性,而且通过热处理显示出更为良好的磁性。因此,作为具有优良的软磁特性的材料,在各种应用方面是有用的。
其次,本发明的非晶软磁性合金粉末的平均长宽比优选为1~3.5,平均长宽比更优选为1~3,进一步优选为1.2~2.5。当长宽比超过3.5时,不定形粉末增多,成形密度降低。另外,作为磁心时,产生导磁率的降低和直流重叠特性的下降,同时作为成形体时,难于处理粉末的绝缘。再者,平均长宽比为1.3或以上时,粉末的反磁场降低,铁心的导磁率增高。
另外,本发明的非晶软磁性合金粉末的平均粒径(D50)优选为30μm或以下,D50更优选为5μm~30μm,进一步优选为9μm~19μm。非晶软磁性合金粉末的D50在超过30μm时,于粉末颗粒内产生涡流,铁心损耗增加。在粒径大于30μm时,粉末形状逐渐异形化,这与成形密度降低、作为磁心时的导磁率与直流重叠特性的退化密切相关。另外,在不足5μm时,粉末的反磁场增大,粉末和磁心的导磁率下降,同时其表观氧浓度增加。
另外,本发明的非晶软磁性合金粉末的堆积密度优选为3.7Mg/m3或以上,更优选为3.8Mg/m3或以上,进一步3.9Mg/m3或以上。在该堆积密度高时,磁心成形体的密度、同时磁心的导磁率与直流重叠特性提高,成形体的强度也提高。
另外,本发明的非晶软磁性合金粉末由于上述理由,其氧浓度优选为3000ppm或以下,更优选为2500ppm或以下,进一步优选为2000ppm或以下。在氧浓度过高时,由于腐蚀,其表面容易发生锈蚀,使作为粉末的磁特性降低,且引起磁心损耗增大和导磁率的下降。
另外,本发明的非晶软磁性合金粉末的比表面积优选为0.40m2/g或以下,更优选为0.38m2/g或以下,进一步优选为0.35m2/g或以下。比表面积高的粉末在粉末形状上有很多的凹凸,且比表面积高的粉末其氧浓度也增高。在比表面积高时,粉末之间的绝缘处理困难,而粉末之间的绝缘处理困难,将使磁心的成形密度降低,导磁率和直流重叠特性也降低。
(关于采用水雾化法制造非晶软磁性合金粉末的方法)
下面就采用水雾化法制造本发明的非晶软磁性合金粉末的情况的一个例子进行说明。
本发明使用的水雾化法,是在大气气氛中将与上述非晶软磁性合金粉末具有相同组成或大致相同组成的非晶软磁性合金熔体随高压水一起在容器内喷成雾状,粉碎并急冷上述合金熔体而制造近似球状的或橄榄球状的非晶软磁性合金粉末的方法。
图1是表示采用水雾化法制造合金粉末时适用的高压水喷雾装置一个例子的剖面图。
该高压水喷雾装置1的构成以设置于上部的熔体坩埚2、设置于其下部的水喷雾器3以及设置于其下部的容器4为主体。该高压水喷雾装置1被配置在大气气氛中进行使用。
合金熔体5填充在熔体坩埚2的内部。另外,熔体坩埚2具有作为加热手段的感应加热线圈2a,其结构可以加热合金熔体5并使之保持熔融状态。而且在熔体坩埚2的底部设置熔体喷嘴6,合金熔体5从熔体喷嘴6往容器4的内部滴落。
水喷雾器3位于熔体坩埚2的下侧,配设于熔体喷嘴6的周围部分,在水喷雾器3上设置有水导入流路7以及该水导入流路7的环状的水喷出部即水喷射喷嘴8。
另外,由图中未示出的液体加压泵(加压手段)加压的高压水10通过导入流路7被引导到水喷射喷嘴8,成为高压水流g从该喷嘴8往容器4的内部喷雾。
容器4的内部被设计成与高压水喷雾装置1的周围气氛相同的大气气氛,容器4内部压力保持在100kPa左右,且其温度保持在室温左右。
为了制造近似球状的或橄榄球状的非晶软磁性合金粉末,首先,将填充到熔体坩埚2的合金熔体5从熔体喷嘴6往容器4内滴落。同时,从水喷雾器3的水喷射喷嘴8喷射高压水10。被喷射的高压水10成为高压水流g达到上述滴下的熔体,在喷雾点p与熔体碰撞而使熔体雾化,同时进行急冷凝固,形成由上述组成的非晶相构成的近似球状的或橄榄球状的非晶软磁性合金粉末。这些非晶软磁性合金粉末与水一起贮存在容器4的底部。
在此,合金熔体的冷却速度被设计为使表面张力充分作用于合金熔体的程度。合金熔体的冷却速度根据合金的组成以及目标的合金粉末的粒径等来决定适宜的冷却速度,不过,可供参考的范围约为103~105K/s。实际上,通过确认是否得到了近似球状的或橄榄球状的非晶软磁性合金粉末、是否在玻璃相(glass phase)中析出了作为结晶相的Fe3B、Fe2B、Fe3P等相,可以适宜设定合金熔体的冷却速度。
接着,将这些近似球状的或橄榄球状的非晶软磁性合金粉末在大气气氛中加热干燥后,对这些粉末进行分级,便可以得到具有预定平均粒径的、作为近似球状的或橄榄球状的产品的非晶软磁性合金粉末。
在采用水雾化法制造非晶软磁性合金粉末时,通过控制水的喷射压力、喷射流量以及合金熔体流量等参数来控制合金熔体的冷却速度,并通过控制水喷射喷嘴的狭缝宽度、水喷射喷嘴的倾斜角度、水喷射角、合金熔体温度与粘度以及雾化点(粉化点距离)等参数来控制制造条件,藉此可以得到目标特性的、具体地说是长宽比、堆积密度、D50、氧浓度等在上述范围内的非晶软磁性合金粉末。
得到的非晶软磁性合金粉末根据需要也可以进行热处理。借助于热处理使合金粉末的内应力得以缓和,使非晶软磁性合金粉末的软磁特性得到进一步的提高。热处理温度Ta优选在合金的居里温度Tc~玻璃化转变温度Tg的范围内。在热处理温度Ta不足居里温度Tc时,通过热处理不能得到提高软磁特性的效果,因而是不优选的。另外,在热处理温度Ta超过玻璃化转变温度Tg时,合金粉末组织中容易析出结晶相,存在降低软磁特性的危险,因而也是不优选的。
另外,热处理时间优选在能够使合金粉末的内应力得以充分缓和、同时又使结晶相析出的危险性较小的范围内,例如优选在30~300分钟的范围内。
本实施方案的非晶软磁性合金粉末能够用水雾化法制造,因此有可能使制造装置大型化,而且可能用高压水粉碎合金熔体,从而可以提高批量生产能力,此外,可以不使用高价的惰性气体而在大气中进行制造,因而可以降低制造成本。
再者,本实施方案的非晶软磁性合金粉末,用水雾化法可形成近似球状的或橄榄球状的形状,从而体积密度提高,表面的凹凸较少,所以成形密度可以提高,为制造压粉铁心等,在与树脂等绝缘材料混合而进行固化成形的情况下,能够保持粉末之间的绝缘,因此,作为压粉铁心制作用的软磁性合金粉末是有用的。
另外,本实施方案的非晶软磁性合金粉末为近似球状的或橄榄球状的粉末,因此为了制作电波吸收体,在采用磨碎机(attritor)等对所述非晶软磁性合金粉末进行加工时,容易得到形状一致的扁平化粒子,且容易控制粒径,因此作为电波吸收体制作用软磁性合金粉末是有用的。
(扁平形非晶软磁性合金粉末的实施方案)
本发明的实施方案的扁平形非晶软磁性合金粉末,是将上述任何一种构成的实施方案的近似球状的或橄榄球状的非晶软磁性合金粉末进行扁平化而成的。
在此,作为非晶软磁性合金粉末的扁平化方法,例如将近似球状或橄榄球状的非晶软磁性合金粉末投进磨碎机,通过范围在10分钟~16小时内的粉碎和混合,便得到主要含有扁平化的非晶软磁性合金粉末的非晶软磁性合金粉末。在此,对于扁平化前的非晶软磁性合金粉末,优选不进行热处理。
采用磨碎机进行粉碎和混合优选在10分钟~16小时的范围内进行,更优选在4~8小时的范围内。
在粉碎和混合的时间不足10分钟时,则扁平化不充分,因而扁平形非晶软磁性合金粉末的长宽比存在不能为1或以上、例如不能为10或以上的倾向;当粉剂混合的时间超过16小时时,扁平形非晶软磁性合金粉末的长宽比则超过80或以上。扁平形非晶软磁性合金粉末的厚度在0.1~5μm的范围内(优选为1~2μm)、同时长轴直径在1~80μm(优选为2~80μm)的范围内是比较理想的。
