DE112018004676T5

DE112018004676T5 - Verfahren zur herstellung eines eisenkerns und rohmaterialpulver für einen eisenkern

Info

Publication number: DE112018004676T5
Application number: DE112018004676.1T
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Saito; Asako Watanabe; Tomoyuki Ueno; Hijiri Tsuruta
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2017-09-04
Filing date: 2018-08-10
Publication date: 2020-06-25
Also published as: CN111065474B; US11794244B2; US20200269316A1; JP7059288B2; WO2019044467A1; JPWO2019044467A1; CN111065474A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns, umfassend: einen Schritt zur Herstellung eines Rohmaterialpulvers, das ein beschichtetes reines Eisenpulver, das aus einer Vielzahl von reinen Eisenpartikel gebildet ist, die jeweils eine Isolierbeschichtungsschicht aufweisen, ein beschichtetes Eisenlegierungspulver, das aus einer Vielzahl von Eisenlegierungspartikel gebildet ist, die jeweils eine Isolierbeschichtungsschicht aufweisen, und eine Metallseife umfasst;einen Schritt zur Herstellung eines Formlings durch Pressformung des in eine Form gefüllten Rohmaterialpulvers; und einen Schritt zur Durchführung einer Wärmebehandlung des Formlings, um Verformungen im beschichteten reinen Eisenpulver und im beschichteten Eisenlegierungspulver zu beseitigen, wobei eine Differenz Tm-Td zwischen einem Schmelzpunkt Tm der Metallseife und einer Temperatur Td der Form im Schritt zur Herstellung des Formlings größer als oder gleich 90° C ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns und ein Rohmaterialpulver für einen Eisenkern.
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 4. September 2017 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-169247 , derer gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Stand der Technik
Als ein Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns, der in verschiedenen elektromagnetischen Komponenten verwendbar ist, ist ein Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns bekannt, das in der Patentliteratur 1 offenbart ist. Das in der Patentliteratur 1 offenbarte Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns umfasst zum Beispiel einen Herstellungsschritt, einen Beschichtungsschritt, einen Mischschritt, einen Druckbeaufschlagungsschritt und einen Wärmebehandlungsschritt, wie im Nachfolgenden erläutert.
Im Herstellungsschritt werden weichmagnetische Teilchen hergestellt.
Im Beschichtungsschritt wird jede der Oberflächen der weichmagnetischen Teilchen mit einer Isolierschicht beschichtet.
Im Mischschritt wird ein beschichtetes weichmagnetisches Pulver, das aus einer Vielzahl von weichmagnetischen Teilchen besteht, die jeweils mit der Isolierschicht beschichtet sind, mit einem Harzpulver zum Formen (als Schmiermittel) gemischt, um ein Mischpulver zu bilden.
Im Druckbeaufschlagungsschritt wird das Mischpulver in einem Formwerkzeug mit Druck beaufschlagt, um einen Formling herzustellen.
Im Wärmebehandlungsschritt wird der Formling einer Wärmebehandlung unterzogen, um Verformungen zu beseitigen, die während des Druckbeaufschlagungsschritts in den weichmagnetischen Teilchen entstehen.
Zitationsliste
Patentliteratur
PTL1: Offengelegtes japanisches Patent Nr. 2012-107330
Zusammenfassung der Erfindung
Das Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst:

einen Schritt zur Herstellung eines Rohmaterialpulvers, das ein beschichtetes reines Eisenpulver, das aus einer Vielzahl von reinen Eisenteilchen gebildet ist, die jeweils eine Isolierbeschichtungsschicht aufweisen, ein beschichtetes Eisenlegierungspulver, das aus einer Vielzahl von Eisenlegierungsteilchen gebildet ist, die jeweils eine Isolierbeschichtungsschicht aufweisen, und eine Metallseife umfasst;
einen Schritt zur Herstellung eines Formlings durch Pressformen des in eine Form gefüllten Rohmaterialpulvers; und
ein Schritt zur Durchführung einer Wärmebehandlung des Formlings, um Verformungen im beschichteten reinen Eisenpulver und im beschichteten Eisenlegierungspulver zu beseitigen,
wobei eine Differenz Tm-Td zwischen einem Schmelzpunkt Tm der Metallseife und einer Temperatur Td der Form im Schritt zur Herstellung des Formlings größer als oder gleich 90° C ist.

Das Rohmaterialpulver für einen Eisenkern gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst:

ein beschichtetes reines Eisenpulver, das aus einer Vielzahl von reinen Eisenteilchen gebildet ist, die jeweils eine Isolierbeschichtungsschicht aufweisen;
ein beschichtetes Eisenlegierungspulver, das aus einer Vielzahl von Eisenlegierungsteilchen gebildet ist, die jeweils eine Isolierbeschichtungsschicht aufweisen; und
eine Metallseife, die einen Schmelzpunkt Tm von wenigstens 200° C aufweist,
wobei eine Vickers-Härte der Eisenlegierungsteilchen größer als oder gleich 200 HV ist,
ein Gehalt des beschichteten Eisenlegierungspulvers größer als oder gleich 15 Masse-% und kleiner als oder gleich 40 Masse-% ist, und
ein Gehalt der Metallseife größer als oder gleich 0,02 Masse-% und kleiner als oder gleich 0,80 Masse-% ist.

Ausführliche Beschreibung
[Das durch die vorliegende Erfindung zu lösende Problem]
Es besteht der Bedarf, den Kernverlust eines Eisenkerns weiter zu verringern. Insbesondere besteht der Bedarf, den Kernverlust (Eisenverlust) eines Eisenkerns durch Verringerung des Wirbelstromverlustes des Eisenkerns zu verringern.
Unter diesen Umständen ist es eine Aufgabe, ein Eisenkernherstellungsverfahren bereitzustellen, mit dem es möglich ist, einen Eisenkern mit geringem Kernverlust herzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe, ein Rohmaterialpulver für einen Eisenkern bereitzustellen, mit dem es möglich ist, einen Eisenkern mit geringem Eisenverlust zu bilden.
[Vorteilhafte Wirkung der vorliegenden Erfindung]
Das zuvor erwähnte Eisenkernherstellungsverfahren ermöglicht die Herstellung eines Eisenkerns mit einem geringen Kernverlust.
Das zuvor erwähnte Rohmaterialpulver für einen Eisenkern ermöglicht die Bildung eines Eisenkerns mit einem geringen Kernverlust.
[Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
Als weichmagnetische Teilchen für einen Eisenkern werden im Allgemeinen je nach Verwendungszweck des Eisenkerns und den für den Eisenkern erforderlichen Eigenschaften reine Eisenpartikel oder Eisenlegierungspartikel verwendet. Reine Eisenpartikel sind im Vergleich zu einer Eisenlegierung leichter verformbar und dichter. Im Gegensatz dazu weisen Eisenlegierungspartikel im Vergleich zu reinem Eisen eine geringere magnetische Koerzitivkraft, einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand und einen geringeren Wirbelstromverlust auf. Die vorliegenden Erfinder haben erwogen, einen Eisenkern herzustellen, der sowohl die Eigenschaften reiner Eisenpartikel als auch die Eigenschaften von Eisenlegierungspartikeln aufweist, indem sie die reinen Eisenpartikel und die Eisenlegierungspartikel miteinander kombinierten. Anschließend haben die vorliegenden Erfinder die Herstellung eines Eisenkerns mit einer hohen Dichte, einer geringen magnetischen Koerzitivkraft und geringem Wirbelstromverlust (Eisenverlust) untersucht. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass der Wirbelstromverlust des Eisenkerns häufig erhöht war. Als Ursachen für dieses Phänomen können folgende Faktoren in Betracht gezogen werden. Reine Eisenpartikel sind weicher und verformen sich daher im Vergleich zu einem Eisenlegierungspulver leichter. Daher werden die reinen Eisenpartikel beim Pressformen durch die Eisenlegierungspartikel stark verformt. Aufgrund der übermäßigen Verformung der reinen Eisenpartikel werden die Isolierschichten, die die Oberflächen der reinen Eisenpartikel bedecken, beschädigt, wodurch sich die Isolierung zwischen den Teilchen verringert. Unter diesen Umständen haben die vorliegenden Erfinder umfangreiche Studien über ein Herstellungsverfahren durchgeführt, mit dem es möglich ist, einen Wirbelstromverlust (Eisenverlust) zu reduzieren, selbst wenn sowohl reine Eisenpartikel als auch Eisenlegierungspartikel enthalten sind. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass ein Wirbelstromverlust und damit ein Eisenverlust verringert werden kann, wenn der Schmelzpunkt Tm einer Metallseife, die als Schmiermittel verwendet wird, und die Temperatur Td einer Form, die beim Pressformen verwendet wird, eine bestimmte Beziehung erfüllen. Die vorliegende Erfindung beruht auf der Grundlage dieser Feststellung. Zunächst werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
(1) Das Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst:

einen Schritt zur Herstellung eines Rohmaterialpulvers, das ein beschichtetes reines Eisenpulver, das aus einer Vielzahl von reinen Eisenpartikel gebildet ist, die jeweils eine Isolierbeschichtungsschicht aufweisen, ein beschichtetes Eisenlegierungspulver, das aus einer Vielzahl von Eisenlegierungspartikel gebildet ist, die jeweils eine Isolierbeschichtungsschicht aufweisen, und eine Metallseife umfasst;
einen Schritt zur Herstellung eines Formlings durch Pressformen des in eine Form gefüllten Rohmaterialpulvers; und
ein Schritt zur Durchführung einer Wärmebehandlung des Formlings, um Verformungen im beschichteten reinen Eisenpulver und im beschichteten Eisenlegierungspulver zu beseitigen,
wobei eine Differenz Tm-Td zwischen einem Schmelzpunkt Tm der Metallseife und einer Temperatur Td der Form im Schritt zur Herstellung des Formlings größer als oder gleich 90° C ist.

Gemäß der zuvor erwähnten Konfiguration ist es möglich, einen Eisenkern mit geringem Kernverlust herzustellen. Es wird vermutet, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die Beschädigung der Isolierbeschichtungsschicht im beschichteten reinen Eisenpulver im Formungsschritt verhindert werden kann. Dadurch wird die Isolierung zwischen den Partikeln erhöht, wodurch eine Verringerung eines Wirbelstromverlusts möglich ist. Dadurch wird die Reduzierung des Eisenverlustes gefördert.
