專利名稱：鐵磁粉末組合物及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含電絕緣鐵基粉末的粉末組合物及其制造方法。本發(fā)明進一步涉及由該組合物制成的軟磁復(fù)合部件的制造方法以及所得部件。
背景技術(shù)：
軟磁材料用于例如感應(yīng)器中的芯材、電動機的定子和轉(zhuǎn)子、傳動器、傳感器和變壓器鐵心之類的用途。傳統(tǒng)上，軟磁芯(例如電動機中的轉(zhuǎn)子和定子)由堆疊鋼層壓板制成。軟磁復(fù)合(SMC)材料基于軟磁粒子(通常為鐵基)，在各粒子上具有電絕緣涂層。通過使用傳統(tǒng)粉末冶金(PM)壓制法任選地與潤滑劑和/或粘合劑一起壓制該絕緣粒子，獲得SMC部件。通過使用粉末冶金技術(shù)，與使用鋼層壓板相比，可以制造在SMC部件設(shè)計中具有更高自由度的材料，因為SMC材料可攜帶三維磁通量并且可通過壓制法獲得三維形狀。鐵芯部件的兩個關(guān)鍵特性是其磁導(dǎo)率和鐵芯損耗特性。材料的磁導(dǎo)率表明其被磁化的能力或其攜帶磁通量的能力。磁導(dǎo)率是指感應(yīng)磁通量與磁化力或場強的比率。當磁性材料暴露在交變場中時，由于磁滯損耗和潤流損耗而發(fā)生能量損耗。磁滯損耗(DC損耗)(其在大多數(shù)發(fā)動機用途中構(gòu)成大部分的總鐵芯損耗)由克服鐵芯部件內(nèi)的殘留磁力所必需的能量支出引起?？梢酝ㄟ^改進基礎(chǔ)粉末純度和品質(zhì)，但最重要地，通過提高部件的熱處理(即應(yīng)力釋放)的溫度和/或時間來使所述力最小化。渦流損耗(AC損耗)由鐵芯部件中的電流生成引起，所述電流生成歸因于由交流電(AC)條件引起的變化通量。為使渦流最小化，部件的高電阻率是合意的。使AC損耗最小化所需的電阻率水平取決于應(yīng)用類型(工作頻率)和部件尺寸。磁滯損耗與交變電場的頻率成比例，而渦流損耗與該頻率的平方成比例。因此，在高頻率下，渦流損耗主要有關(guān)系，并尤其要求降低渦流損耗并仍保持低磁滯損耗水平。對使用絕緣軟磁粉末的在高頻率下運行的用途而言，希望使用具有更細粒度的粉末，因為可以將產(chǎn)生的渦流限于較小量，只要各粉末粒子的電絕緣充足(粒子內(nèi)渦流)。因此，細粉以及高電阻率對在高頻率下工作的部件而言變得更重要。無論離子絕緣如何有效，在部件本體內(nèi)始終有一部分不受限制的渦流，以造成損失。本體渦流損失與攜帶磁通量的壓制部件的橫截面積成比例。因此，攜帶磁通量的具有打橫截面積的部件需要較高的電阻率以限制本體渦流損耗。具有10-600微米、例如100-400微米的平均粒度，大約180微米至250微米的平均粒度且少于10%的粒子具有低于45微米的粒度的絕緣鐵基軟磁粉末(40目粉末)常用于在最高達IkHz頻率下工作的部件。平均粒度為50-150微米，例如大約80微米至120微米且10-30%小于45微米的粉末(100目粉末)可用于在200Hz至IOkHz下工作的部件，而在2kHz至50kHz頻率下工作的部件通?；谄骄６葹榇蠹s20-75微米，例如大約30微米至50微米且多于40%小于45微米的絕緣軟磁粉末(200目粉末)。優(yōu)選地平均粒度和粒度分布應(yīng)根據(jù)應(yīng)用要求優(yōu)化。