对得到的扁平形非晶软磁合金粉末,根据需要也可以与上述实施方案一样进行热处理。
本实施方案的扁平形非晶软磁合金粉末使用的是表面凹凸较少的近似球状的本实施方案的非晶软磁性合金粉末,因此在借助于磨碎机等进行加工时,非晶合金粉末不会破碎得很微细,而能够扁平加工成均匀的形状,得到形状整齐的扁平化粒子。这样的扁平形非晶软磁性合金粉末,为了制作电波吸收体等制品,在混合到树脂等绝缘材料中时,这些粉末呈层状排列,从而能够密实地填充,能够减小扁平化粒子之间的间隙。
(压粉铁心的实施方案)
本发明的实施方案的压粉铁心(压粉磁心),由上述实施方案的近似球状或橄榄球状的非晶软磁性合金粉末的多种或一种与绝缘材料和润滑剂相混合并进行造粒而成的造粒粉末所构成,且所述造粒粉末使所述绝缘材料成为粘合剂而被固化成形。
该压粉铁心的形状例如如图2所示,可以列举圆环状的压粉铁心21,但形状并不限于此,也可以是长圆环状和椭圆环状。另外,也可以在俯视图中大致呈E字形状、在俯视图中大致呈U字形状、在俯视图中大致呈I字形状等。
该压粉铁心是上述造粒粉末通过上述绝缘材料粘合而成的,因而将成为在组织中存在多种或一种非晶软磁性合金粉末的状态,而不是非晶软磁性合金粉末经熔化而构成均匀的组织。另外,造粒粉末中的各个非晶软磁性合金粉末优选由绝缘材料来绝缘。
这样,在压粉铁心21中,非晶软磁性合金粉末与绝缘材料混合存在,因而由于绝缘材料的存在,压粉铁心本身的比电阻增大,涡流损耗减小且高频区的导磁率的降低量减小。
另外,在非晶软磁性合金粉末的过冷液体的温度间隔ΔTx不足20K时,混合非晶软磁合金粉末和绝缘材料以及润滑剂而制作的造粒粉末在压缩成形后进行热处理时,不发生结晶化而充分缓和内应力是困难的。
为构成本实施方案的压粉铁心所使用的绝缘材料,优选的是可以提高压粉铁心的比电阻,能够形成含有非晶软磁性合金粉末的造粒粉末,同时粘合形成的造粒粉末并保持压粉铁心的形状,因此由不致使磁特性有很大损失的材料构成作为优选。例如,可以列举出环氧树脂、硅树脂、丙烯树脂、硅橡胶、酚醛树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂、PVA(聚乙烯醇)等液态或粉末状的树脂或橡胶,水玻璃(Na2O-SiO2),氧化物玻璃粉末(Na2O-B2O3-SiO2、PbO-B2O3-SiO2、PbO-BaO-SiO2、Na2O-B2O3-ZnO、CaO-BaO-SiO2、Al2O3-B2O3-SiO2、B2O3-SiO2)以及溶胶-凝胶法生成的玻璃状物质(以SiO2、Al2O3、ZiO2、TiO2等为主成分的材料)等。
作为绝缘材料,也可以使用各种弹性体(橡胶)。另外,从硬脂酸盐(硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸镁以及硬脂酸铝等)中选择的润滑剂可以与绝缘材料同时使用。特别是在上述绝缘材料中,优选的是硅树脂或硅橡胶作为优选。
基于上述理由,本实施方案的压粉铁心21所使用的造粒粉末的粒径优选为45μm~500μm,更优选为45μm~300μm,进一步45μm~150μm。
另外,粒径为45μm~500μm的造粒粉末的含量大于构成压粉铁心1的全部造粒粉末的83重量%,或不足45μm的造粒粉末以及粒径大于500μm的造粒粉末的含量(混入量)为全部造粒粉末的17重量%或以下,能够使造粒粉末流入压粉铁心制作用金属模时的流动性良好,这在可以提高批量生产能力方面是优选的,更优选的是15重量%或以下。
对于本实施方案的压粉铁心(压粉磁心),其合金组成显示出饱和磁化σs≥180×10-6Wbm/kg、顽磁力Hc≤10A/m的磁特性,在使用D50为5~30μm、堆积密度3.7Mg/m3或以上、比表面积为0.35m2/g或以下、氧浓度3000ppm或以下的非晶软磁性合金粉末制造时,在100kHz、0.1T的条件下可以得到W≤400kW/m3的值。并且直至1MHz可以得到恒定的导磁率μ′=60~100以及μ(DC=5500A/m)=35~40的值。
其次,参考附图说明本实施方案的压粉铁心的制造方法的实例。
本发明的压粉铁心的制造方法包括如下工序:添加由水雾化法得到的实施方案的近似球状的或橄榄球状的非晶软磁性合金粉末与上述绝缘材料和上述润滑剂、进行混合并造粒从而形成造粒粉末的工序,压缩成形所形成的造粒粉末从而形成铁心的前驱体的工序,将上述铁心前驱体在Tc~Tg的温度下进行热处理从而消除上述铁心前驱体的内应力的热处理工序。
在形成造粒粉末的工序中,上述非晶软磁性合金粉末与绝缘材料和润滑剂相混合的混合物中的绝缘材料的混合百分比优选为0.3重量%~5重量%,更优选为1重量%~3重量%。
当绝缘材料的混合百分比不足0.3重量%时,不能将非晶软磁性合金粉末和润滑剂与该绝缘材料一起形成为预定的形状,因而是不优选的。另外,当混合百分比超过5重量%时,造粒粉末的非晶软磁性合金粉末的添加密度降低,使用造粒粉末制作的压粉铁心中的非晶软磁性合金粉末的含量降低,压粉铁心的软磁特性降低,因而是不优选的。
另外,上述混合物中润滑剂的混合百分比优选为0.1重量%~2重量%,更优选为0.1重量%~1重量%。
在润滑剂的混合百分比不足0.1重量%时,不大可能提高非晶软磁性合金粉末的流动性,因而不大可能指望使造粒粉末的制造效率提高,而且造粒粉末的非晶软磁性合金粉末的添加密度降低,其结果,压粉铁心的软磁特性降低,因而是不优选的。另外,在润滑剂超过2重量%时,造粒粉末的非晶软磁性合金粉末的添加密度降低,压粉铁心的机械强度降低,因而也是不优选的。
如果形成了上述造粒粉末,应对形成的造粒粉末进行分级,选择粒径在45μm~500μm范围内的粉末,更优选的是粒径在45μm~300μm范围内的粉末,进一步优选的是粒径在45μm~150μm范围内的粉末,在以后的工序中加以使用。分级可以使用筛网、振动筛、声波筛以及气流式分级机等。
接着压缩成形上述造粒粉末,进行形成磁心前驱体的成形工序。
另外,在压缩成形前,优选对造粒粉末中含有的溶剂、水分等进行蒸发,使非晶软磁性合金粉末的表面形成绝缘材料层。
接着压缩成形造粒粉末,制造磁心前驱体。为制造铁心前驱体,使用图3所示的金属模110。该金属模110包括:中空圆筒形阴模111、***该阴模111的中空部111a的上冲头112以及下冲头113。
在上冲头112的下面设置圆柱状的突起112a,这些上冲头112、下冲头113以及阴模111一体化而在金属模110的内部形成环状的模型。然后,在该金属模110内填充上述造粒粉末。
接着对填充到金属模110内的造粒粉末施加单轴压力,同时在室温下或加热到预定的温度进行压缩成形。
图4表示在压缩成形时使用的适当的放电等离子体烧结装置的一个例子的主要部件。
该例子的放电等离子体烧结装置的主体结构包括:填充混合物的金属模110,支承金属模110的下冲头113、也成为流过后述脉冲电流时的一个电极的冲头电极114,将金属模110的上冲头112向下侧挤压、成为流过脉冲电流的另一电极的冲压电极115,以及测定金属模110内的造粒粉末的温度的热电偶117。
而且该放电等离子体烧结装置被收容在容器118内,该容器118与图中省略的真空排气装置以及气氛气体的供给装置相连接,在构成上能够将填充在金属模110内的造粒粉末保持在惰性气体保护气氛等所要求的气氛下。此外,在图4中省略了通电装置,但另外设置的通电装置在构成上连接在上下冲头112、113以及冲头电极114、115上,由该通电装置能够通过冲头112、113以及冲头电极114、115通以脉冲电流。