Als Gründe, warum eine Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten im beschichteten reinen Eisenpulver verhindert werden kann, können die folgenden Gründe in Betracht gezogen werden. Durch die Einstellung der Differenz Tm-Td auf größer als oder gleich 90° C kann das Rohmaterialpulver einer Pressformung unterzogen werden, wobei das Schmelzen der Metallseife während des Formungsschritts verhindert wird. Mit anderen Worten, das Rohmaterialpulver kann unter solchen Bedingungen pressgeformt werden, dass die Metallseife einen bestimmten Härtegrad beibehalten kann. Durch die Wirkung der Metallseife wird es einfach, die von den Eisenlegierungspartikeln auf die reinen Eisenpartikel ausgeübte Spannung zu verringern, und gleichzeitig die Schmierfähigkeit während des Pressformens zu erhöhen. Dadurch kann eine Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten in dem beschichteten reinen Eisenpulver verhindert werden, selbst wenn die Eisenlegierungspartikel die reinen Eisenpartikel beim Pressformen verformen.
(2) Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Eisenkerns ist ein Schmelzpunkt Tm der Metallseife größer als oder gleich 200° C.
Gemäß der zuvor erwähnten Konfiguration wird die Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten im beschichteten reinen Eisenpulver verhindert. Ferner kann die Dichte des Formlings erhöht werden. Folglich kann die Dichte des Eisenkerns erhöht werden. Da der Schmelzpunkt Tm der Metallseife hoch ist, kann die Differenz zur Temperatur Td der Form erhöht werden. Somit ist es möglich, der Metallseife während der Pressformung eine gewisse Härte zu verleihen. Dadurch kann die Wirkung zur Verhinderung der Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten in dem beschichteten reinen Eisenpulver erhöht werden. Darüber hinaus kann das Rohmaterialpulver aufgrund des hohen Schmelzpunkts Tm der Metallseife bei einer höheren Temperatur Td der Form pressgeformt werden. Dadurch wird es möglich, die Verformung des beschichteten reinen Eisenpulvers und des Eisenlegierungspulvers zu erleichtern. Folglich wird es möglich, eine Erhöhung der Dichte des Formlings zu fördern.
(3) Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Eisenkerns ist eine Temperatur Td der Form kleiner als oder gleich 130° C.
Gemäß der zuvor erwähnten Konfiguration ist die Temperatur Td der Form nicht zu hoch, und es wird möglich, die Vermeidung der übermäßigen Verformung des beschichteten reinen Eisenpulvers und des Eisenlegierungspulvers zu fördern. Dadurch ist es möglich, die Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten im beschichteten reinen Eisenpulver mithilfe der Metallseife zu verhindern.
(4) Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Eisenkerns ist eine Vickers-Härte der Eisenlegierungspartikel größer als oder gleich 200 HV.
Gemäß der zuvor erwähnten Konfiguration kann die Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten im beschichteten reinen Eisenpulver verhindert werden. Die Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten im beschichteten reinen Eisenpulver tritt mit der Erhöhung der Vickers-Härte der Eisenlegierungspartikel leichter auf. Wenn jedoch die Differenz (Tm-Td) zwischen dem Schmelzpunkt Tm der Metallseife und der Temperatur Td der Form in den zuvor erwähnten Bereich fällt, kann die Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten im beschichteten reinen Eisenpulver auch bei hoher Vickers-Härte verhindert werden.
(5) Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Eisenkerns ist die Vickers-Härte der Eisenlegierungspartikel größer als oder gleich 200 HV, der Schmelzpunkt Tm der Metallseife ist höher als oder gleich 200° C und die Temperatur Td der Form ist kleiner als oder gleich 130° C.
Gemäß der zuvor erwähnten Konfiguration kann die Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten im beschichteten reinen Eisenpulver verhindert werden. Ferner kann zudem die Dichte des Eisenkerns erhöht werden.
(6) Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Eisenkerns ist ein Gehalt des beschichteten Eisenlegierungspulvers im Rohmaterialpulver größer als oder gleich 15 Masse-% und kleiner oder gleich 40 Masse-%.
Wenn der beschichtete Eisenlegierungspulvergehalt größer als oder gleich 15 Masse-% ist, kann der Anteil der Eisenlegierungskomponente im Formling erhöht werden. Der spezifische elektrische Widerstand einer Eisenlegierung ist hoch. Daher ist eine Reduzierung eines Wirbelstromverlustes möglich. Wenn der Anteil der Eisenlegierungskomponente erhöht ist, wird die magnetische Koerzitivkraft des Eisenkerns verringert. Wenn der beschichtete Eisenlegierungspulvergehalt kleiner als oder gleich 40 Masse-% ist, ist der Anteil der Eisenlegierungskomponente im Formling nicht zu hoch. Somit kann die übermäßige Verformung des beschichteten reinen Eisenpulvers, das sich normalerweise leicht verformt, verhindert werden. Folglich kann die Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten im beschichteten reinen Eisenpulver verhindert werden. Ferner kann der Anteil der reinen Eisenkomponente, die sich normalerweise leicht verformt, erhöht werden. Folglich kann die Dichte des Formlings erhöht werden. Folglich kann die Dichte des Eisenkerns erhöht werden.
(7) Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Eisenkerns ist ein Gehalt der Metallseife im Rohmaterialpulver größer als oder gleich 0,02 Masse-% und kleiner als oder gleich 0,80 Masse-%.
Wenn der Metallseifengehalt größer als oder gleich 0,02 Masse-% ist, wird es leicht, den Effekt zur Verbesserung der Schmierfähigkeit zufriedenstellend zu erreichen. Dadurch kann der Effekt, die auf die reinen Eisenpartikel wirkende Spannung zu verringern, hoch sein. Folglich kann die Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten in dem beschichteten reinen Eisenpulver verhindert werden. Wenn der Metallseifengehalt kleiner als oder gleich 0,80 Masse-% ist, ist der Metallseifengehalt nicht zu groß. Dadurch wird es möglich, die Abnahme des Anteils der Metallkomponente im Formling zu verhindern.
(8) Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Eisenkerns enthält jedes der Eisenlegierungspartikel wenigstens ein zusätzliches Element, das aus Si und Al ausgewählt wird.
Gemäß der zuvor erwähnten Konfiguration ist es einfach, einen Eisenkern mit einem geringen Kernverlust herzustellen. Dies liegt daran, dass die Eisenlegierungspartikel, die das zusätzliche Element enthalten, einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen, wodurch der Wirbelstromverlust verringert wird. Dies liegt auch daran, dass die Eisenlegierungspartikel einen geringen Hystereseverlust aufweisen.
(9) Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Eisenkerns beträgt eine Dicke von sowohl der Isolierbeschichtungsschicht im beschichteten reinen Eisenpulver als auch der Isolierbeschichtungsschicht im beschichteten Eisenlegierungspulver mehr als oder gleich 30 nm und weniger als oder gleich 300 nm.
Wenn die Dicke von sowohl der Isolierbeschichtungsschichten größer als oder gleich 30 nm ist, ist es möglich, die Isolierung zwischen den Teilchen zu verbessern. Wenn die Dicke jeder der Isolierbeschichtungsschichten kleiner als oder gleich 120 nm ist, wird es leicht, einen Eisenkern mit hoher Dichte herzustellen.
(10) Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Eisenkerns wird der Schritt zur Durchführung einer Wärmebehandlung des Formlings in einer Atmosphäre mit einer Sauerstoffkonzentration von größer als 0 Volumen-ppm und kleiner als oder gleich 10.000 Volumen-ppm bei einer Temperatur von größer als oder gleich 400° C und kleiner als oder gleich 1.000° C und mit einer Verweilzeit von mehr als oder gleich 10 Minuten und weniger als oder gleich 60 Minuten durchgeführt.
Gemäß der zuvor erwähnten Konfiguration wird es möglich, die Verformungen in dem beschichteten reinen Eisenpulver und dem Eisenlegierungspulver zufriedenstellend zu beseitigen. Folglich kann der Hystereseverlust verringert werden. Dementsprechend wird es einfach, einen Eisenkern mit einem geringen Eisenverlust herzustellen.
(11) Ein Rohmaterialpulver für einen Eisenkern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst:

ein beschichtetes reines Eisenpulver, das aus einer Vielzahl von reinen Eisenpartikel gebildet ist, die jeweils eine Isolierbeschichtungsschicht aufweisen;
ein beschichtetes Eisenlegierungspulver, das aus einer Vielzahl von Eisenlegierungspartikel gebildet ist, die jeweils eine Isolierbeschichtungsschicht aufweisen; und
eine Metallseife, die einen Schmelzpunkt Tm von wenigstens 200° C aufweist,
wobei eine Vickers-Härte der Eisenlegierungspartikel größer als oder gleich 200 HV ist,
ein Gehalt des beschichteten Eisenlegierungspulvers größer als oder gleich 15 Masse-% und kleiner als oder gleich 40 Masse-% ist, und
ein Metallseifengehalt größer als oder gleich 0,02 Masse-% und kleiner als oder gleich 0,80 Masse-% ist.

Gemäß der zuvor erwähnten Konfiguration wird es möglich, einen Eisenkern mit einem geringen Kernverlust herzustellen.
[Ausführliche Beschreibung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung]
Im Nachfolgenden werden die Einzelheiten des Verfahrens zur Herstellung eines Eisenkerns gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
[Verfahren zur Herstellung des Eisenkerns]
Das Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns gemäß der Ausführungsform umfasst: einen Schritt zur Herstellung eines Rohmaterialpulvers (das heißt, ein Rohmaterialpulver für einen Eisenkern) (wobei der Schritt im Folgenden auch als ein „Rohmaterialherstellungsschritt“ bezeichnet wird); einen Schritt zur Herstellung eines Formlings (wobei der Schritt im Nachfolgenden auch als ein „Formungsschritt“ bezeichnet wird); und einen Schritt zur Durchführung einer Wärmebehandlung des Formlings (wobei der Schritt im Nachfolgenden auch als ein „Wärmebehandlungsschritt“ bezeichnet wird). Im Herstellungsschritt wird ein Rohmaterialpulver hergestellt, das ein beschichtetes reines Eisenpulver, ein beschichtetes Eisenlegierungspulver und eine Metallseife umfasst. Im Formungsschritt wird das Rohmaterialpulver, das in eine Form gefüllt ist, einer Pressformung unterzogen, um einen Formling herzustellen. Im Wärmebehandlungsschritt werden die Verformungen beseitigt, die im beschichteten reinen Eisenpulver und dem Eisenlegierungspulver, die den Formling bilden, erzeugt werden. Ein charakteristisches Merkmal des Verfahrens zur Herstellung eines Eisenkerns besteht darin, dass die Differenz (Tm-Td) zwischen dem Schmelzpunkt Tm der Metallseife und der Temperatur Td der Form im Formungsschritt in einen bestimmten Bereich fällt. Das heißt, es wird die Art der Metallseife so ausgewählt und die Temperatur Td der Form so eingestellt, dass der zuvor erwähnte bestimmte Bereich erfüllt ist. Im Nachfolgenden werden die Einzelheiten der Schritte der Reihe nach beschrieben.