因此重均粒度的實例為10-450微米，20-400微米，20-350微米，30-350 微米，30-300 微米，20-80 微米，30-50 微米，50-150 微米，80-120 微米，100-400微米，150-350 微米，180-250 微米，120-200 微米。對某些具體用途而言，較細粒度是優(yōu)選的。在這些用途中，優(yōu)選的重均粒度是10-50微米，大約90重量％的粉末通常低于75微米。使用涂布鐵基粉末的磁芯部件的粉末冶金制造中的研究已旨在開發(fā)提高某些物理和磁性性質(zhì)而不會有害地影響最終部件的其它性質(zhì)的鐵粉組合物。所需部件性質(zhì)包括，例如，通過大頻率范圍的高磁導(dǎo)率、低鐵芯損耗、高飽和感應(yīng)和高機械強度。所需粉末性質(zhì)進一步包括對壓模技術(shù)的適用性，這意味著該粉末容易模制成高密度部件，其容易在部件表面無破壞的情況下從模制設(shè)備中推出。授予Lashmore的美國專利6309748描述了具有大約40至大約600微米的直徑和位于各粒子上的無機氧化物涂層的鐵磁粉末。
授予Jansson的美國專利6348265教導(dǎo)了涂有含磷和氧的薄涂層的鐵粉,該涂布粉末適合壓制成可以熱處理的軟磁芯。授予Soileau的美國專利4601765教導(dǎo)了利用先用堿金屬硅酸鹽膜涂布和然后用有機硅樹脂聚合物再涂布的鐵粉的壓制鐵芯。授予Moro的美國專利6149704描述了用酚樹脂和/或有機硅樹脂和任選氧化鈦或氧化鋯溶膠的涂層電絕緣的鐵磁粉末。將所得粉末與金屬硬脂酸鹽潤滑劑混合并壓制成鐵粉芯。授予Kejzelman等人的美國專利7153594教導(dǎo)了包含軟磁鐵基芯粒和潤滑量的選自硅烷、鈦酸鹽、鋁酸鹽、鋯酸鹽或其混合物的化合物的鐵磁粉末組合物。授予Moro的美國專利7235208教導(dǎo)了具有絕緣粘合劑的由鐵磁粉末制成的鐵粉芯，鐵磁粉末分散在所述絕緣粘合劑中，其中所述絕緣粘合劑包含三官能烷基-苯基有機硅樹脂和任選無機氧化物、碳化物或氮化物。專利申請PCT/SE2009/050278教導(dǎo)了包含軟磁鐵基芯粒的鐵磁粉末組合物，其中所述芯粒的表面具有第一無機絕緣層和位于第一層外的至少一個具有下列通式RJ(R1)X(R2)y (MOlri) ]J1R1的金屬-有機化合物的金屬-有機層,且其中莫氏硬度小于3. 5的金屬或半金屬微粒化合物粘附在所述至少一個金屬-有機層上；且其中該粉末組合物進一步包含微粒潤滑劑。軟磁元件領(lǐng)域內(nèi)的另一些文獻是授予Yuuichi的公開號為JP2007-129154的日本專利申請JP 2005-322489 ;授予Maeda的公開號為JP2007-088156的日本專利申請JP2005-274124 ;授予 Masaki 的公開號為 JP2006-0244869 的日本專利申請 JP 2004-203969 ；授予Ueda的公開號為2006-233295的日本專利申請2005-051149和授予Watanabe的公開號為2006-245183的日本專利申請2005-057193。持續(xù)需要軟磁粉末組合物的改進的性能，例如改進的鐵芯損耗特性和電阻率。因此，非常希望找到提高軟磁粉末組合物的性能的產(chǎn)品和方法。發(fā)明概述本發(fā)明涉及包含軟磁鐵基芯粒的鐵磁粉末組合物，其中所述芯粒的表面具有至少一個基于磷的無機絕緣層并然后至少部分被金屬-有機化合物覆蓋，其中金屬-有機化合物的總量為該粉末組合物的O. 