而且将填充上述造粒粉末的金属模110设置在放电等离子体烧结装置上,在对容器118的内部抽真空的同时,用冲头112和113从上下向混合物施加单轴压力P,与此同时施加脉冲电流,一边加热造粒粉末一边进行压缩成形。
在该放电等离子体的烧结处理中,借助于通电电流能够以预定的速度快速地使造粒粉末升温,能够缩短压缩成形的时间,因此对于保持非晶软磁性合金粉末的非晶相状态不变而进行压缩成形是适宜的。
在本发明中,压缩成形上述造粒粉末时的温度例如在373K(100℃)~673K(400℃)的温度范围内,如果这样对造粒粉末进行压缩成形的话,则绝缘材料的固化适度,因而能够使造粒粉末粘合而成形为预定的形状。
另外,关于压缩成形时向造粒粉末施加的单轴应力P,例如优选设定为600MPa~1500MPa,这样一来,便能够得到圆环状的磁心前驱体。
另外,在一边施加单轴应力一边对填充在金属模110内的造粒粉末在室温下进行压缩成形的情况下,除了不与通电装置连接以外,使用与图4所示的装置具有同样构成的压力机装置也能够制作圆环状的磁心前驱体。
在使用硅橡胶作为绝缘材料的情况下,在上述成型工序中,通过在常温下对造粒粒子进行压缩成形,能够得到预定形状的磁心前驱体。由于硅橡胶具有弹性,所以固化应力小,在非晶软磁性合金粉末中残留的内应力小。因此,磁致伸缩的影响被消除,非晶软磁性合金粉末的软磁特性得以提高。由此可以大幅度降低压粉铁心的顽磁力以及铁心损耗。
在使用硅橡胶的场合,对于压缩成形时向造粒粉末施加的压力,压力过低时不能提高压粉铁心的密度,不能够形成致密的压粉铁心。另外,在压力过高时,阴模与冲头的损耗加剧,为了消除成形时产生的应力,需要进行长时间的热处理。因此,压力例如优选设定为500MPa~2500MPa。
接着进行对上述铁心前驱体作热处理以消除铁心前驱体的内应力的热处理工序。在预定的温度范围内将上述铁心前驱体进行热处理时,能够消除在粉末制造工序或成型工序产生的铁心前驱体本身的内应力以及铁心前驱体含有的非晶软磁性合金粉末的内应力,能够制造顽磁力较低的压粉铁心。热处理的温度例如优选在Tc~Tg的范围内。
这样一来,所得到的压粉铁心21含有本实施方案的非晶软磁性合金粉末,因此,在室温下具有优良的软磁特性,并且通过热处理显示出更为良好的软磁特性。
因此,作为具有优良的软磁特性的材料,该压粉铁心能够适用于各种磁元件的磁心,与从前的材料相比,能够得到具有优良软磁特性的磁心。
根据实施方案的压粉铁心,是将采用本实施方案的非晶软磁性合金粉末制作的造粒粉末进行固化成形而得到的压粉铁心,其中所述非晶软磁性合金粉末显示出优良的软磁特性,且体积密度高,表面的凹凸少,同时形成为大致的球状,因此,能够提高压粉铁心的成形密度,并且能够保持粉末之间的绝缘,还可能提高磁特性。
另外,因为使用通过水雾化法制造的本实施方案的非晶软磁性合金粉末,所以可以提高批量生产能力。
另外,不是在造粒粉末制作完成后添加润滑剂,而是在造粒粉末的制作阶段添加润滑剂,由此在制作造粒粉末时,非晶软磁性合金粉末之间的滑动良好,能够提高造粒粉末的制造效率,而且能够在造粒粉末内密实地含有非晶软磁性合金粉末,所以造粒粉末的密度得以提高,其结果是可以得到软磁特性优良的压粉铁心。
(电波吸收体的实施方案)
本发明的实施方案的电波吸收体,是由上述本实施方案的扁平形非晶软磁性合金粉末与绝缘材料相混合而形成的。添加到电波吸收体内的多种扁平形非晶软磁性合金粉末在上述绝缘材料中呈层状排列。
作为在此使用的绝缘材料,可以使用兼备绝缘性和粘合剂的材料,可以从聚氯乙烯、聚丙烯、ABS树脂、酚醛树脂、氯化聚乙烯、硅树脂、硅橡胶等热塑性树脂中加以选择,在这些热塑性树脂中,在加工性方面优选的是氯化聚乙烯。
在这种氯化聚乙烯中,为发挥一般可以认为处在聚乙烯和聚氯乙烯中间的特性,可以使用具有如下特性的树脂:作为氯含量例如为30~45%,作为延伸率例如为420~800%,门尼粘度为35~75(Ms1+4:100℃)等。
另外,本发明的电波吸收体的另一种方案是,至少混合上述本实施方案的扁平形非晶软磁性合金粉末与包含硅弹性体的粘合剂并固化成形为板状物而成的电波吸收体。
另外,在上述电波吸收体中,除了上述本实施方案的扁平形非晶软磁性合金粉末以及作为粘合剂的树脂以外,也可以添加包含硬脂酸铝的润滑剂,进而也可以添加硅烷偶联剂。
上述电波吸收体因为是上述本实施方案的扁平形非晶软磁性合金粉末与作为粘合剂的树脂一起固化成形的,因此,其所具有的结构是:本实施方案的扁平形非晶软磁性合金粉末分散在树脂的内部且在树脂中呈层状排列。
另外,上述电波吸收体是上述本实施方案的扁平形非晶软磁性合金粉末与包含硅弹性体的粘合剂一起固化成形的,其优选的状态是:本实施方案的扁平形非晶软磁性合金粉末得以分散且在粘合剂中呈层状排列,特别是各个扁平形非晶软磁性合金粉末通过硅弹性体来绝缘。
因为本实施方案的扁平形非晶软磁性合金粉末像这样通过树脂的粘合剂来绝缘,所以电波吸收体本身的阻抗得以提高,由此可以抑制涡流的发生,能够在很宽的范围提高数百MHz~数GHz频带的复数导磁率的虚部μ″(以下记为虚数导磁率μ″),能够提高在高频带的电磁波抑制效果。
上述电波吸收体将热塑性树脂用作粘合剂,其在1GHz的虚数导磁率μ″为6或以上。当虚数导磁率μ″为6或以上时,因为在GHz带的电磁波抑制效果得以提高,能够有效地吸收不需要的高频电波,所以是优选的。另外,粘合剂通过选择软质的材料,能够得到软质的电波吸收体,例如能够得到像板状橡胶那样处于用指尖的力就可以进行自由变形的状态。例如具有远比以上述硅弹性体作为粘合剂的电波吸收体柔软且可以自由变形的特征。
另外,上述电波吸收体将硅弹性体用作粘合剂,可以得到的在1GHz的虚数导磁率μ″为10或以上。当虚数导磁率μ″为10或以上时,因为在GHz带的电磁波抑制效果得以提高,能够有效地吸收不需要的高频电波,所以是优选的。
另外,硅弹性体和氯化聚乙烯除了提高电波吸收体的阻抗以外,还可以粘合本实施方案的扁平形非晶软磁性合金粉末,保持电波吸收体的形状。此外,硅弹性体的压缩成形性优良,因此即使在常温下固化成形,仍然能够构成高强度的电波吸收体。再者,硅弹性体和氯化聚乙烯在电波吸收体内部显示出充分的弹性,即使在使用显示出例如为1×10-6~50×10-6的磁致伸缩常数的非晶软磁性合金粉末的情况下,仍然能够缓和磁致伸缩,从而可以缓和电波吸收体的内应力,提高虚数导磁率μ″。
在本实施方案的电波吸收体中,由于本实施方案的扁平形非晶软磁性合金粉末在绝缘材料中以层状排列,因此能够密实地填充在电波吸收体中,可以减小扁平化粉末与粉末之间的间隙,且上述扁平化粉末与只是大致呈球状的非晶软磁性合金粉末相比较,其长宽比增大,电波吸收体本身的阻抗增大,可以抑制涡流的发生。具体地说,如果扁平形非晶软磁性合金粉末的长宽比为1或以上,则粒子与粒子之间的接触减小,电波吸收体本身的阻抗增大,涡流的发生被抑制,GHz带的虚数导磁率μ″容易达到6或以上,由此电波吸收体的电磁波抑制效果得以提高。
如果扁平形非晶软磁性合金粉末的长宽比为10或以上时,则粒子与粒子之间的接触进一步减少,电波吸收体本身的阻抗增大的比例增加,涡流的发生被抑制,GHz带的虚数导磁率μ″容易达到10或以上,由此电波吸收体的电磁波抑制效果得以提高。