[Herstellungsschritt]
Im Herstellungsschritt wird ein Rohmaterialpulver hergestellt, das ein beschichtetes reines Eisenpulver, ein beschichtetes Eisenlegierungspulver und eine Metallseife umfasst.
[Rohmaterialpulver]
<Beschichtetes reines Eisenpulver, beschichtetes Eisenlegierungspulver>
Das beschichtete reine Eisenpulver enthält: eine Vielzahl von reinen Eisenpartikeln (das heißt, ein reines Eisenpulver), die aus reinem Eisen bestehen (Reinheit: größer als oder gleich 99 Masse-%; wobei der Rest aus unvermeidbaren Verunreinigungen besteht); und Isolierbeschichtungsschichten, die jeweils die Außenumfänge der reinen Eisenteilchen bedecken. Das beschichtete reine Eisenpulver besteht aus einer Vielzahl von reinen Eisenpartikein, die jeweils eine Isolierbeschichtungsschicht aufweisen. Das beschichtete Eisenlegierungspulver enthält: eine Vielzahl von Eisenlegierungspartikeln (das heißt, ein Eisenlegierungspulver), die aus einer Eisenlegierung bestehen; und Isolierbeschichtungsschichten, die jeweils die Außenumfänge der Eisenlegierungspartikel bedecken. Das beschichtete Eisenlegierungspulver besteht aus einer Vielzahl von Eisenlegierungspartikeln, die jeweils eine Isolierbeschichtungsschicht aufweisen. Der Formulierung „aus reinen Eisenpartikeln zusammengesetzt“ bedeutet, dass „keine anderen Komponenten als reine Eisenpartikel enthalten sind“. Die Formulierung „aus Eisenlegierungspartikeln zusammengesetzt“ bedeutet, dass „kein anderer Bestandteil als Eisenlegierungspartikel enthalten ist“. Die Herstellung des beschichteten reinen Eisenpulvers und des beschichteten Eisenlegierungspulvers wird beispielsweise durch Herstellen einer Vielzahl von reinen Eisenpartikeln und einer Vielzahl von Eisenlegierungspartikeln und anschließendes Bilden einer Isolierbeschichtungsschicht auf jedem der Außenumfänge der reinen Eisenpartikel und jedem der Außenumfänge der Eisenlegierungspartikel durchgeführt.
• Reine Eisenpartikel
Die reinen Eisenpartikel im beschichteten reinen Eisenpulver sind aus reinem Eisen zusammengesetzt (Reinheit: größer als oder gleich 99 Masse-%; wobei der Rest aus unvermeidbaren Verunreinigungen besteht). Somit sind die reinen Eisenpartikel im Vergleich zu den zu den Eisenlegierungspartikeln weicher und können leichter verformt werden.
•• Mittlerer Teilchendurchmesser
Der mittlere Teilchendurchmesser der reinen Eisenpartikel beträgt vorzugsweise mehr als oder gleich 50µm und weniger als oder gleich 400 µm. Wenn der mittlere Teilchendurchmesser der reinen Eisenpartikel größer als oder gleich 50 µm ist, wird es einfacher, einen Eisenkern mit hoher Dichte herzustellen. Wenn der mittlere Teilchendurchmesser der reinen Eisenpartikel kleiner als oder gleich 400 µm ist, ist es wahrscheinlicher, dass der Wirbelstromverlust der reinen Eisenpartikel selbst verringert wird. Somit wird es einfacher, einen Eisenkern mit einem geringen Kernverlust herzustellen. Der mittlere Teilchendurchmesser der reinen Eisenpartikel beträgt noch bevorzugter mehr als oder gleich 50 µm und weniger als oder gleich 250 µm, besonders bevorzugt mehr als oder gleich 50 µm und weniger als oder gleich 200 µm. Der mittlere Teilchendurchmesser bezieht sich auf einen Teilchendurchmesser (D50), bei dem das kumulierte Volumen in einer Volumenpartikelgrößenverteilung, wie sie mit einem Laserbeugungs-Teilchengrößenverteilungs-Messgerät gemessen wird, 50% beträgt. Dies gilt auch für den Im Nachfolgenden erwähnten mittleren Teilchendurchmesser der Eisenlegierungspartikel.
• Eisenlegierungspartikel
Die Eisenlegierungspartikel im beschichteten Eisenlegierungspulver enthalten ein zusätzliches Element, und somit weisen sie im Vergleich zu reinem Eisen eine geringere Reinheit auf. Somit sind die Eisenlegierungspartikel im Vergleich zu den reinen Eisenpartikeln härter und weniger leicht verformbar. Die Eisenlegierungspartikel können eine chemische Zusammensetzung aus einer einzigen Komponente oder eine chemische Zusammensetzung aus mehreren Komponenten aufweisen. Das heißt, alle Eisenlegierungspartikel können die gleiche chemische Zusammensetzung aufweisen, oder es können Eisenlegierungspartikel, die unterschiedliche chemische Zusammensetzungen untereinander aufweisen, enthalten sein.
•• Chemische Zusammensetzung
Das zusätzliche Element in der Eisenlegierung ist vorzugsweise wenigstens ein Element, aus Si (Silizium) und AI (Aluminium) ausgewählt wird. Die Eisenlegierung, die das zusätzliche Element enthält, weist einen hohen elektrischen Widerstand auf, und es ist somit wahrscheinlicher, dass ihr Wirbelstromverlust verringert ist. Somit weist die Eisenlegierung einen geringen Hystereseverlust auf. Somit wird es einfacher, einen Eisenkern mit einem geringen Kernverlust herzustellen. Der Anteil des zusätzlichen Elements beträgt beispielsweise mehr als oder gleich 1,0 Masse-% und weniger als oder gleich 30,0 Masse-%. Der Rest in der Eisenlegierung besteht aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Beispiele der Eisenlegierung umfassen eine Legierung auf Fe-Si-Al-Basis, eine Legierung auf Fe-Si-Basis und eine Legierung auf Fe-Al-Basis. In der Legierung auf Fe-Si-Al-Basis beträgt der Si-Anteil beispielsweise mehr als oder gleich 1,0 Masse-% und weniger als oder gleich 15,0 Masse-%, noch bevorzugter mehr als oder gleich 3,0 Masse-% und weniger als oder gleich 12,0 Masse-%, und der Al-Anteil beträgt beispielsweise mehr als oder gleich 1,0 Masse-% und weniger als oder gleich 10,0 Masse-%, noch bevorzugter mehr als oder gleich 2,0 Masse-% und weniger als oder gleich 8,0 Masse-%. In der Legierung auf Fe-Si-Basis beträgt der Si-Anteil beispielsweise mehr als oder gleich 1,0 Masse-% und weniger als oder gleich 18,0 Masse-%, noch bevorzugter mehr als oder gleich 2,0 Masse-% und weniger als oder gleich 10,0 Masse-%. In der Legierung auf Fe-Al-Basis beträgt der AI-Anteil beispielsweise mehr als oder gleich 1,0 Masse-% und weniger als oder gleich 20,0 Masse-%, noch bevorzugter mehr als oder gleich 2,0 Masse-% und weniger als oder gleich 15,0 Masse-%. Die Analyse der chemischen Zusammensetzung der Eisenlegierung kann durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) mit einem TEM durchgeführt werden.
•• Vickers-Härte
Die Vickers-Härte der Eisenlegierungsteilchen kann größer als oder gleich 200 HV sein. Wenn die Vickers-Härte der Eisenlegierungspartikel größer als oder gleich 200 HV ist, wird es einfacher, das Auftreten der Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten in dem beschichteten reinen Eisenpulver zu verhindern. Die Eisenlegierungspartikel sind härter als die reinen Eisenpartikel. Die reinen Eisenpartikel verformen sich leichter als die Eisenlegierungspartikel. Somit werden im Formungsschritt die reinen Eisenpartikel durch die Eisenlegierungspartikel verformt. Die übermäßige Verformung des beschichteten reinen Eisenpulvers im Formungsschritt kann mit zunehmender Vickers-Härte der Eisenlegierungspartikel leichter auftreten. Wenn die Verformung des beschichteten reinen Eisenpulvers zu groß ist, können die Isolierbeschichtungsschichten im beschichteten reinen Eisenpulver beschädigt werden. Wenn jedoch, wie im Nachfolgenden ausführlich beschrieben, die Anforderung erfüllt ist, dass die Differenz (Tm-Td) zwischen dem Schmelzpunkt Tm der im Rohmaterialpulver enthaltenen Metallseife und der Temperatur Td der Form im Formungsschritt innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, kann die Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten im beschichteten reinen Eisenpulver selbst dann verhindert werden, wenn Eisenlegierungspartikel mit einer hohen Vickers-Härte verwendet werden. Die Vickers-Härte der Eisenlegierungspartikel ist vorzugsweise größer als oder gleich 250 HV, besonders bevorzugt größer als oder gleich 300 HV. Der obere Grenzwert der Vickers-Härte der Eisenlegierungspartikel ist beispielsweise kleiner als oder gleich 1.000 HV. Die Vickers-Härte ist ein Wert, der durch Einbetten des Eisenlegierungspulvers in ein Harz, anschließendes Mahlen des Harzes, um die Eisenlegierungspartikel im Harz freizulegen, Messen der Härte der freigelegten Eisenlegierungspartikel und anschließendes Mitteln der gemessenen Werte (n = 10) bestimmt wird.