005至O. 05重量％，且至少一種金屬-有機化合物是可水解的并選自烷基烷氧基硅烷、烷基烷氧基(聚)硅氧烷、烷基烷氧基倍半硅氧烷、或其中可水解的金屬-有機化合物的中心金屬原子取而代之地由Ti、Al或Zr構(gòu)成的相應(yīng)化合物；且其中該粉末組合物進一步包含潤滑劑。所述基于磷的無機絕緣層完全或部分被至少一種可水解的金屬-有機化合物(優(yōu)選為液體形式)的覆蓋。添加的金屬-有機化合物的總量應(yīng)優(yōu)選低于該組合物的O. 05重量％。所述粉末組合物還包含潤滑劑。將潤滑劑添加到包含具有至少一個基于磷的無機絕緣層的芯粒的組合物中，所述基于磷的無機絕緣層部分或完全被至少一種可水解的金屬-有機化合物(優(yōu)選為液體形式)的覆蓋。本發(fā)明還涉及制備軟磁復(fù)合材料的方法，包括在模頭中在至少大約600MPa的壓制壓力下單軸壓制本發(fā)明的組合物；任選地，將該模頭預(yù)熱，例如將該模頭預(yù)熱至比加入的微粒潤滑劑的熔融溫度低的溫度；推出所得生坯體；和任選地，熱處理該坯體。本發(fā)明的復(fù) 合部件通常具有大約O. 01-0. 15重量％的磷(P)含量和該部件的大約O. 001-0. 03重量％的添加到基礎(chǔ)粉末中的選自Si、Ti、Zr、Al的金屬兀素含量。在本發(fā)明的一個實施方案中，可以將包含電絕緣鐵基粉末的鐵基粉末組合物壓制成具有高電阻率和低鐵芯損耗的軟磁部件。在本發(fā)明的另一實施方案中，可以將包含電絕緣鐵基粉末的鐵基粉末組合物壓制成具有高強度的軟磁部件，可以在適宜的熱處理溫度下對該部件熱處理而不會不可接受地損害鐵基粉末的電絕緣涂層。在本發(fā)明的再一實施方案中，可以使用最低添加量的潤滑劑將包含電絕緣鐵基粉末的鐵基粉末組合物壓制成軟磁部件，同時保持在可接受的水平下的推出性能。在本發(fā)明的再一實施方案中，可以將包含電絕緣鐵基粉末的鐵基粉末組合物壓制成具有高強度、高最大磁導(dǎo)率和高感應(yīng)的軟磁部件，同時使磁滯損耗最小化并使渦流損耗保持在低水平。在本發(fā)明的再一實施方案中，提供了制造鐵基粉末組合物的方法，所述粉末組合物包含電絕緣鐵基粉末，具有通過例如霍爾流測得的可接受的粉末性質(zhì)。在本發(fā)明的再一實施方案中，提供了制造包含電絕緣鐵基粉末的鐵基粉末組合物的方法，而無需任何有毒或不環(huán)保的溶劑或干燥程序。在本發(fā)明的再一實施方案中，提供一種方法，其中可以使用最低添加量的添加劑將包含電絕緣鐵基粉末的鐵基粉末組合物壓制成軟磁部件，以改進推出性能以及壓制的軟磁復(fù)合部件的電阻率。在本發(fā)明的再一實施方案中，提供了制造經(jīng)壓制的和任選熱處理的軟磁鐵基復(fù)合部件的方法，該復(fù)合部件具有低的鐵芯損耗以及充足的機械強度和可接受的磁通密度(感應(yīng))和最大磁導(dǎo)率。在本發(fā)明的再一實施方案中，提供了制造具有聞強度、聞最大磁導(dǎo)率、聞感應(yīng)和低鐵芯損耗的經(jīng)壓制和熱處理的軟磁部件的方法，其通過使磁滯損耗最小化并使渦流損耗保持在低水平而獲得。發(fā)明詳述基礎(chǔ)粉末所述鐵基軟磁芯粒可以是水霧化的、氣霧化的或海綿鐵粉，但水霧化粉末是優(yōu)選的。該鐵基軟磁芯?？蛇x自由下述材料組成的組基本純的鐵，具有最多7重量％、優(yōu)選最多3重量％硅的合金鐵Fe-Si，選自Fe-Al、Fe-Si-Al、Fe-Ni、Fe-Ni-Co的合金鐵，或它們的組合。