长宽比的上限优选设定为800或以下。在长宽比超过800时,粉末难以均匀分散,所得到的板材的表面容易形成粗糙的斑痕。如果长宽比为800或以下,则粉末能够均匀地分散和填充,填充密度也得以提高,从而提高了复数导磁率的实部μ′。复数导磁率的虚数部μ″也随之提高,该μ″容易达到6或以上,从而电磁波抑制效果得以提高。
长宽比的上限更优选设定为300或以下。如果使长宽比在300或以下,则粉末能够均匀地分散和填充,粉末的填充密度得以提高,复数导磁率的实部μ′也得以提高。复数导磁率的虚数部μ″也随之提高,该虚数部μ″容易达到10或以上,从而电磁波抑制效果得以提高。
本实施方案的电波吸收体的扁平形非晶软磁性合金粉末的含量优选为30体积%~80体积%。当扁平形非晶软磁性合金粉末的含量为30体积%或以上时,磁体的含量变得充分,能够使其有效地发挥电磁波抑制效果。另外,在其含量为80体积%或以下时,合金粉末之间相互接触而阻抗并不降低,虚数部μ″切实地维持在较高的值,能够使其有效地发挥电磁波抑制效果。
硅弹性体或氯化聚乙烯的含量为除扁平形非晶软磁性合金粉末以外的余量。
根据本实施方案的电波吸收体,通过使用将显示优良软磁特性的近似球状的非晶软磁性合金粉末进行扁平化而得到的扁平形非晶软磁性合金粉末,能够密实地填充绝缘材料,因而可能提高数百MHz~数GHz频带的电磁波抑制效果。
另外,本实施方案的电波吸收体之所以具有良好的批量生产能力,是因为它是将扁平化非晶软磁性合金粉末与绝缘材料混合而得到的,其中所述扁平化非晶软磁性合金粉末是将采用水雾化法制造的本实施方案的近似球状的非晶软磁性合金粉末进行扁平化处理而制作的。
此外,上述扁平形非晶软磁性合金粉末也可以用水玻璃包覆。当用水玻璃包覆扁平化粒子时,粒子与粒子之间绝缘性得到进一步提高,电波吸收体的阻抗也进一步提高,从而能够更加提高其高频带的虚数部μ″,能够提高电磁波抑制效果。
[实施例]
[实验例1:FeCrPCB系合金]
分别称取预定量的Fe、Fe-C合金、Fe-P合金、B和Cr、Si、P、Nb、Mo、Ni、Co作为原料,在大气气氛下进行称量以便使这些原料成为目标成分,在减压Ar气氛下用高频感应加热炉进行熔炼,便制作出各种组成的铸锭。将这些铸锭装入图1所示的高压水喷雾装置的熔体坩埚内进行熔化,使其从熔体坩埚的熔体喷嘴滴下合金熔体,同时从图1所示的水喷雾器的水喷射喷嘴喷射高压水而使合金熔体成为雾状,在容器内使雾状的合金熔体急冷而制作软磁性合金粉末,此时变更制造条件,制作各种软磁性合金粉末。另外,与这些试料不同,使用上述各种组成的铸锭,采用单辊法,由与这些试料具有相同组成的合金熔体进行急冷以获得带状的非晶软磁性合金薄带试料,使用该非晶软磁性合金薄带测定其磁特性。
另外,为进行比较,也测定了组成为Fe81.5P10.5B8、Fe80P13C7、Fe78Cr2P13C7、Fe73Cr2B15Si10的各试料的非晶软磁性合金薄带试料以及非晶软磁性合金粉末试料的磁特性。
对所得到的各种软磁性合金粉末进行DSC测定(Differentialscanning calorimetry:差示扫描量热法),测定玻璃化转变温度Tg、结晶化开始温度Tx、居里温度Tc以及熔点Tm,同时测定过冷液体的温度间隔ΔTx以及Tg/Tx。这些结果如各表所示。另外,DSC测定时的升温速度为0.67K/秒。表中的Tm*表示合金的熔化温度。
另外,对于得到的各种软磁性合金粉末,采用振动试料型磁力计(VSM)测定饱和磁化σs。
这些非晶软磁性合金薄带试料和非晶软磁性合金粉末试料的组成以及磁特性的测定结果归纳于表1~表6。此外,在各表中,在各栏中标记的符号“↓”表示该栏的值与位于标记符号“↓”的该栏的上面的一栏中所记载的值相同。
表1
序号 | 组成 | 薄带 | ||||||||||
结构 | Tc/K | Tg/K | Tx/K | ΔTx/K | Tm* | Tg/Tm | Tx/Tm | σs(×10-6Wbm/kg) | Hc/Am-1 | Hv | ||
1 | Fe81.5P10.5C8 | 非晶 | 582 | 681 | 705 | 24 | 1301 | 0.54 | 0.54 | 214 | 9.2 | 842 |
2 | Fe80P13C7 | 581 | 696 | 734 | 38 | 1467 | 0.47 | 0.5 | 199 | 2.6 | 839 | |
3 | Fe78Cr2P13C7 | 543 | 707 | 746 | 39 | 1463 | 0.48 | 0.51 | 177 | 2.0 | 891 | |
4 | Fe73Cr2B15Si10 | 651 | - | 830 | - | 1486 | - | 0.56 | 200 | 3.0 | 1050 | |
5 | Fe72Al3P9.65C5.75B4.6Si5 | 非晶 | 547 | 765 | 831 | 66 | 1325 | 0.58 | 0.63 | 165 | 2.8 | 1090 |
6 | Fe78P7.31C4.84B8.35Si1.5 | 640 | 758 | 791 | 33 | 1309 | 0.579 | 0.604 | 207 | 2.5 | 905 | |
7 | Fe79P5.1C4.2B9.7Si2.0 | 640 | 764 | 799 | 35 | 1375 | 0.556 | 0.581 | 212 | 2.3 | 920 | |
8 | Fe77.9P7.3C2.2B7.7Si4.9 | 543 | 741 | 787 | 46 | 1318 | 0.562 | 0.597 | 199 | 3.2 | 929 | |
9 | Fe77.4P7.3C2.2B7.7Si5.4 | 647 | 752 | 796 | 44 | 1355 | 0.555 | 0.587 | 207 | 3.2 | 945 | |
10 | ↓ | ↓ | ↓ | ↓ | ↓ | ↓ | ↓ | ↓ | ↓ | ↓ | ↓ | |
11 | Fe77.9P7.3C2.2B8.2Si4.4 | 644 | 744 | 790 | 46 | 1331 | 0.559 | 0.594 | 204 | 2.4 | 940 | |
12 | Fe77.9P7.3C2.7B7.7Si4.4 | 644 | 741 | 786 | 45 | 1322 | 0.561 | 0.595 | 205 | 3.6 | 932 | |
14 | Fe77.9Cr0.5P9.3C2.2B5.7Si4.4 | 612 | 737 | 777 | 40 | 1297 | 0.568 | 0.599 | 195 | 2.8 | 919 | |
15 | Fe77.9Cr0.5P8.8C2.2B6.2Si4.4 | 621 | 737 | 778 | 41 | 1307 | 0.564 | 0.595 | 205 | 2.8 | 933 | |
16 | Fe77.9Cr0.5P7.3C2.2B7.7Si4.4 | 627 | 737 | 782 | 45 | 1326 | 0.556 | 0.590 | 204 | 2.4 | 940 | |
18 | Fe77.4Cr1P8.3C2.2B6.7Si4.4 | 610.4 | 738 | 781 | 43 | 1311 | 0.563 | 0.596 | 199 | 2.8 | 908 | |