•• Durchschnittlicher Teilchendurchmesser
Wie der durchschnittliche Teilchendurchmesser der reinen Eisenpartikel ist der mittlere Teilchendurchmesser der Eisenlegierungspartikel vorzugsweise größer als oder gleich 50 µm und kleiner als oder gleich 400 µm, noch bevorzugter größer als oder gleich 50 µm und kleiner als oder gleich 250 µm, besonders bevorzugt größer als oder gleich 50 µm und kleiner als oder gleich 200 µm. Der mittlere Teilchendurchmesser der reinen Eisenpartikel und der mittlere Teilchendurchmesser der Eisenlegierungspartikel können gleich sein oder sich voneinander unterscheiden, solange der zuvor erwähnte Bereich erfüllt wird. In dem Fall, in dem sich die mittleren Teilchendurchmesser beider Partikel voneinander unterscheiden, kann die Beziehung zwischen den mittleren Teilchendurchmessern „(reine Eisenpartikel) < (Eisenlegierungspartikel)“ oder „(reine Eisenpartikel) > (Eisenlegierungspartikel)“ sein. Wenn die Beziehung zwischen diesen mittleren Teilchendurchmessern „(reine Eisenpartikel) < (Eisenlegierungspartikel)“ ist, und die Beziehung zwischen den Anteilen „(reine Eisenpartikel) > (Eisenlegierungspartikel)“ ist, wird es einfacher, die Dichte des Formlings zu erhöhen. Dies liegt daran, dass, wenn die reinen Eisenpartikel, die einen größeren Gehalt aufweisen und leichter verformbar sind, kleiner sind, und die Eisenlegierungspartikel, die die reinen Eisenpartikel verformen können, größer sind, es möglich wird, die reinen Eisenpartikel ausreichend zwischen den Eisenlegierungspartikeln anzuordnen, wodurch es möglich ist, die reinen Eisenpartikel ausreichend durch die Eisenlegierungspartikel zu verformen. Wenn im Gegensatz dazu die Beziehung zwischen diesen mittleren Teilchendurchmessern „(reine Eisenteilchen) > (Eisenlegierungspartikel)“ ist und die Beziehung zwischen den Anteilen „(reine Eisenpartikel) > (Eisenlegierungspartikel)“ ist, wird es einfacher, den Wirbelstromverlust zu verringern. Dies liegt daran, dass, wenn die reinen Eisenpartikel, die einen größeren Gehalt aufweisen und leichter verformt werden können, größer sind und die Eisenlegierungspartikel, die die reinen Eisenpartikel verformen können, kleiner sind, es möglich wird, eine übermäßige Verformung der reinen Eisenpartikel zu verhindern.
Die Herstellung der reinen Eisenpartikel und der Eisenlegierungspartikel kann durchgeführt werden, indem diese Partikel durch ein Zerstäubungsverfahren, wie beispielsweise ein Gaszerstäubungsverfahren und ein Wasserzerstäubungsverfahren, hergestellt werden, oder es können ein handelsübliches reines Eisenpulver und ein handelsübliches Eisenlegierungspulver erworben werden.
• Isolierbeschichtungsschicht
Jede der Isolierbeschichtungsschichten in dem beschichteten reinen Eisenpulver und dem beschichteten Eisenlegierungspulver kann die Isolierung zwischen den reinen Eisenpartikeln, die Isolierung zwischen den Eisenlegierungspartikeln und die Isolierung zwischen dem reinen Eisenpartikel und dem Eisenlegierungspartikel erhöhen. Jede der Isolierbeschichtungsschichten wird direkt auf der Oberfläche von sowohl den reinen Eisenpartikeln als auch den Eisenlegierungspartikeln gebildet. Die Materialien für die Isolierbeschichtungsschichten des beschichteten reinen Eisenpulvers und das Material für die Isolierbeschichtungsschichten für das beschichtete Eisenlegierungspulver können gleich sein oder sich voneinander unterscheiden.
•• Material
Ein Beispiel des Materials für die Isolierbeschichtungsschicht ist eine Phosphorsäureverbindung, die als Hauptbestandteil ein Phosphatsalz enthält. Ein bestimmtes Beispiel für das Phosphatsalz ist Eisenphosphat. Die chemische Zusammensetzung der Isolierbeschichtungsschicht weist vorzugsweise zum Beispiel einen Phosphorgehalt von mehr als oder gleich 10 Atom-% und weniger als oder gleich 15 Atom-%, einen Eisengehalt von mehr als oder gleich 15 Atom-%. und weniger als oder gleich 20 Atom-% und einen Rest aus Sauerstoff und unvermeidbaren Verunreinigungen auf. Durch Verwenden einer Isolierbeschichtungsschicht, die die zuvor erwähnte chemische Zusammensetzung erfüllt, wird es leicht, einen Eisenkern mit einem geringen Kernverlust herzustellen. Der Eisengehalt in der Isolierbeschichtungsschicht kann vorzugsweise größer als oder gleich 16 Atom-% und kleiner als oder gleich 19 Atom-% sein, besonders bevorzugt größer als oder gleich 17 Atom-% und kleiner als oder gleich 19 Atom-%. Die Analyse der chemischen Zusammensetzung der Isolierbeschichtungsschicht kann durch EDX mit einem TEM durchgeführt werden.
•• Dicke
Die Dicke der Isolierbeschichtungsschicht beträgt vorzugsweise mehr als oder gleich 30 nm und weniger als oder gleich 300 nm. Wenn die Dicke der Isolierbeschichtungsschichten größer als oder gleich 30 nm ist, wird es einfacher, die Isolierung zwischen den Teilchen zu erhöhen. Wenn die Dicke der Isolierbeschichtungsschichten kleiner als oder gleich 300 nm ist, wird es einfacher, einen Eisenkern mit einer hohen Dichte herzustellen. Die Dichte der Isolierbeschichtungsschicht beträgt vorzugsweise mehr als oder gleich 40 nm und weniger als oder gleich 250 nm, besonders bevorzugt mehr als oder gleich 50 nm und weniger als oder gleich 200 nm. Die Messung der Dicke der Isolierbeschichtungsschicht kann auf folgende Weise durchgeführt werden. Das beschichtete reine Eisenpulver und das beschichtete Eisenlegierungspulver werden in ein Harz eingebettet. Ein Querschnitt von sowohl dem beschichteten reinen Eisenpulver als auch dem beschichteten Eisenlegierungspulver in der Isolierbeschichtungsschicht im resultierenden eingebetteten Produkt wird mittels TEM untersucht. Das Beobachtungsbild wird analysiert. Alternativ kann die Messung der Dicke der Isolierbeschichtungsschicht auch auf folgende Weise durchgeführt werden. Das Rohmaterialpulver wird unter den im Nachfolgenden erwähnten Formungsbedingungen geformt. Ein Querschnitt eines Eisenkerns, der unter den im Nachfolgenden genannten Wärmebehandlungsbedingungen wärmebehandelt wird, wird mittels TEM untersucht. Das Beobachtungsbild wird analysiert. Dies liegt daran, dass die Dicken der Isolierbeschichtungsschicht im beschichteten reinen Eisenpulver mit einer pulverförmigen Form und der Isolierbeschichtungsschicht im beschichteten Eisenlegierungspulver mit einer pulverförmigen Form vor dem Pressformen im Wesentlichen gleich sind wie die der Isolierbeschichtungsschicht im beschichteten reinen Eisenpulver und der Isolierbeschichtungsschicht im Eisenkern nach der Pressformung. Bei jedem dieser Verfahren ist die Anzahl der Beobachtungsfelder größer als oder gleich 20 und die Vergrößerung größer als oder gleich x 50.000 und kleiner als oder gleich x 300.000. Der Mittelwert der Dicken im gesamten Beobachtungsfeld wird aus dem Mittelwert der Dicken in den beobachteten Feldern bestimmt. Der Mittelwert der Dicken des gesamten Beobachtungsfeldes wird als die Dicke der Isolierbeschichtungsschicht definiert. In dem Fall, in dem es einige Teile gibt, an denen die Isolierbeschichtungsschicht fehlt (oder sich ablöst), werden die Dicken der Teile aus dem Messbereich ausgeschlossen.
• Äußere Isolierschicht
In dem beschichteten reinen Eisenpulver und dem beschichteten Eisenlegierungspulver kann eine äußere Isolierschicht am Außenumfang der Isolierbeschichtungsschicht gebildet werden. Das Material der äußeren Isolierschichten für das beschichtete reine Eisenpulver und das Material der äußeren Beschichtungsschichten für das beschichtete Eisenlegierungspulver können gleich sein oder sich voneinander unterscheiden. Es ist möglich, eine einschichtige Struktur, die nur aus der Isolierbeschichtungsschicht besteht, im beschichteten reinen Eisenpulver und dem beschichteten Eisenlegierungspulver und eine mehrschichtige (zweischichtige) Struktur, die sowohl aus der Isolierbeschichtungsschicht und der äußeren Isolierschicht gebildet ist, im anderen davon, zu bilden. Es ist zudem möglich, eine mehrschichtige (zweischichtige) Struktur, die sowohl aus einer Isolierbeschichtungsschicht und einer äußeren Isolierschicht gebildet ist, in sowohl dem beschichteten reinen Eisenpulver als auch dem beschichteten Eisenlegierungspulver zu bilden.
•• Material
Das Material für der äußeren Isolierschicht ist vorzugsweise eine Kieselsäureverbindung, die Si und O (Sauerstoff) als Hauptbestandteile enthält. Wenn die äußere Isolierschicht aus der Kieselsäureverbindung hergestellt wird, kann die Reduzierung des Kernverlusts des Eisenkerns erleichtert werden. Beispiele für die Kieselsäureverbindung sind Kaliumsilikat (K₂SiO₃), Natriumsilikat (Na₂SiO₃: auch als flüssiges Glas oder Silikatsoda bezeichnet), Lithiumsilikat (Li₂SiO₃) und Magnesiumsilikat (MgSiO₃). Die Analyse des Materials der äußeren Isolierschicht kann auf die gleiche Weise wie im zuvor erwähnten Verfahren zur Analyse der chemischen Zusammensetzung der Isolierbeschichtungsschicht durchgeführt werden.
••• Dicke
Die Dicke der äußeren Isolierschicht ist vorzugsweise größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 100 nm. Wenn die Dicke der äußeren Isolierschicht größer als oder gleich 10 nm ist, wird es einfach, die Isolierung zwischen den Partikeln zu erhöhen. Wenn die Dicke der äußeren Isolierschichten kleiner als oder gleich 100 nm ist, wird es einfach, die Dichte des Eisenkerns zu erhöhen. Die Dicke der äußeren Isolierschicht beträgt noch bevorzugter mehr als oder gleich 20 nm und weniger als oder gleich 90 nm, besonders bevorzugt mehr als oder gleich 30 nm und weniger als oder gleich 80 nm. Die Messung der Dicke der äußeren Isolierschicht kann auf die gleiche Weise wie in dem zuvor erwähnten Verfahren zur Messung der Dicke der Isolierbeschichtungsschicht durchgeführt werden.