基本純的鐵是優(yōu)選的，即，具有不可避免的雜質(zhì)的鐵。該粒子可以是球形或不規(guī)則形狀，不規(guī)則形狀的粒子是優(yōu)選的。表觀密度(AD)可以為2. 8至4. O克/立方厘米，優(yōu)選3. I至3. 7克/立方厘米。具有100-400微米、例如大約180微米至250微米的平均粒度且少于10%的粒子具有低于45微米的粒度的絕緣鐵基軟磁粉末(40目粉末)常用于在最高達IkHz頻率下工作的部件。平均粒度為50-150微米、例如大約80微米至120微米且10-30%小于45微米的粉末(100目粉末)可用于在200Hz至IOkHz下工作的部件，而在2kHz至50kHz頻率下工作的部件通常基于平均粒度為大約20-75微米、例如大約30微米至50微米且多于40%小于45微米的絕緣軟磁粉末(200目粉末)。優(yōu)選地平均粒度和粒度分布應(yīng)根據(jù)要求而優(yōu)化。因此重均粒度的實例為10-450微米，20-400微米，20-350微米，30-350微米，30-300微米， 20-80 微米，30-50 微米，50-150 微米，80-120 微米，100-400 微米，150-350 微米，180-250 微米，120-200微米。但是，對某些高頻率用途而言，較細粒度是優(yōu)選的。在這些用途中，優(yōu)選的重均粒度是10-50微米。無機涂層所述芯粒具有第一無機絕緣層，其優(yōu)選是基于磷的?？赏ㄟ^用溶解在水或有機溶劑中的磷酸處理鐵基粉末來獲得這種第一涂層。在水基溶劑中，任選地加入防銹劑和表面活性劑。在US6348265中描述了涂布該鐵基粉末粒子的優(yōu)選方法?？梢灾貜?fù)該磷酸化處理。該鐵基芯粒的基于磷的絕緣無機涂層優(yōu)選無任何添加劑，例如摻雜劑、防銹劑或表面活性劑。該層中的磷含量可以為該組合物的O. 01至O. 15重量％?？伤獾慕饘?有機化合物的添加將任何液體或固體添加到鐵基粉末組合物中都導(dǎo)致較復(fù)雜和昂貴的加工或最終復(fù)合材料的較差軟磁性能。因此，使任何添加重量或體積最小化是相當有意義的。所述可水解的金屬-有機化合物的有機部分的長度、尺寸和化學(xué)官能可用于控制該化合物的疏水性或潤濕特性以及粘度。因此，本發(fā)明的優(yōu)選的可水解金屬-有機化合物是表現(xiàn)出低粘度和對本文所述的鐵基粉末的極高可濕性的那些?；诹椎臒o機絕緣層完全或部分被至少一種可水解的金屬-有機化合物覆蓋。該金屬-有機可水解化合物可選自下述類別表面改性劑、偶聯(lián)劑或交聯(lián)劑。該可水解金屬-有機化合物可選自中心原子由Si構(gòu)成的娃燒、娃氧燒和倍半娃氧燒,或中心原子由Ti、Al或Zr構(gòu)成的相應(yīng)化合物，或它們的混合物。所述化合物可以是它們的衍生物、中間體或低聚物。最優(yōu)選的化合物存在于聚硅氧烷和倍半硅氧烷類別中，其中Ο/Si比高于1，即(Si-Ox)n,其中 χ>1,優(yōu)選 χ>1· 5,且 η 大于 2。與可水解的金屬-有機化合物相比，不可水解的金屬-有機化合物造成差的粉末性質(zhì)，例如霍爾流速。因此，可水解的化合物是優(yōu)選的。但是，可以將不可水解的金屬-有機化合物與可水解的化合物聯(lián)合添加。因此，所述基于磷的無機絕緣層可完全或部分被至少一種可水解金屬-有機化合物和至少一種不可水解的金屬-有機化合物的混合物(固體或液體形式、優(yōu)選液體形式)覆蓋。倍半硅氧烷類還包含沒有任何可水解基團的僅氫取代的倍半硅氧烷、僅芳基取代的倍半硅氧烷或僅烷基取代的倍半硅氧烷。在這些情況下，該倍半硅氧烷可溶解在可水解的化合物中，例如烷基化或芳基化的烷氧基聚硅氧烷、烷基化或芳基化的烷氧基低聚硅氧烷、或烷基化或芳基化的烷氧基硅烷。在例如水溶液中預(yù)水解的制劑也在本發(fā)明的范圍內(nèi)?？伤饣鶊F優(yōu)選選自具有少于4個、優(yōu)選少于3個碳原子的烷氧基，例如甲氧基、