19 | Fe78.9Cr1P8.3C2.2B7.2Si4.4 | 612 | 746 | 795 | 49 | 1329 | 0.561 | 0.598 | 197 | 4.0 | 910 | |
20 | Fe77.4Cr1P7.3C2.2B7.7Si4.4 | 617 | 735 | 789 | 54 | 1332 | 0.552 | 0.592 | 204 | 2.8 | 915 | |
21 | Fe76.9Cr1P7.3C2.2B8.2Si4.4 | 617 | 745 | 795 | 50 | 1372 | 0.543 | 0.579 | 209 | 2.0 | 920 | |
22 | Fe77.4Cr1P7.8C2.2B6.2Si5.4 | 611 | 734 | 778 | 44 | 1302 | 0.564 | 0.598 | 208 | 3.2 | 903 | |
23 | Fe77.4Cr1p6.8C2.2B7.2Si5.4 | 615 | 712 | 776 | 64 | 131 8 | 0.540 | 0.589 | 198 | 3.2 | 917 | |
24 | Fe77.4Cr1P6.8C2.2B8.2Si5.4 | 617 | 724 | 784 | 60 | 1 333 | 0.543 | 0.588 | 206 | 2.8 | 925 | |
25 | Fe77.4Cr1P7.8C2.2B8.2Si3.4 | 615 | 742 | 785 | 43 | 1340 | 0.554 | 0.586 | 204 | 2.4 | 922 | |
26 | Fe77.4Cr1P8.3C3.2B5.7Si4.4 | 606 | 729 | 774 | 45 | 1291 | 0.565 | 0.600 | 183 | 2.6 | 901 | |
27 | Fe75.4Cr3P10.8C2.2B4.2Si4.4 | 非晶 | 545 | 744 | 779 | 35 | 1309 | 0.568 | 0.595 | 180 | 1.6 | 930 |
28 | Fe72.39Cr4P9.04C2.16B7.54Si4.87 | 540 | 785 | 841 | 56 | 1301 | 0.6 | 0.65 | 155 | 2.0 | 939 | |
29 | Fe76.4Cr2P10.8C2.2B3.2Si5.4 | 569 | 741 | 774 | 33 | 1296 | 0.572 | 0.597 | 188 | 1.9 | 920 |
表2
序号 | 粉末 | |||||||||||||
形状 | D50(μm) | 堆积密度(Mg/m3) | 比表面积(m2/g) | 氧量(ppm) | 长宽比(最小) | 长宽比(最大) | 长宽比(平均) | 结构 | 铁心损耗(kW/m3) | 导磁率μ’ | 直流重叠μ′DC5500 | 备注 | Si/P+Si | |
1 | 近似球状 | 9.67 | 4.05 | 0.37 | 0.22 | 1.0 | 5.7 | 1.2 | 非晶+结晶 | 2200 | 50.0 | 34.0 | 换算玻璃化温度低 | |
2 | 9.85 | 4.00 | 0.36 | 0.21 | 5.3 | 1.2 | ″ | 1500 | 55.0 | 33.0 | ||||
3 | 9.73 | 3.98 | 0.37 | 0.21 | 4.9 | 1.2 | ″ | 1200 | 56.0 | 32.0 | ||||
4 | 8.51 | 4.13 | 0.30 | 0.13 | 5.7 | 1.2 | ″ | 1500 | 580 | 33.0 | ||||
5 | 近似球状 | 9.50 | 3.95 | 0.35 | 0.20 | 1.0 | 4.4 | 1.3 | 非晶 | 390 | 62.0 | 32.0 | 高硬度、准金属多 | 0.341 |
6 | 近似球状 | 14.5 | 4.15 | 0.39 | 0.34 | 1.0 | 8.5 | 1.6 | 非晶 | 380 | 59.5 | 33.0 | Si量少、氧量增加 | 0.17 |
7 | 近似球状 | 15.1 | 4.21 | 0.21 | 0.27 | 1.0 | 7.6 | 1.5 | 非晶 | 360 | 72.5 | 35.5 | Si量少、氧量增加 | 0.282 |
8 | 0.402 | |||||||||||||
9 | 近似球状 | 15.90 | 4.11 | 0.28 | 0.20 | 1.0 | 9.0 | 1.5 | 非晶 | 323 | 72.7 | 37.5 | 0.425 | |
10 | ″ | 12.38 | 4.03 | 0.24 | 0.19 | 1.0 | 5.0 | 1.2 | ″ | 306 | 61.8 | 36.8 | 0.425 | |
11 | 0.376 | |||||||||||||
12 | 近似球状 | 16.01 | 4.35 | 0.27 | 0.16 | 1.0 | 6.5 | 1.3 | 非晶 | 336 | 69.1 | 36.3 | 0.376 | |
14 | 0.321 | |||||||||||||
15 | 近似球状 | 15.61 | 4.15 | 0.30 | 0.19 | 1.0 | 5.8 | 1.4 | 非晶 | 361 | 70.5 | 36.8 | 0.333 | |
16 | 0.376 | |||||||||||||
18 | 近似球状 | 15.63 | 4.28 | 0.19 | 0.12 | 1.0 | 8.7 | 1.4 | 非晶 | 363 | 80.8 | 37.4 | 0.346 | |
19 | 0.346 | |||||||||||||
20 | 近似球状 | 15.89 | 4.19 | 0.19 | 0.15 | 1.0 | 8.6 | 1.4 | 非晶 | 366 | 81.9 | 38.3 | 0.375 | |
21 | 0.376 | |||||||||||||
22 | 近似球状 | 16.01 | 4.15 | 0.18 | 0.12 | 1.0 | 6.3 | 1.4 | 非晶 | 360 | 84.0 | 40.0 | 0.409 | |
23 | 0.442 | |||||||||||||
24 | 0.393 | |||||||||||||
25 | 0.304 | |||||||||||||
26 | 0.346 | |||||||||||||
27 | 近似球状 | 15.36 | 4.20 | 0.19 | 0.11 | 1.0 | 7.6 | 1.6 | 非晶 | 335 | 89.5 | 35.0 | 0.289 | |
28 | 15.62 | 4.26 | 0.19 | 0.11 | 1.0 | 6.2 | 1.5 | 322 | 90.2 | 32.1 | 饱和磁化降低 | 0.35 | ||
29 | 14.92 | 4.20 | 0.19 | 0.11 | 1.0 | 4.5 | 1.5 | 310 | 87.0 | 37.3 | 0.333 |
表3
序号 | 组成 | 薄带 | ||||||||||
结构 | Tc/K | Tg/K | Tx/K | ΔTx/K | Tm* | Tg/Tm | Tx/Tm | σs(×10-6Wbm/kg) | Hc/Am-1 | Hv | ||