Die Gesamtdicke der Isolierbeschichtungsschicht und der äußeren Isolierschicht ist größer als oder gleich 40 nm und kleiner als oder gleich 300 nm, solange die Dicke der Isolierbeschichtungsschicht und die Dicke der äußeren Isolierschicht jeweils die zuvor erwähnten Dickenbereiche erfüllen.
Die Bildung der Isolierbeschichtungsschichten und die Bildung der äußeren Isolierschichten an den Außenumfängen der reinen Eisenpartikel und der Eisenlegierungspartikel kann beispielsweise jeweils durch eine chemische Umwandlungsbehandlung erfolgen. Für die Bildung der Isolierbeschichtungsschicht und der äußeren Isolierschicht kann eine bekannte Technik verwendet werden.
• Anteil des beschichteten Eisenlegierungspulvers
Der Anteil des beschichteten Eisenlegierungspulvers im Rohmaterialpulver kann in Abhängigkeit von den beabsichtigten magnetischen Eigenschaften entsprechend gewählt werden. Der Anteil des beschichteten Eisenlegierungspulvers im Rohmaterialpulver beträgt vorzugsweise zum Beispiel mehr als oder gleich 15 Masse-% und weniger als oder gleich 40 Masse-%, bezogen auf 100 Masse-% des Rohmaterialpulvers. Wenn der Anteil des beschichteten Eisenlegierungspulvers größer als oder gleich 15 Masse-% ist, kann der Anteil des Eisenlegierungspulvers, das einen hohen elektrischen Widerstand aufweist, erhöht werden. Somit ist es möglich, einen Wirbelstromverlust zu verringern. Wenn ferner der Anteil des beschichteten Eisenlegierungspulvers erhöht wird, ist es leichter, die magnetische Koerzitivkraft zu verringern. Wenn der Anteil des beschichteten Eisenlegierungspulvers kleiner als oder gleich 40 Masse-% ist, ist der Anteil des Eisenlegierungspulvers nicht zu hoch. Dadurch wird es leicht möglich, eine übermäßige Verformung des beschichteten reinen Eisenpulvers, das normalerweise leicht verformt wird, zu verhindern. Folglich kann die Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten im beschichteten reinen Eisenpulver verhindert werden. Ferner kann der Anteil des beschichteten reinen Eisenpulvers, das normalerweise leicht verformt wird, erhöht werden. Folglich kann die Dichte des Formlings erhöht werden und somit kann auch die Dichte des Eisenkerns erhöht werden. Der Anteil des beschichteten Eisenlegierungspulvers beträgt noch bevorzugter mehr als oder gleich 17 Masse-% und weniger als oder gleich 38 Masse-%, besonders bevorzugt mehr als oder gleich 20 Masse-% und weniger als oder gleich 35 Masse-%.
<Metallseife>
Die Metallseife kann die Schmierfähigkeit im Formungsschritt erhöhen. Ferner kann die Metallseife verhindern, dass die Isolierbeschichtungsschichten im beschichteten reinen Eisenpulver beschädigt werden. Genauer gesagt, kann die Metallseife die Spannung reduzieren, die im Formungsschritt von den Eisenlegierungspartikeln auf die reinen Eisenpartikel aufgebracht wird. Ein Beispiel der Form der Metallseife ist eine pulverförmige Form. Die Metallseife wird im dem nachfolgenden Wärmebehandlungsschritt im Wesentlichen heruntergebrannt.
• Art
Die Art der Metallseife kann in Abhängigkeit von der Temperatur Td der Form, die im Formungsschritt verwendet wird, der im Nachfolgenden ausführlich beschrieben wird, in geeigneter Weise ausgewählt werden. Genauer gesagt ist die Art der Metallseife derart, dass die Differenz (Tm-Td) zwischen dem Schmelzpunkt Tm der Metallseife und der Temperatur Td der Form die Anforderung erfüllen kann: „90° C ≤ Tm-Td“. Wird eine Metallseife verwendet, die die Anforderung: „90° C ≤ Tm-Td“ erfüllt, kann ein Eisenkern mit einem geringen Kernverlust hergestellt werden. Dies wird vermutet, da die Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten in dem beschichteten reinen Eisenpulver im Formungsschritt verhindert werden kann. Durch die Verhinderung der Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten kann die Isolierung zwischen den Partikeln erhöht und somit der Wirbelstromverlust reduziert werden. Durch das Einstellen der Differenz Tm-Td auf größer als oder gleich 90° C kann das Rohmaterialpulver einer Pressformung unterzogen werden, während ein Schmelzen der Metallseife während des Formungsschritts verhindert wird. Mit anderen Worten kann das Rohmaterialpulver unter einer solchen Bedingung pressgeformt werden, dass die Metallseife einen bestimmten Härtegrad beibehalten kann. Aufgrund der Wirkung der Metallseife wird es einfach, die Spannung zu verringern, die von den Eisenlegierungspartikeln auf die reinen Eisenpartikel aufgebracht wird, und gleichzeitig die Schmierfähigkeit während der Pressformung zu erhöhen. Folglich kann verhindert werden, dass die Isolierbeschichtungsschichten in dem beschichteten reinen Eisenpulver beschädigt werden, selbst wenn die Eisenlegierungspartikel die reinen Eisenpartikel beim Pressformen verformen.
Der Schmelzpunkt Tm der Metallseife kann in Abhängigkeit von der Temperatur Td der Form gewählt werden und ist vorzugsweise zum Beispiel höher als oder gleich 120° C, noch bevorzugter höher als oder gleich 150° C, besonders bevorzugt höher als oder gleich 200° C. Wenn der Schmelzpunkt Tm der Metallseife höher als oder gleich 120° C ist, wird es möglich, die Dichte des Formlings zu erhöhen, und gleichzeitig die Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten in dem beschichteten reinen Eisenpulver zu verhindern. Folglich kann die Dichte des Eisenkerns erhöht werden. Da der Schmelzpunkt Tm der Metallseife hoch ist, kann die Differenz (Tm-Td) erhöht werden. Somit wird es möglich, einen bestimmten Härtegrad der Metallseife während der Pressformung beizubehalten. Folglich kann der Effekt, die Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten im beschichteten reinen Eisenpulver zu verhindern, erhöht werden. Ferner kann aufgrund des hohen Schmelzpunkts Tm der Metallseife das Rohmaterialpulver bei einer höheren Temperatur Td der Form pressgeformt werden. Folglich wird es möglich, die Verformung des beschichteten reinen Eisenpulvers und des Eisenlegierungspulvers zu fördern. Folglich wird es möglich, die Dichte des Formlings zu erhöhen.
Beispiele der Metallseife umfassen Lithiumstearat (Tm = 220° C), Bariumstearat (Tm = 228° C) und Natriumstearat (Tm = 252° C). Diese Metallseifen können die Erhöhung der schadensverhütenden Wirkung der Isolierbeschichtungsschichten im beschichteten reinen Eisenpulver fördern. Die Art der Metallseife kann in Abhängigkeit von der Temperatur Td der Form gewählt werden, und Beispiele der Metallseife umfassen Zinkstearat (Tm = 126° C) und Aluminiumstearat (Tm = 163° C).
• Gehalt
Der Anteil der Metallseife beträgt vorzugsweise mehr als oder gleich 0,02 Masse-% und weniger als oder gleich 0,80 Masse-%, bezogen auf 100 Masse-% des Rohmaterialpulvers. Ist der Anteil der Metallseife größer als oder gleich 0,02 Masse-%, wird es einfach, den Effekt zur Verbesserung einer ausreichenden Schmierfähigkeit zu erzielen. Folglich wird der Effekt der Verringerung der Spannung, die auf die reinen Eisenpartikel wirkt, deutlich. Folglich kann die Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten im beschichteten reinen Eisenpulver leicht verhindert werden. Wenn der Anteil der Metallseife weniger als oder gleich 0,80 Masse-% beträgt, wird der Gehalt an Metallseife nicht zu groß. Somit wird es möglich, eine Abnahme des Metallkomponentengehalts im Formling zu verhindern. Die Menge an Metallseife, die hinzugefügt wird, beträgt noch bevorzugter mehr als oder gleich 0,03 Masse-% und weniger als oder gleich 0,70 Masse-%, insbesondere bevorzugt mehr als oder gleich 0,05 Masse-% und weniger als oder gleich 0,60 Masse-%.
<Weitere Komponenten>
Zusätzlich zur Metallseife kann das Rohmaterialpulver zusätzlich ein Fettsäureamid, ein höheres Fettsäureamid, eine anorganische Substanz, ein Fettsäuremetallsalz oder dergleichen als Schmiermittel enthalten. Wenn das Rohmaterialpulver das Schmiermittel enthält, kann die Schmierfähigkeit im Formungsschritt verbessert werden. Ein Beispiel des Fettsäureamids ist das Stearinsäureamid. Ein Beispiel für das höhere Fettsäureamid ist Ethylenbis (Stearinsäureamid). Beispiele für die anorganische Substanz sind Bornitrid und Graphit. Das Fettsäuremetallsalz besteht aus einer Fettsäure und einem Metall. Beispiele für die Fettsäure umfassen Caprylsäure, Pelargonsäure, Caprinsäure, Undecansäure, Laurinsäure, Tridecansäure, Myristinsäure, Pentadecansäure, Palmitinsäure, Margarinsäure, Stearinsäure, Nonadecansäure, Arachinsäure, Heneicosansäure, Behensäure Tricosansäure, Lignocerinsäure, Pentacosansäure, Cerotinsäure, Heptacosansäure und Montansäure. Beispiele für das Metall sind Mg (Magnesium), Ca (Calcium), Zn (Zink), Al, Ba (Barium), Li (Lithium), Sr (Strontium), Cd (Cadmium), Pb (Blei), Na (Natrium)) und K (Kalium). Es wird vorausgesetzt, dass das Fettsäuremetallsalz auf ein anderes Material als das für die Metallseife beschränkt ist. Die Menge, die hinzugefügt werden soll, beträgt vorzugsweise mehr als oder gleich 0,05 Masse-% und weniger als oder gleich 0,70 Masse-%, noch bevorzugter mehr als oder gleich 0,10 Masse-% und weniger als oder gleich 0,60 Masse-%, besonders bevorzugt mehr als oder gleich 0,20 Masse-% und weniger als oder gleich 0,50 Masse-%, bezogen auf 100 Masse-% des Rohmaterialpulvers. Wie die Metallseife wird das Schmiermittel im Wesentlichen im nachfolgenden Wärmebehandlungsschritt heruntergebrannt.