乙氧基、丙氧基或乙酰氧基。任選地，所述可水解的金屬-有機化合物可包括至少一個提供改進的表面粘合或反應(yīng)的有機部分。該有機部分因此還可包括一個或多個選自化學(xué)類別胺、銨、酰胺、亞胺、酰亞胺、疊氮、脲基、氨基甲酸乙酯、氰酸酯、異氰酸酯、硝酸酯、亞硝酸酯、芐基胺、乙烯基芐基胺的官能團。也可任選包括例如環(huán)氧基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯基、乙烯基、巰基、硫、硫化物之類的類別。優(yōu)選地，至少一個有機部分可以包含至少一個含氮基團。更優(yōu)選地，至 少一個有機部分可以包含至少一個氨基。最優(yōu)選的可水解化合物可選自燒基燒氧基娃燒、燒基燒氧基(聚)娃氧燒、燒基燒氧基倍半硅氧烷、芳基烷氧基硅烷、芳基烷氧基(聚)硅氧烷和芳基烷氧基倍半硅氧烷。烷基燒氧基聚娃氧燒和芳基燒氧基聚娃氧燒可以分別是燒基燒氧基低聚娃氧燒和芳基燒氧基低聚硅氧烷。也可以使用其它金屬-有機化合物，例如氫倍半硅氧烷、芳基倍半硅氧烷和/或烷基倍半硅氧烷，條件是它們與可水解化合物結(jié)合。所提到的化合物的烷基或芳基優(yōu)選包含至少一個氨基官能。不受制于任何特定理論，但據(jù)信，即使以如本發(fā)明中這么少的量添力口，不可水解的金屬-有機化合物，尤其是倍半硅氧烷，也可提高最終部件的電阻率。添加的不可水解金屬-有機化合物的量應(yīng)構(gòu)成添加的金屬-有機化合物總量的小于95重量％，優(yōu)選小于80重量％。如果所述金屬-有機化合物是單體，其可選自三烷氧基和二烷氧基硅烷、鈦酸鹽/酯、鋁酸鹽/酯或鋯酸鹽/酯。該金屬-有機化合物的單體因此可選自3-氨基丙基-三甲氧基娃燒、3-氣基丙基_ 二乙氧基娃燒、3-氣基丙基_甲基_ _■乙氧基娃燒、N-氣基乙基_3_氛基丙基_ 二甲氧基娃燒、N-(正丁基)-3-氛基丙基_ 二甲氧基娃燒、N-苯基-3-氛基丙基_ 二甲氧基娃燒、N-氛基乙基-3-氛基丙基_甲基_ 二甲氧基娃燒、1，7_雙(二乙氧基甲娃燒基)-4-氮雜庚燒、二氨基_官能丙基_ 二甲氧基娃燒、3-服基丙基_ 二乙氧基娃燒、3-異氰酸根丙基-二乙氧基娃燒、二(3-二甲氧基甲娃燒基丙基)-異氰服酸酯、3-縮水甘油醚氧基丙基-N-三乙氧基甲硅烷基丙基-氨基甲酸乙酯、I-氨基甲基-三乙氧基硅烷、I-氨基乙基-甲基-二甲氧基硅烷、或它們的混合物。還包括水性無醇氨基硅烷水解產(chǎn)物。聚合和低聚金屬-有機化合物，或金屬-有機化合物的聚合物和低聚物，可選自硅烷、鈦酸鹽/酯、鋁酸鹽/酯或鋯酸鹽/酯的聚合物或低聚物。因此該金屬-有機化合物的聚合物或低聚物可選自烷氧基改性的芳基/烷基/氫倍半硅氧烷、烷氧基改性的芳基/烷基/氫硅氧烷、烷氧基改性的芳基/烷基/氫聚硅氧烷、或它們的衍生物和中間體。