30 | Fe76.4Cr2P10.8C2.2B4.2Si4.4 | 非晶 | 567 | 745 | 776 | 31 | 1308 | 0.570 | 0.593 | 182 | 2.1 | 905 |
31 | ||||||||||||
32 | ||||||||||||
33 | ||||||||||||
34 | ||||||||||||
35 | ||||||||||||
36 | Fe76.9Cr2P10.8C2.2B4.2Si3.9 | 非晶 | 568 | 739 | 769 | 30 | 1305 | 0.566 | 0.589 | 188 | 2.4 | 895 |
37 | Fe75.9Cr2P10.8C2.2B4.2Si4.9 | 573 | 752 | 785 | 33 | 1314 | 0.572 | 0.597 | 186 | 2.1 | 920 | |
38 | Fe76.4Cr2P10.8C2.2B5.2Si3.4 | 568 | 744 | 779 | 35 | 1321 | 0.563 | 0.590 | 189 | 2.2 | 943 | |
39 | Fe76.4Cr2P10.8C3.2B4.2Si3.4 | 570 | 739 | 774 | 35 | 1309 | 0.564 | 0.591 | 189 | 2.8 | 903 | |
40 | Fe76.4Cr2P9.8C2.2B5.2Si4.4 | 576 | 746 | 780 | 34 | 1301 | 0.573 | 0.600 | 193 | 1.8 | 910 | |
41 | Fe76.4Cr2P9.8C3.2B5.2Si3.4 | 571 | 743 | 779 | 36 | 1303 | 0.570 | 0.598 | 193 | 2.8 | 908 | |
42 | Fe76.9Cr2P9.8C2.2B5.2Si3.9 | 572 | 738 | 773 | 35 | 1303 | 0.566 | 0.593 | 188 | 4.0 | 890 | |
43 | Fe76.4Cr2P9.3C2.2B5.7Si4.4 | 576 | 749 | 784 | 35 | 1311 | 0.571 | 0.598 | 196 | 1.6 | 910 | |
44 | Fe76.4Cr2P8.8C2.2B5.2Si5.4 | 581 | 733 | 779 | 46 | 1299 | 0.564 | 0.600 | 185 | 2.1 | 912 | |
45 | Fe76.4Cr2P7.8C2.2B6.2Si5.4 | 586 | 733 | 780 | 47 | 1309 | 0.560 | 0.596 | 193 | 1.6 | 920 | |
46 | Fe76.4Cr2P7.8C2.2B7.2Si4.4 | 589 | 739 | 786 | 47 | 1327 | 0.557 | 0.592 | 193 | 1.7 | 911 | |
47 | Fe76.4Cr2P6.8C2.2B8.2Si4.4 | 589 | 738 | 788 | 50 | 1336 | 0.552 | 0.590 | 193 | 2.4 | 914 | |
50 | Fe78.4Mo0.5P10.3C2.2B4.7Si3.9 | 非晶 | 600 | 728 | 767 | 39 | 1292 | 0.563 | 0.594 | 207 | 2.5 | 875 |
51 | Fe78.4Mo0.5P8.3C2.2B5.7Si4.9 | 610 | 727 | 770 | 43 | 1320 | 0.551 | 0.583 | 208 | 2.9 | 890 | |
53 | Fe78.4Mo0.5P8.3C2.2B6.7Si3.9 | 611 | 730 | 774 | 44 | 1325 | 0.551 | 0.584 | 209 | 2.2 | 887 | |
54 | Fe78.4Mo0.5P6.8C2.2B8.2Si3.9 | 620 | 722 | 778 | 56 | 1326 | 0.544 | 0.587 | 213 | 2.5 | 899 | |
57 | Fe78.4Mo0.5P7.3C2.2B7.7Si3.9 | 619 | 736 | 777 | 41 | 1318 | 0.558 | 0.590 | 217 | 2.6 | 905 |
表4
序号 | 粉末 | |||||||||||||
形状 | D50(μm) | 堆积密度(Mg/m3) | 比表面积(m2/g) | 氧量(ppm) | 长宽比(最小) | 长宽比(最大) | 长宽比(平均) | 结构 | 铁心损耗(kW/m3) | 导磁率μ’ | 直流重叠μ′DC5500 | 备注 | Si/P+Si | |
30 | 不定形 | 60.70 | 3.20 | 0.59 | 0.45 | 1.0 | 17.0 | 4.5 | 非晶 | 1600 | 165.0 | 33.0 | 0.289 | |
31 | 近似球状 | 18.31 | 4.28 | 0.17 | 0.11 | 9.0 | 2.3 | 380 | 100.0 | 37.0 | 0.289 | |||
32 | 16.26 | 4.09 | 0.17 | 0.10 | 8.5 | 1.9 | 364 | 91.0 | 37.0 | 0.289 | ||||
33 | 16.02 | 4.26 | 0.19 | 0.11 | 7.3 | 1.8 | 344 | 89.0 | 37.1 | 0.289 | ||||
34 | 11.92 | 3.99 | 0.20 | 0.12 | 6.0 | 1.4 | 276 | 84.0 | 37.1 | 0.289 | ||||
35 | 9.08 | 4.06 | 0.21 | 0.12 | 4.5 | 1.3 | 250 | 76.0 | 36.8 | 0.289 | ||||
36 | 近似球状 | 15.62 | 4.26 | 0.19 | 0.11 | 1.0 | 7.3 | 1.5 | 非晶 | 366 | 84.3 | 37.3 | 0.265 | |
37 | 0.312 | |||||||||||||
38 | 0.239 | |||||||||||||
39 | 0.239 | |||||||||||||
40 | 0.31 | |||||||||||||
41 | 0.258 | |||||||||||||
42 | 0.285 | |||||||||||||
43 | 近似球状 | 15.93 | 4.22 | 0.17 | 0.11 | 1.0 | 7.5 | 1.6 | 非晶 | 351 | 83.1 | 37.2 | 0.321 | |
44 | 0.38 | |||||||||||||
45 | 0.409 | |||||||||||||
46 | 0.361 | |||||||||||||
47 | 0.393 | |||||||||||||
50 | 0.275 | |||||||||||||
51 | 0.371 | |||||||||||||
53 | 0.32 | |||||||||||||
54 | 0.364 | |||||||||||||