[Formungsschritt]
Im Formungsschritt wird das Rohmaterialpulver der Pressformung unterworfen, um einen Formling herzustellen. Die Herstellung des Formlings kann durchgeführt werden, indem das Mischmaterial in eine Form gefüllt wird, die die Bildung einer vorbestimmten Form ermöglicht, und indem anschließend das Rohmaterialpulver in der Form unter Druck gesetzt wird. Die Form des Formlings kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von der beabsichtigten Form des Magnetkerns für eine elektromagnetische Komponente ausgewählt werden.
Ein Beispiel für die Form ist eine Form, die mit einer rohrförmigen Matrize mit einem Durchgangsloch, einem Paar Stempel, das heißt, einem oberen und einem unteren Stempel, die in das Durchgangsloch eingeführt und aus diesem entfernt werden können, und einer Temperatursteuerungsvorrichtung, die die Temperaturen des oberen und des unteren Stempels steuern kann, ausgestattet ist. Der obere Stempel und der untere Stempel sind so angeordnet, dass sie sich im Durchgangsloch gegenüberliegen. In der Form bilden die obere Fläche des unteren Stempels und die Innenumfangsfläche der Matrize zusammen einen mit einem Boden versehenen Hohlraum (das heißt, einen Formraum). Das Rohmaterialpulver wird in diesen Hohlraum gefüllt. Das Rohmaterialpulver im Hohlraum wird mit Hilfe des oberen Stempels und des unteren Stempels zusammengedrückt, um einen säulenförmigen Formling zu bilden. Der Formling wird aus der Matrize entnommen, um den Formling zu erhalten. In dem Fall, in dem ein rohrförmiger Formling hergestellt werden soll, kann die Form zusätzlich mit einem säulenförmigen Kernstab ausgestattet sein. Der Kernstab wird in das Innere des oberen Stempels und des unteren Stempels eingesetzt, um eine innere Umfangsfläche des Formlings zu bilden. In dem Fall steuert die Temperatursteuervorrichtung vorzugsweise auch die Temperatur des Kernstabs.
(Formdruck)
Der Formdruck ist vorzugsweise größer als oder gleich 500 MPa. Wenn der Formdruck größer als oder gleich 500 MPa ist, ist es einfach, einen Formling mit einer hohen Dichte herzustellen. Der Formdruck ist noch bevorzugter größer als oder gleich 800 MPa, vorzugsweise größer als oder gleich 950 MPa, besonders bevorzugt größer als oder gleich 1100 MPa, vorzugsweise größer als oder gleich 1250 MPa. Der obere Grenzwert des Formdrucks beträgt vorzugsweise zum Beispiel weniger als oder gleich 3000 MPa. Wenn der Formdruck kleiner als oder gleich 3000 MPa ist, kann eine Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten verhindert werden. Darüber hinaus wird die Lebensdauer des Formwerkzeugs nicht so stark beeinträchtigt. Der Formdruck beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 2500 MPa, besonders bevorzugt weniger als oder gleich 2000 MPa.
(Temperatur der Form)
Die Temperatur Td der Form ist derart, dass die Differenz (Tm-Td) zwischen dem Schmelzpunkt Tm der Metallseife und dem Schmelzpunkt Tm der Metallseife die Anforderung erfüllen kann: „90° C ≤ Tm-Td“. Wenn die Anforderung, dass die Differenz (Tm-Td) größer als oder gleich 90° C beträgt, erfüllt ist, wird es möglich, einen Eisenkern mit einem geringem Kernverlust, wie zuvor erwähnt, herzustellen. Die Differenz (Tm-Td) beträgt vorzugsweise mehr als oder gleich 100° C, bevorzugt mehr als oder gleich 120° C, besonders bevorzugt mehr als oder gleich 140° C, bevorzugt mehr als oder gleich 150° C.
Die Temperatur Td der Form beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 130° C. Wenn die Temperatur Td der Form kleiner als oder gleich 130° C ist, kann ein übermäßiger Anstieg der Temperatur Td der Form verhindert werden. Somit kann eine übermäßige Verformung des beschichteten reinen Eisenpulvers und des Eisenlegierungspulvers leicht verhindert werden. Folglich ist es einfach, die Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten im beschichteten reinen Eisenpulver durch die Wirkung der Metallseife zu verhindern. Die Temperatur Td der Form ist vorzugsweise höher als oder gleich die Raumtemperatur (Umgebungstemperatur). Wenn die Temperatur Td der Form der Umgebungstemperatur entspricht, kann das Formen unter hohem Druck aufgrund der Zugabe der Metallseife erfolgen. Somit wird es einfach, einen Formling mit einer hohen Dichte herzustellen. Die Temperatur Td der Form ist vorzugsweise höher als oder gleich 60° C. Wenn die Temperatur Td der Form vorzugsweise höher als oder gleich 60° C ist, wird es leicht, das beschichtete reine Eisenpulver und das Eisenlegierungspulver zu verformen. Somit ist es einfach, einen Formartikel mit einer noch höheren Dichte herzustellen. Die Temperatur Td der Form beträgt vorzugsweise mehr als oder gleich 80° C und weniger als oder gleich 120° C. Die Temperatur Td der Form ist eine voreingestellte Temperatur für die Temperatursteuerungsvorrichtung in der Form unmittelbar vor dem Einfüllen des Rohmaterialpulvers. Die voreingestellte Temperatur ist gleich der Temperatur eines Rohmaterialpulverberührungsabschnitts (zum Beispiel die Innenumfangsfläche der Matrize, eine Pressfläche des oberen Stempels und des unteren Stempels) in der Form unmittelbar vor dem Einfüllen des Rohmaterialpulvers. Daher kann die Temperatur des Rohmaterialpulverberührungsabschnitts auf die Temperatur Td der Form eingestellt werden. Für die Messung der Temperatur des Rohmaterialpulverberührungsabschnitts kann ein handelsübliches berührungsloses Thermometer verwendet werden.
Das Schmiermittel kann auf den Rohmaterialpulverberührungsabschnitt in der Form aufgetragen werden. Das auf den Berührungsabschnitt in der Form aufgetragene Schmiermittel verringert die Reibung mit den Pulvern. Ferner wird es einfach, einen Formling mit einer hohen Dichte herzustellen. Beispiele des Materials für das Schmiermittel umfassen jene Materialien, die im Abschnitt „Weitere Komponenten“ in dem zuvor erwähnten Rohmaterialpulver erwähnt werden.
[Wärmebehandlungsschritt]
Im Wärmebehandlungsschritt wird der Formling einer Wärmebehandlung unterzogen, um Verformungen zu beseitigen, die im beschichteten reinen Eisenpulver und im Eisenlegierungspulver im Formungsschritt entstanden sind.
Die Wärmebehandlungsatmosphäre, die verwendet werden soll, ist eine Atmosphäre mit einer Sauerstoffkonzentration von mehr als 0 Volumen-ppm und weniger als oder gleich 10.000 Volumen-ppm, vorzugsweise mehr als oder gleich 100 Volumen-ppm und weniger als oder gleich 5.000 Volumen-ppm, insbesondere bevorzugt mehr als oder gleich 200 Volumen-ppm und weniger als oder gleich 1.000 Volumen-ppm. Die Wärmebehandlungstemperatur ist vorzugsweise größer als oder gleich 400° C und kleiner als oder gleich 1000° C. Die Wärmebehandlungstemperatur ist vorzugsweise höher als oder gleich 450° C, besonders bevorzugt höher als oder gleich 500° C. Die Wärmebehandlungstemperatur ist vorzugsweise kleiner als oder gleich 900° C, besonders bevorzugt kleiner als oder gleich 800° C. Die Verweilzeit ist vorzugsweise größer als oder gleich 10 Minuten und kleiner als oder gleich 60 Minuten, besonders bevorzugt größer als oder gleich 10 Minuten und kleiner als oder gleich 30 Minuten, besonders bevorzugt größer als oder gleich 10 Minuten und kleiner als oder gleich 15 Minuten. Wenn der Formling unter diesen Bedingungen wärmebehandelt wird, können die Verformungen im beschichteten reinen Eisenpulver und dem Eisenlegierungspulver ausreichend beseitigt werden. Als Ergebnis kann der Hystereseverlust verringert werden. Dementsprechend wird es einfach, einen Eisenkern mit einem geringen Kernverlust herzustellen.
[Anwendung]
Das Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns gemäß der Ausführungsform kann in geeigneter Weise bei der Herstellung eines Eisenkerns verwendet werden, der in verschiedenen elektromagnetischen Komponenten vorgesehen ist (zum Beispiel einer Drossel, einem Transformator, einem Motor, einer Drosselspule, einer Antenne, einer Einspritzdüse, eine Zündspule). Das Rohmaterialpulver (Rohmaterialpulver für den Eisenkern) gemäß der Ausführungsform kann in geeigneter Weise als Rohmaterial für einen Eisenkern verwendet werden.
[Funktioneller Effekt]
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns gemäß der Ausführungsform ist es möglich, wenn „(der Schmelzpunkt Tm der Metallseife) - (die Temperatur Td der Form)“ auf größer als oder gleich 90° C eingestellt wird, eine Pressformung des Rohmaterialpulvers durchzuführen, während verhindert wird, dass die Metallseife schmilzt, und während ein bestimmter Härtegrad der Metallseife im Formungsschritt aufrecht erhalten wird. Aufgrund der Wirkung der Metallseife wird es leicht, die Spannung zu verringern, die von den Eisenlegierungspartikeln auf die reinen Eisenpartikel aufgebracht wird, und gleichzeitig die Schmierfähigkeit während der Pressformung zu erhöhen. Folglich kann eine Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten im dem beschichteten reinen Eisenpulver verhindert werden, selbst wenn die Eisenlegierungspartikel die reinen Eisenpartikel bei der Pressformung verformen. Als Ergebnis der Verhinderung der Beschädigung der Isolierbeschichtungsschichten kann die Isolierung zwischen den Partikeln verbessert werden. Als Ergebnis dieser Verbesserung der Isolierung kann der Wirbelstromverlust verringert werden. Dementsprechend ist es möglich, einen Eisenkern mit einem geringen Eisenverlust (Kernverlust) herzustellen.