該金屬-有機化合物的聚合物和低聚物因此可選自甲基甲氧基硅氧烷、乙基甲氧基硅氧烷、苯基甲氧基硅氧烷、甲基乙氧基硅氧烷、氫甲氧基硅氧烷、或相應(yīng)的預(yù)水解的硅烷醇、烷氧基改性的氫/甲基/苯基或乙烯基倍半硅氧烷、或它們的混合物。更優(yōu)選地，該金屬-有機化合物的聚合物和低聚物可選自低聚3-氨基丙基-甲氧基-硅烷、3-氨基丙基/丙基-甲氧基-硅燒、N-氨基乙基-3-氨基丙基-甲氧基_娃燒、或N-氨基乙基-3-氨基丙基/甲基-燒氧基_娃燒、3-氨基丙基_甲氧基-娃氧燒、I-氨基_乙基_甲氧基-娃氧燒、3-氨基丙基/丙基-甲氧基_娃氧燒、N-氨基乙基_3_氨基丙基/甲基-甲氧基_娃氧燒、I-氨基乙基-倍半硅氧烷、甲氧基封端的甲基倍半硅氧烷、甲氧基封端的苯基倍半硅氧烷、甲氧基封端或乙氧基封端的氨基倍半硅氧烷，例如甲氧基封端的3-氨基丙基-倍半硅氧烷和甲氧基封端的3-(2-氨基乙基)-氨基丙基-倍半硅氧烷，或它們的混合物。所述倍半硅氧烷可選自封閉或打開的氧化硅籠，即T-8、T-10、T-12等。優(yōu)選地，所述至少一種可水解的金屬-有機化合物選自3-氨基丙基-三乙氧基_娃燒、低聚3-氨基丙基_甲氧基-娃燒、甲基甲氧基娃氧燒、苯基甲氧基娃氧燒、甲氧基封端的甲基倍半硅氧烷、甲氧基封端的苯基倍半硅氧烷、甲氧基封端的3-氨基丙基倍半硅氧烷或甲氧基封端的3- (2-氨基乙基)-氨基丙基倍半硅氧烷、或它們的混合物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與潤滑劑一起添加非常少量的可水解金屬-有機化合物對經(jīng)壓制和熱 處理的復(fù)合部件的粉末和磁性性質(zhì)(例如表觀密度、霍爾流速、模具推出力和電阻率)具有令人驚訝的積極影響。金屬-有機化合物的總量為該組合物重量的O. 005-0. 050%，優(yōu)選地上限低于O. 050%，例如 O. 005-0. 045%,O. 010-0. 045%,O. 020-0. 040%，或 O. 020-0. 035%。這些種類的金屬-有機化合物可購自 Evonik Ind.、Wacker Chemie AG、Dow Corning Corp. >Gelest Ltd> Mitsubishi Int. Corp. > Famas Technology Sdir 等公司。任選地，可加入催化劑化合物作為對可水解金屬-有機化合物的補充。該催化劑化合物優(yōu)選選自鈦酸酯、錫或鋯酸酯的金屬-有機醚或酯，例如鈦酸叔丁酯。潤滑劑本發(fā)明的粉末組合物包含潤滑劑，例如油或固態(tài)潤滑劑。優(yōu)選地，該潤滑劑是非金屬的、非熔融粘合的微粒潤滑劑。微粒潤滑劑發(fā)揮重要作用，并且無需施加模頭壁潤滑就能壓制。該微粒潤滑劑可選自由伯和仲脂肪酸酰胺、脂肪酸醇或雙酰胺組成的組。該微粒潤滑劑的潤滑部分可以是含有12-22個碳原子的飽和或不飽和鏈。該微粒潤滑劑可優(yōu)選選自硬脂酰胺、芥酰胺、硬脂基芥酰胺、芥酸硬脂酰胺、山蕾醇、瓢兒菜醇(erucyl alcohol),亞乙基-雙油烯酰胺、亞乙基-雙硬脂酰胺(即EBS或者酰胺蠟)、或亞甲基-雙硬脂酰胺。該潤滑劑可以以組合物重量的0. 01-1 %、或0. 01-0. 6 %、或0. 05-1 %、或0. 05-0. 6 %、或0. 1-0. 6%、或0· 2-0. 4%、或0· 3-0. 5%、或0· 2-0. 6%的量存在。組合物的制備方法本發(fā)明的制備鐵磁粉末組合物的方法包括-用基于磷的無機化合物涂布軟磁鐵基芯粒以獲得基于磷的無機絕緣層，以使芯粒表面電絕緣。