57 | 近似球状 | 15.42 | 4.28 | 0.21 | 0.21 | 1.0 | 5.5 | 1.4 | 非晶 | 371 | 65.6 | 38.7 | 0.348 |
表5
序号 | 组成 | 薄带 | ||||||||||
结构 | Tc/K | Tg/K | Tx/K | ΔTx/K | Tm* | Tg/Tm | Tx/Tm | σs(×10-6Wbm/kg) | Hc/Am-1 | Hv | ||
59 | Fe76.9Mo2P10.3C2.2B5.2Si3.4 | 非晶 | 557 | 743 | 774 | 31 | 1298 | 0.572 | 0.596 | 188 | 2.8 | 913 |
60 | Fe77.4Mo2P9.8C2.2B5.2Si3.4 | 553 | 739 | 771 | 32 | 1287 | 0.574 | 0.5999 | 185 | 2.8 | 905 | |
61 | Fe77.4Mo2P9.8C2.2B4.2Si4.4 | 554 | 727 | 767 | 40 | 1315 | 0.553 | 0.583 | 186 | 2.8 | 895 | |
62 | Fe77.4Mo2P9.3C2.2B5.7Si3.4 | 557 | 737 | 771 | 34 | 1290 | 0.571 | 0.598 | 189 | 2.2 | 908 | |
64 | Fe74.33Mo1.98P9.04C2.16B7.54Si4.87 | 589 | 777 | 835 | 58 | 1321 | 0.588 | 0.632 | 180 | 3.6 | 985 | |
65 | Fe78.4Nb0.5P7.3C2.2B7.7Si3.9 | 非晶 | 621 | 734 | 780 | 46 | 1321 | 0.556 | 0.590 | 219 | 3.2 | 890 |
66 | Fe74.43Nb1.98P9.04C2.16B7.54Si4.87 | 584 | 791 | 843 | 52 | 1325 | 0.597 | 0.613 | 180 | 4.4 | 995 | |
68 | Fe76Zr2P9.23C2.2B7.7Si2.87 | 594 | 755 | 789 | 34 | 1359 | 0.556 | 0.591 | 192 | 3.2 | 935 | |
71 | Fe77A12P8.81C2.1B7.35Si2.74 | 640 | 768 | 807 | 39 | 1306 | 0.59 | 0.62 | 207 | 2.0 | 905 | |
72 | Fe77Al1P9.23C2.2B7.7Si2.87 | 640 | 774 | 811 | 37 | 1370 | 0.56 | 0.59 | 206 | 1.8 | 920 | |
73 | Fe71.39Ni5P9.04C2.16B7.54Si4.87 | 非晶 | 595 | 778 | 814 | 36 | 1361 | 0.572 | 0.632 | 190 | 2.8 | 979 |
76 | Fe72.9Ni5P10.3C2.2B5.7Si3.9 | 629 | 741 | 778 | 39 | 1298 | 0.571 | 0.599 | 201 | 4.0 | 912 | |
77 | Fe71.4Ni5P7.8C2.2B7.2Si4.4 | 596 | 734 | 780 | 46 | 1315 | 0.558 | 0.593 | 180 | 4.0 | 905 | |
79 | Fe71.4Co5Cr2P7.8C2.2B7.2Si4.4 | 非晶 | 617 | 736 | 780 | 44 | 1317 | 0.559 | 0.592 | 194 | 3.8 | 910 |
80 | Fe56.4Co20Cr2P7.8C2.2B7.2Si4.4 | 689 | 740 | 780 | 40 | 1286 | 0.575 | 0.607 | l85 | 5.5 | 895 | |
Fe58.4Co20P7.8C2.2B7.2Si4.4 | 730 | 750 | 790 | 40 | 1290 | 0.581 | 0.605 | 208 | 6.1 | 880 |
表6
序号 | 粉末 | 铁心 | ||||||||||||
形状 | D50(μm) | 堆积密度(Mg/m3) | 比表面积(m2/g) | 氧量(ppm) | 长宽比(最小) | 长宽比(最大) | 长宽比(平均) | 结构 | 铁心损耗(kW/m3) | 导磁率μ’ | 直流重叠μ′DC5500 | 备注 | Si/P+Si | |
59 | 0.248 | |||||||||||||
60 | 0.258 | |||||||||||||
61 | 0.31 | |||||||||||||
62 | 近似球状 | 15.07 | 4.27 | 0.23 | 0.15 | 1.0 | 6.3 | 1.5 | 非晶 | 348 | 79.6 | 37.1 | 0.268 | |
64 | 0.35 | |||||||||||||
65 | 0.348 | |||||||||||||
66 | 0.35 | |||||||||||||
68 | 近似球状 | 16.5 | 43 | 0.27 | 0.2 | 1.0 | 7.4 | 1.5 | 非晶 | 370 | 79.0 | 37.5 | 0.237 | |
71 | 近似球状 | 15.21 | 4.21 | 0.28 | 0.2 | 1.0 | 8.9 | 1.6 | 非晶 | 390 | 78.5 | 37.0 | 0.237 | |
72 | 0.237 | |||||||||||||
73 | 0.35 | |||||||||||||
76 | 近似球状 | 14.70 | 4.26 | 0.23 | 0.14 | 1.0 | 4.9 | 1.4 | 非晶 | 294 | 74.3 | 36.9 | 0.275 | |
77 | 0.361 | |||||||||||||
79 | 0.361 | |||||||||||||
80 | 近似球状 | 15.23 | 4.35 | 0.26 | 0.16 | 1.0 | 7.8 | 1.5 | 非晶 | 370 | 75.0 | 37.5 | 0.361 | |
0.361 |
表中的试料1~试料6相当于比较例。试料1~试料3的换算玻璃化温度均较低,在粉末化的场合发现部分结晶相。试料4的准金属+Si量较多,因而***,硬度Hv超过1000。试料5的准金属+Si量较多,因而***,硬度Hv超过1000。另外,试料1~4的铁心损耗均较大,超过1000kW/m3。试料6的Si量少、氧浓度增加,直流重叠特性μ(DC=5500A/m)不足35。
试料28是含有4原子%的Cr(元素M)(超过本发明预定的3原子%的含量)的试料,饱和磁化σs较低,为155×10-6Wbm/kg。试料30是D50大到60.7μm的试料,铁心损耗明显地增加,为1600kW/m3。