<<Testbeispiel 1>>
Es wurden Eisenkernproben hergestellt und die Dichte und die magnetischen Eigenschaften einer jeden Probe ausgewertet.
[Proben Nr. 1 bis 11]
Eisenkerne der Proben Nr. 1 bis 11 wurden auf gleiche Weise wie in dem zuvor erwähnten Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns hergestellt, das heißt, durch das Verfahren mit einem Herstellungsschritt, einem Formungsschritt und einem Wärmebehandlungsschritt, in dieser Reihenfolge.
[Herstellungsschritt]
Es wurden Rohmaterialpulver hergestellt, die jeweils ein beschichtetes reines Eisenpulver, ein beschichtetes Eisenlegierungspulver und eine Metallseife enthielten. Jedes der Rohmaterialpulver der Proben Nr. 1 bis 4 und 6 bis 11, mit Ausnahme der Probe Nr. 5, enthielt zusätzlich ein anderes Schmiermittel als eine Metallseife, wie im Nachfolgenden erwähnt. Es wurden beschichtete reine Eisenpulver hergestellt, die sich zusammensetzten aus: einer Vielzahl von reinen Eisenpartikeln, Isolierbeschichtungsschichten, die jeweils die Außenumfänge der reinen Eisenpartikel bedeckten, und äußere Isolierschichten, die jeweils die Außenumfänge der Isolierbeschichtungsschichten bedeckten. Die reinen Eisenpartikel bestanden aus reinem Eisen (Reinheit: größer als oder gleich 99 Masse-%; der Rest bestand aus unvermeidbaren Verunreinigungen). Der mittlere Teilchendurchmesser (D50) der reinen Eisenpartikel betrug 55 µm. Es wurden beschichtete Eisenlegierungspulver hergestellt, die sich zusammensetzten aus: einer Vielzahl von Eisenlegierungspartikeln, die aus einer Eisenlegierung gebildet sind, Isolierbeschichtungsschichten, die jeweils die Außenumfänge der Eisenlegierungspartikel bedeckten, und äußere Isolierschichten, die jeweils die äußeren Umfänge der Isolierbeschichtungsschichten bedeckten. Der mittlere Teilchendurchmesser (D50) der Eisenlegierungspartikel betrug 60 µm.
Als das Eisenlegierungspulver für die Proben wurden Eisenlegierungspulver hergestellt, die jeweils eine chemische Zusammensetzung, die durch eines der Typensymbole 1 bis c dargestellt wird, und eine bestimmte Vickers-Härte, wie in Tabelle 1 gezeigt, aufwiesen. Die Typensymbole a bis c, die in der Spalte für die chemischen Zusammensetzungen in Tabelle 1 gezeigt sind, sind wie folgt. Jeder der Vickers-Härtewerte in Tabelle 1 war ein Wert, der durch Einbetten der Eisenlegierungspartikel in ein Harz, anschließendes Mahlen des Harzes, um die Eisenlegierungspartikel, die das Eisenlegierungspulver bilden, freizulegen, und anschließendes Messen der freigelegten Eisenlegierungspartikel (ein Mittelwert der gemessenen Werte in Bezug auf n = 10) bestimmt wurde.
Typensymbol a: 9,5 Masse-% Si, 5,5 Masse-% Al, der Rest bestand aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Typensymbol nach Masse: 6,5 Masse-% Si, der Rest bestand aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Typensymbol c: 3,5 Masse-% Si, der Rest bestand aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Eine Isolierbeschichtungsschicht aus Eisenphosphat wurde am Außenumfang eines jeden reinen Eisenpartikels und Eisenlegierungspartikels gebildet, und eine äußere Isolierschicht, die Si-O als Hauptbestandteil enthält, wurde am Außenumfang der Isolierbeschichtungsschicht gebildet. Die Dicke von sowohl der Isolierbeschichtungsschicht als auch der äußeren Isolierschicht betrug etwa 100 nm. Die Bildung der Isolierbeschichtungsschicht wurde durch Bonden (Phosphatieren) durchgeführt. Die Bildung der äußeren Isolierschicht wurde mittels chemischer Umwandlungsbehandlung durchgeführt.
Als Metallseifen in den Rohmaterialpulvern der Proben wurden Li-st (Lithiumstearat), Na-st (Natriumstearat) und Ba-st (Bariumstearat) verwendet, wie in Tabelle 1 gezeigt. Die Schmelzpunkte Tm der Metallseifen sind in Tabelle 1 gezeigt. Jedes Rohmaterialpulver der Proben Nr. 1 bis 4 und 6 bis 11, mit Ausnahme der Probe Nr. 5, enthielten zusätzlich EBS (Ethylenbis (Stearinsäureamid)) als ein anderes Schmiermittel als Metallseife.
Die Anteile des beschichteten Eisenlegierungspulvers, der Metallseife und des anderen Schmiermittels als Metallseife im Rohmaterialpulver einer jeden Probe waren jene Mengen, wie in Tabelle 1 gezeigt, bezogen auf 100 Masse-% des Rohmaterialpulvers und der Rest des Rohmaterialpulvers einer jeden Probe war das beschichtete reine Eisenpulver.
[Formungsschritt]
Jedes der Rohmaterialpulver wurde in eine Form gefüllt und anschließend formgepresst, um einen ringförmigen (Außendurchmesser: 34 mm, Innendurchmesser: 20 mm, Dicke: 5 mm) Formling herzustellen. Als Form wurde eine Form verwendet, die mit einer Matrize, einem oberen Stempel und einem unteren Stempel, einer Kernstange und einer Temperatursteuervorrichtung ausgestattet war. Die Matrize weist ein zylindrisches Durchgangsloch auf. Der obere Stempel und der untere Stempel wiesen eine zylindrische Form mit einer ringförmigen Pressfläche auf und wurden in das Durchgangsloch in der Matrize eingesetzt und aus diesem entfernt. Die Kernstange wies eine Zylinderform auf, die die Innenumfangsfläche des Formlings bildete, und wurde in die Innenseite des oberen Stempels und des unteren Stempels eingesetzt und daraus entfernt. Die Temperatursteuervorrichtung steuerte die Temperatur der Form. Die Pressformung wurde unter der Atmosphäre bei einer Formtemperatur Td, wie in Tabelle 1 gezeigt, unter einem Formdruck von 1.500 MPa durchgeführt. Die Temperatur Td der Form war eine Temperatur, die am Rohmaterialpulver berührenden Teil (zum Beispiel die Innenumfangsfläche der Matrize, eine Pressfläche des oberen Stempels und des unteren Stempels) in der Matrize unter Verwendung eines Thermoelements unmittelbar vor dem Einfüllen des Rohmaterialpulvers gemessen wurde.
[Wärmebehandlungsschritt]
Der Formling wurde wärmebehandelt, um einen Eisenkern herzustellen. Hinsichtlich der Bedingungen für die Wärmebehandlung wurde die Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 700° C mit einer Verweilzeit von 15 Minuten durchgeführt.
[Proben Nr. 101 bis 111]
Es wurden Eisenkerne der Proben Nr. 101 bis 111 auf die gleiche Weise wie bei der Herstellung der im Nachfolgenden erwähnten Proben hergestellt, mit der Ausnahme, dass die im Nachfolgenden genannten Punkte, wie in Tabelle 1 gezeigt, unterschiedlich waren.
Probe Nr. 101 unterschied sich von Probe Nr. 1 dahingehend, dass keine Metallseife in der Probe Nr. 101 enthalten war.
Probe Nr. 102 unterschied sich von Probe Nr. 1 dahingehend, dass die in Probe Nr. 102 verwendete Metallseife Zn-st (Zinkstearat) war.
Probe Nr. 103 unterschied sich von der Probe Nr. 1 dahingehend, dass die in Probe Nr. 103 verwendete Metallseife Al-st (Aluminiumstearat) war.
Probe Nr. 104 unterschied sich von der Probe Nr. 3 dahingehend, dass die Temperatur Td der Form, die für Probe Nr. 104 verwendet wurde, höher war als die, die für die Probe Nr. 3 verwendet wurde.
Probe Nr. 105 unterschied sich von Probe Nr. 8 dahingehend, dass keine Metallseife in der Probe Nr. 105 enthalten war.
Probe Nr. 106 unterschied sich von der Probe Nr. 9 dahingehend, dass keine Metallseife in der Probe Nr. 106 enthalten war.
Probe Nr. 107 unterschied sich von der Probe Nr. 8 dahingehend, dass der Gehalt an beschichtetem Eisenlegierungspulver in der Probe Nr. 107 kleiner war als der in Probe Nr. 8 und keine Metallseife in der Probe Nr. 107 enthalten war.
Probe Nr. 108 unterschied sich von der Probe Nr. 9 dahingehend, dass der Gehalt an beschichtetem Eisenlegierungspulver in der Probe Nr. 108 größer als in der Probe Nr. 9 war und keine Metallseife in der Probe Nr. 108 enthalten war.
Probe Nr. 109 unterschied sich von der Probe Nr. 10 dahingehend, dass keine Metallseife in der Probe Nr. 109 enthalten war.
Probe Nr. 110 unterschied sich von der Probe Nr. 11 dahingehend, dass keine Metallseife in der Probe Nr. 110 enthalten war.
Probe Nr. 111 unterschied sich von Probe Nr. 1 dahingehend, dass die Eisenlegierung in dem beschichteten Eisenlegierungspulver der Probe Nr. 111 eine chemische Zusammensetzung aufwies, die durch das Typensymbol d, wie im Folgenden erwähnt, dargestellt wird, die Vickers-Härte der Probe Nr. 111 niedriger war als die der Probe Nr. 1 und keine Metallseife in der Probe Nr. 111 enthalten war.
Typensymbol d: 3,0 Masse-% Si, der Rest bestand aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen.