-任選地，將催化劑添加到可水解的金屬-有機化合物中。-將所述涂布的芯粒與至少一種可水解的金屬-有機化合物混合，以如上所述使所述粒子至少部分被所述金屬-有機化合物覆蓋。-將所述經(jīng)涂布和覆蓋的芯粒與潤滑劑(例如微粒潤滑劑)混合。制造軟磁部件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的制備軟磁復(fù)合材料的方法包括在模頭中在至少大約600MPa的壓制壓力下單軸壓制本發(fā)明的組合物；任選地，將該模頭預(yù)熱，例如預(yù)熱至比加入的微粒潤滑劑的熔融溫度低的溫度；任選地，在壓制前將該粉末預(yù)熱至25-100°C ;推出所得生坯體；和在真空、非還原性、惰性或弱氧化性氣氛中在500-750°C的溫度熱處理該坯體。模頭溫度重要，并可用于調(diào)節(jié)磁性能，例如密度、磁導(dǎo)率和電阻率。一般而言，如果壓制壓力較高，則(微粒)潤滑劑可以較少和模頭溫度可以較高。較細粒度的粉末(例如100至200目粉末)與粗粉(例如40目)相比對高模頭溫度更敏感。模頭溫度優(yōu)選設(shè)定為大約30-120°C，或50-100°C，或 60-90 0C，或 50-90 0C，或 50-80 °C。該熱處理坯體的工藝可以在空氣、真空、非還原性、惰性或弱氧化性氣氛(例如O. 01至3%氧)中進行。任選地，該熱處理在惰性氣氛中進行，此后暴露在氧化氣氛(如蒸汽)中，以氧化或構(gòu)建較高強度的表面外殼或?qū)印Ｔ摐囟瓤梢愿哌_750°C。熱處理條件應(yīng)當可以使?jié)櫥瑒┱舭l(fā)和可以使部件釋放應(yīng)力。潤滑劑蒸發(fā)或燒除在熱處理周期的第一部分中在大約250至500°C以上獲得。在熱處理周期的最高溫度 (500-750°C，或者520-600°C，或者530_58(TC，或者530_57(TC )下，該壓制體將釋放應(yīng)力，并由此降低該復(fù)合材料的磁滯損耗。根據(jù)本發(fā)明制成的經(jīng)壓制和熱處理的軟磁復(fù)合材料優(yōu)選具有該復(fù)合部件的O. 01-0. 15重量％的磷含量、該部件的O. 001-0. 03重量％的添加到基礎(chǔ)粉末中的選自Si、Ti、Zr、Al的金屬元素含量。該金屬元素優(yōu)選是Si。實施例要理解的是，本文所述的實施例和實施方案僅用于舉例說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可據(jù)此想到各種修改或變動，并它們應(yīng)包含在本申請的實質(zhì)和范圍內(nèi)，并被認為在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。通過下列實施例例證本發(fā)明。實施例I使用具有大約220微米的平均粒度且少于5%的粒子具有低于45微米的粒度的鐵基水霧化粉末(40目粉末)，進一步為其提供電絕緣的基于磷的薄層(Somatoy藝700)。然后將所有樣品(參照物除外)與O. 03重量％的由甲基和苯基甲氧基硅氧烷、甲基倍半硅氧烷和甲氧基改性的苯基倍半硅氧烷構(gòu)成的液體可水解金屬-有機化合物混合。然后將所有樣品根據(jù)表I與微粒潤滑劑混合，然后在IlOOMPa下模制成內(nèi)徑45毫米、外徑55毫米且高5毫米的環(huán)芯(toroids)。將工具模頭在硬脂酸酰胺(SAA)樣品的情況下預(yù)熱至80°C，在EBS樣品的情況下預(yù)熱至100°C。表I顯示了粉末性質(zhì)的推出性能。表I.在0D55/ID45XH15mm環(huán)芯上測得的推出力