对于其它试料,从表中结果可知:其合金组成发挥出217×10-6Wbm/kg≥(饱和磁化σs)≥180×10-6Wbm/kg、1.6A/m≤(顽磁力Hc)≤6.1A/m的磁特性,在使用9.08≤(D50)≤18.31μm、3.99Mg/m3≤(堆积密度)≤4.35Mg/m3、0.35m2/g≤(比表面积)≤0.17m2/g以及氧浓度为0.21ppm或以下的非晶软磁性合金粉末来制造的情况下,在100kHz、0.1T的条件下可以得到W≤390kW/m3的值。而且得知:直到1MHz可以得到恒定的导磁率μ′=61.8~100、μ(DC=5500A/m)=35~40的值。
试料73~77表示Fe的一部分由Ni置换的组成系的试料,试料79、80表示Fe的一部分由Co置换的试料。添加Ni的组成系即便不含Cr也能够得到具有优良耐蚀性的非晶软磁性合金粉末,与此同时,添加Co的组成系由于Tc提高,因而能够提高使用温度。
在0.28<{Si/(P+Si)}<0.45的关系式中,当{Si/(P+Si)}的值不足0.28时,ΔTx比较低,为30K~40K左右;在{Si/(P+Si)}大于0.45时Tg/Tm为0.54或以下。
图5表示对于试料9即组成比为Fe77.4P7.3C2.2B7.7Si5.4的非晶软磁性合金粉末用气体雾化法制造的试料与气体雾化法经温水处理的试料以及水雾化法制造的试料,其最外表面的XPS(X射线光电子能谱:X-rayphotoelectron spectroscopy)广区能谱分析的结果。气体雾化法的制造条件是喷液温度为1400℃、喷嘴直径为φ1mm、气体种类为Ar、气体压力为10MPa。气体雾化法经温水处理的试料,是指在50℃的纯水中加入粉末后,在一边搅拌一边浸渍30分钟的条件(与水雾化后直到粉末回收这一期间的环境接近的状态)下制作的试料。
从图5所示的结果可知,水雾化法制造的非晶软磁性合金粉末试料,其表面的氧量明显增多,只在水雾化法制造的非晶软磁性合金粉末试料的表面部分检测有Si的存在。对于任何一种非晶软磁性合金粉末,其Fe、Cr、B、Si等元素比单质金属通常表现的峰值向高能侧移动,因此可以推测生成了氧化物或氢氧化物,水雾化法制造的试料的峰值向高能侧移动的幅度最大,一般认为该试料的表面与其它试料相比,氧量最多,处于更多的Fe产生了腐蚀的状态,由于在表面部分存在Si,因此可以推测Si形成钝化膜,可防止特性发生退化。
图6、图7以及图8表示采用该XPS的窄区能谱分析重点对表1的试料7、9以及11中的Si和SiO2进行测定的结果,对于试料7、11以及9的任何试料,很明显,在应该出现Si和SiO2峰值的区域有峰值的存在。
图9表示对于组成比为Fe77.4P7.3C2.2B7.7Si5.4(表1的试料9)的非晶软磁性合金粉末采用水雾化法制造的试料、根据AES(俄歇电子能谱法:基于Ar溅射的深度方向的分析)分析的结果。从该结果可以确认:非晶软磁性合金粉末试料从深度100附近的区域开始生成Si的高浓度层,尤其从深度大约60至表面部分以高浓度生成了Si的高浓度层。另外,该表面区的氧浓度也较高。
根据这些测定结果以及迄今为止本发明者的研究结果,可以认为在非晶软磁性合金粉末中,钝化膜是以Fe、Cr、B以及Si为中心而形成的,一般认为其中Si与水雾化法粉末的耐蚀性密切相关,可防止Fe的过量氧化和腐蚀,可以推测非晶软磁性合金粉末的表面状态对铁心特性产生影响。一般认为这是因为在采用水雾化法形成非晶软磁性合金粉末的情况下,在从合金熔体开始的凝固的过程中,熔体液滴在进行对流时,含有元素中容易氧化的元素在表面部分因与水接触而产生选择性氧化,从而形成了氧化膜。与此相反,在采用气体雾化法制造的情况下,可以认为即使Ar等稀有气体与熔体液滴例如产生接触,这样的选择性氧化现象也难于发生,因而一般认为因制造方法的不同,非晶软磁性合金粉末的表面状态也产生差异。
图10表示表3的试料30的固结铁心之铁心损耗—频率特性的测定结果。可知该例的试料直到高频带能够维持低水平的铁心损耗。
图11是将表1~表6的各试料的ΔTx值与{Si/(P+Si)}的值的相关关系画成曲线的说明图。
从该图11可以清楚地知道,{Si/(P+Si)}的值以0.3前边的0.28附近为分界线,从这点开始随着{Si/(P+Si)}值的提高,则ΔTx的值提高。因此,{Si/(P+Si)}的值优选为超过0.2。另外,{Si/(P+Si)}的值的上限根据各表的值设定为0.45。
对试料6与试料7进行比较,在Si含有2原子%或以上时,粉末中的氧浓度和比表面积降低,其结果是铁心的μ、直流重叠特性提高。一般认为这是由于形成了以Si为中心的钝化膜而减少了Fe的氧化和腐蚀。反之,在Si低于2原子%时,铁心的直流重叠特性退化,由此可知Si必须至少添加2原子%或以上。
Claims (8)
1.一种非晶软磁性合金粉末,其是一种采用将水喷向合金熔体的液滴以便使其与水接触而产生急冷的水雾化法所形成的粉末,其中所述粉末以Fe为主成分且至少含有P、C、B、Si;组成用下述的组成式表示;由以式子ΔTx=Tx-Tg表示的过冷液体的温度间隔ΔTx为20K或以上的非晶相所构成;硬度Hv≤1000且在表面部分生成Si的高浓度层;
Fe100-a-b-x-y-z-w-tCoaNibMxPyCzBwSit
其中,M为选自Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf、Pt、Pd以及Au之中的1种、2种或更多种元素,表示组成比的a、b、x、y、z、w以及t分别表示为:0原子%≤x≤3原子%、2原子%≤y≤15原子%、0原子%<z≤8原子%、1原子%≤w≤12原子%、0.5原子%≤t≤8原子%、0原子%≤a≤20原子%、0原子%≤b≤5原子%、70原子%≤(100-a-b-x-y-z-w-t)≤80原子%,
Tx表示结晶化开始温度,Tg表示玻璃化转变温度。
2.根据权利要求1所述的非晶软磁性合金粉末,其中所述Si与P的含量满足0.28<{Si/(P+Si)}<0.45的关系。
3.根据权利要求1所述的非晶软磁性合金粉末,其中所述Si的高浓度层在距粉末表面100或以内的深度存在。
4.根据权利要求1所述的非晶软磁性合金粉末,其中所述非晶软磁性合金粉末由具有饱和磁化σs≥180×10-6Wbm/kg、顽磁力Hc≤10A/m的磁特性的合金所构成。
5.一种扁平形非晶软磁性合金粉末,其是将权利要求1所述的非晶软磁性合金粉末扁平化而成的。
6.一种压粉铁心,其由权利要求1所述的非晶软磁性合金粉末的多种或一种与绝缘材料和润滑剂相混合并进行造粒而成的造粒粉末所构成,且所述造粒粉末使所述绝缘材料成为粘合剂而被固化成形。
7.一种压粉铁心,其由权利要求1所述的非晶软磁性合金粉末的多种或一种与绝缘材料和润滑剂相混合并进行造粒而成的造粒粉末所构成,且所述造粒粉末使所述绝缘材料成为粘合剂而被固化成形;它由D50为5~30μm、堆积密度为3.7Mg/m3或以上、比表面积为0.35m2/g或以下、氧浓度为3000ppm或以下的非晶软磁性合金粉末固结而成,其中所述非晶软磁性合金粉末由饱和磁化σs≥180×10-6Wbm/kg、顽磁力Hc≤10A/m的合金所构成;在100kHz、0.1T的条件下W≤400kW/m3,直至1MHz具有恒定的导磁率μ′=60~100并显示出μ(DC=5500A/m)=35~40的值。
8.一种电波吸收体,其特征在于:其是将扁平形非晶软磁性合金粉末与绝缘材料相混合而成的,其中所述扁平形非晶软磁性合金粉末是权利要求1所述的非晶软磁性合金粉末经扁平化而成的。
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