[Dichte]
Die Dichte (g/cm³) des Eisenkerns einer jeden Probe wurde gemessen. Die Dichte wurde unter Verwendung eines Archimedes-Verfahrens gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
[Magnetische Eigenschaften]
Die magnetischen Eigenschaften eines Eisenkerns einer jeden Probe wurden wie folgt gemessen. Es wurde ein Kupferdraht um einen ringförmigen Eisenkern einer jeden Probe gewickelt, um ein Messelement herzustellen (eine Primärwickelspule: 300 Windungen, eine Sekundärwickelspule: 20 Windungen). Ein Eisenverlust W1/20k (ein Hystereseverlust + ein Wirbelstromverlust) bei einer erregten magnetischen Flussdichte Bm von 0,1 T und einer Messfrequenz von 20 kHz wurde unter Verwendung des Messelements und eines AC-BH-Kurvenschreibers (Riken Denshi Co., Ltd., BHU-60) bestimmt. Die Ergebnisse der Eisenverluste W1/20k und die Ergebnisse der Wirbelstromverluste W1e/20k sind zusammen in Tabelle 1 dargestellt.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, wiesen die Proben Nr. 1 bis 11, bei denen jeweils die Anforderung erfüllt war, dass die Differenz (Tm-Td) zwischen dem Schmelzpunkt Tm der Metallseife und der Temperatur Td der Form größer als oder gleich 90° C war, geringe Wirbelstromverluste und geringe Eisenverluste (geringe Kernverluste) auf. Zudem wiesen die Proben Nr. 1 bis 11 hohe Dichten auf.
Ein Vergleich zwischen den Proben Nr. 1 bis 7 und den Proben Nr. 101 bis 104, zwischen der Probe Nr. 8 und der Probe Nr. 105, zwischen der Probe Nr. 9 und der Probe Nr. 106, zwischen der Probe Nr. 10 und der Probe Nr. 109 und zwischen der Probe Nr. 11 und der Probe Nr. 110 zeigte, dass der Wirbelstromverlust verringert werden kann, wenn die Anforderung erfüllt ist, dass die zuvor erwähnte Differenz (Tm-Td) größer als oder gleich 90° C ist. Somit zeigte sich, dass der Eisenverlust verringert werden kann. Es wurden die Probe Nr. 8 und die Probe Nr. 107 verglichen. Die Probe Nr. 8 enthielt einen höheren Anteil an beschichtetem Eisenlegierungspulver als die Probe Nr. 107. Somit war es wahrscheinlicher, dass der elektrische Widerstand in der Probe Nr. 8 erhöht ist. Jedoch war es bei der Probe Nr. 8 wahrscheinlich, dass die reinen Eisenpartikel verformt wurden, um den Wirbelstromverlust zu erhöhen. Dennoch wurde gezeigt, dass in der Probe Nr. 8 der Wirbelstromverlust auf einen kleineren Wert als in der Probe Nr. 107 verringert wurde. Somit zeigte sich, dass der Eisenverlust verringert werden kann. Es wurde ein Vergleich zwischen der Probe Nr. 9 und der Probe Nr. 108 durchgeführt. Die Probe Nr. 9 enthielt das beschichtete Eisenlegierungspulver in einer geringeren Menge als die Probe Nr. 108. Daher war es in der Probe Nr. 9 weniger wahrscheinlich, dass sich die reinen Eisenpartikel verformten, um den Wirbelstromverlust zu reduzieren. In der Probe Nr. 9 war es jedoch weniger wahrscheinlich, dass der spezifische elektrische Widerstand erhöht war. Dennoch konnte gezeigt werden, dass in der Probe Nr. 9 der Wirbelstromverlust verringert war. Das heißt, es wurde gezeigt, dass der Eisenverlust verringert werden kann. Es wurde ein Vergleich zwischen den Proben Nr. 1 bis 7 und der Probe Nr. 111 durchgeführt. In jeder der Proben Nr. 1 bis 7 war die Vickers-Härte der Eisenlegierungspartikel höher als die der Probe Nr. 111. Somit war es in jeder der Proben Nr. 1 bis 7 wahrscheinlich, dass die reinen Eisenpartikel verformt wurden, um den Wirbelstromverlust zu erhöhen. Trotzdem konnte gezeigt werden, dass in jeder Probe Nr. 1 bis 7 der Wirbelstromverlust auf einen kleineren Wert als in der Probe Nr. 111 verringert werden konnte. Das heißt, es wurde gezeigt, dass der Eisenverlust verringert werden kann.
Aus den Ergebnissen der Proben Nr. 1 bis 3 wurde gezeigt, dass der Wirbelstromverlust mit Erhöhung der zuvor erwähnten Differenz (Tm-Td) tendenziell kleiner wurde. Aus den Ergebnissen der Proben Nr. 1, 4 und 5 wurde gezeigt, dass die Metallseife wirksam zur Verringerung des Wirbelstromverlusts verwendet werden konnte, selbst wenn die Metallseife in einer geringen Menge hinzugefügt wurde. Ferner wurde zudem gezeigt, dass die Metallseife wirksam war, um den Wirbelstromverlust selbst dann zu verringern, wenn kein anderes Schmiermittel als die Metallseife enthalten war. Aus den Ergebnissen der Proben Nr. 1, 6 und 7 wurde gezeigt, dass, wenn die Anforderung „90° C ≤ Differenz (Tm-Td)“ erfüllt war, der Wirbelstromverlust auch dann reduziert wurde, wenn die Na-st und Ba-st sowie Li-st als Metallseifen verwendet wurden. Dementsprechend wird in den Proben Nr. 102 und 103, in denen Zn-st und Al-st verwendet wurden, obwohl der Wirbelstromverlust nicht verringert war, erwartet, dass der Wirbelstromverlust sich durch Erfüllen der Anforderung: „90° C ≤ Differenz (Tm-Td)“ verringern würde, selbst wenn die verwendete Metallseife Zn-st oder Al-st war. Aus den Ergebnissen der Proben Nr. 1, 8 und 9 wurde gezeigt, dass eine Erhöhung des elektrischen Widerstands sich wahrscheinlicher mit der Zunahme des Gehalts an beschichtetem Eisenlegierungspulver erhöhte. Jedoch war es wahrscheinlicher, dass sich die beschichteten reinen Eisenpartikel verformten, und der Wirbelstromverlust mit zunehmender Menge an beschichtetem Eisenlegierungspulver erhöht wird. Nichtsdestotrotz wurde gezeigt, dass der Effekt der Verringerung des Wirbelstromverlusts deutlich war. Aus den Ergebnissen der Proben Nr. 1, 10 und 11 wurde gezeigt, dass die reinen Eisenpartikel sich mit größerer Wahrscheinlichkeit verformten und der Wirbelstromverlust mit größerer Wahrscheinlichkeit mit zunehmender Vickers-Härte der Eisenlegierungspartikel zunahm. Nichtsdestotrotz wurde gezeigt, dass sich der Wirbelstromverlust verringert hat.
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die offengelegten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist, sondern durch die beigefügten Ansprüche definiert wird, und alle Änderungen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung der Ansprüche umfassen soll.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017169247 [0002]
JP 2012107330 A [0009]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns, umfassend: einen Schritt zur Herstellung eines Rohmaterialpulvers, das ein beschichtetes reines Eisenpulver, das aus einer Vielzahl von reinen Eisenpartikel gebildet ist, die jeweils eine Isolierbeschichtungsschicht aufweisen, ein beschichtetes Eisenlegierungspulver, das aus einer Vielzahl von Eisenlegierungspartikel gebildet ist, die jeweils eine Isolierbeschichtungsschicht aufweisen, und eine Metallseife umfasst; einen Schritt zur Herstellung eines Formlings durch Pressformung des in eine Form gefüllten Rohmaterialpulvers; und einen Schritt zur Durchführung einer Wärmebehandlung des Formlings, um Verformungen im beschichteten reinen Eisenpulver und im beschichteten Eisenlegierungspulver zu beseitigen, wobei eine Differenz Tm-Td zwischen einem Schmelzpunkt Tm der Metallseife und einer Temperatur Td der Form im Schritt zur Herstellung des Formlings größer als oder gleich 90° C ist.
Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns nach Anspruch 1, wobei der Schmelzpunkt Tm der Metallseife größer als oder gleich 200° C ist.
Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperatur Td der Form kleiner als oder gleich 130° C ist.
Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vickers-Härte der Eisenlegierungspartikel größer als oder gleich 200 HV ist.
Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns nach einem der Ansprüche 1, wobei eine Vickers-Härte der Eisenlegierungspartikel größer als oder gleich 200 HV ist, der Schmelzpunkt Tm der Metallseife größer als oder gleich 200° C ist, und die Temperatur Td der Form kleiner als oder gleich 130° C ist.
Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Anteil des beschichteten Eisenlegierungspulvers im Rohmaterialpulver größer als oder gleich 15 Masse-% und kleiner als oder gleich 40 Masse-% ist.
Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Anteil der Metallseife im Rohmaterialpulver größer als oder gleich 0,02 Masse-% und kleiner als oder gleich 0,80 Masse-% ist.
Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jedes der Eisenlegierungspartikel wenigstens ein Zusatzelement, ausgewählt aus Si und Al, enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Dicke von sowohl der Isolierbeschichtungsschicht im beschichteten reinen Eisenpulver als auch der Isolierbeschichtungsschicht im beschichteten Eisenlegierungspulver größer als oder gleich 30 nm und kleiner als oder gleich 300 nm ist.
Verfahren zur Herstellung eines Eisenkerns nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Schritt zur Durchführung einer Wärmebehandlung des Formlings in einer Atmosphäre mit einer Sauerstoffkonzentration von größer als 0 Volumen-ppm und kleiner als oder gleich 10.000 Volumen-ppm bei einer Temperatur von größer als oder gleich 400° C und kleiner als oder gleich 1.000° C und mit einer Verweilzeit von mehr als oder gleich 10 Minuten und weniger als oder gleich 60 Minuten durchgeführt wird.
Rohmaterialpulver für einen Eisenkern, umfassend: ein beschichtetes reines Eisenpulver, das aus einer Vielzahl von reinen Eisenpartikel gebildet ist, die jeweils eine Isolierbeschichtungsschicht aufweisen; ein beschichtetes Eisenlegierungspulver, das aus einer Vielzahl von Eisenlegierungspartikel gebildet ist, die jeweils eine Isolierbeschichtungsschicht aufweisen; und eine Metallseife, die einen Schmelzpunkt Tm von wenigstens 200° C aufweist, wobei eine Vickers-Härte der Eisenlegierungspartikel größer als oder gleich 200 HV ist, ein Anteil des beschichteten Eisenlegierungspulvers größer als oder gleich 15 Masse-% und kleiner als oder gleich 40 Masse-% ist, und ein Anteil der Metallseife größer als oder gleich 0,02 Masse-% und kleiner als oder gleich 0,80 Masse-% ist.