樣品Fs (kN) Fd (kN)
參照物(O. 3重量％ SAA) 16596
Al (O. 30 重量 ％ SAA) —15099
BI (O. 25 重量 ％ SAA) 一148110
Cl (O. 30 重量％ EBS) —14280
Dl (O. 25 重量 ％ EBS) 一15591
El (O. 20 重量 ％ EBS)16496對根據(jù)本發(fā)明處理的樣品而言，靜態(tài)推出力(Fs)降低。與參照物相比，樣品A和C表明用酰胺蠟(EBS)代替硬脂酸酰胺(SAA)可進一步改進粉末性質(zhì)。由于推出性能改進，可降低潤滑劑的量以改進壓制密度和例如磁感應(yīng)。因此樣品D和E與參照物和B相比表現(xiàn)出改進的或至少相等的靜態(tài)推出力(Fs)以及動態(tài)力(Fd)。實施例2表2顯示根據(jù)實施例I處理的40目粉末的密度和磁性能。在空氣氣氛中進行在530°C的熱處理工藝30分鐘。通過四點測量法測量所得樣品的比電阻率。為了進行磁性測量，將環(huán)在初級電路中盤繞100轉(zhuǎn)并在次級電路中盤繞100轉(zhuǎn)，以便能借助磁滯曲線圖進行測量(Brockhaus MPG 100)。表2. 40目粉末
鐵芯損耗鐵芯損I
B ffl環(huán)密度電》·率_ Α@ IT和耗@ IT樣品likA/m μ歡^
(g/cm3) (p-Ohm.m)4_Hz 和 IkHz
(W/kg) (W/kg)
參照物(0.30重
7.63851.65 737 42.9139.1
J%SAA)
A2 (0.30 重量 %
7J1 9m1.63 563 40.2 119.2SAA)I
B2 ( 25 重量 ％
. 7.64 580 1.65 606 40.2 120.3SAA)_______
C2 (0.30 重量 %
7.6393i1J3 575 40119.3
E BS)_
D2 (0.25 重量 %
7.65 6901.64 593 40.0 118J
EBS)_______
E2 (0.2 重量 ％
7.68 4201.67 621 39.51_8 丨
IBS)_______I從表2中可看出，根據(jù)本發(fā)明制成的壓制體的電阻率顯著改進，這又降低渦流損耗和鐵芯損耗。實施例3用根據(jù)實施例I的可水解的金屬-有機化合物處理樣品，并進一步與EBS混合，并使用80°C的模頭溫度在800MPa下壓制。將樣品C和D僅與O. 2% EBS混合，并以100°C的模頭溫度在IlOOMPa下壓制。將參照樣品與O. 4重量％ KeilO丨llbe 混合，并在800MPa下冷壓制。參照樣品的熱處理為530°C 30分鐘，而根據(jù)本發(fā)明的樣品根據(jù)表3在530°C或550°C下熱處理30分鐘，都在空氣氣氛中進行。此后根據(jù)實施例2測量磁性能。表3. 40目粉末
權(quán)利要求
1.包含軟磁鐵基芯粒的鐵磁粉末組合物，其中所述芯粒的表面具有至少一個基于磷的無機絕緣層并然后至少部分被金屬-有機化合物覆蓋，其中金屬-有機化合物的總量為所述粉末組合物的O. 005至O. 05重量％，且至少一種金屬-有機化合物是可水解的并選自烷基烷氧基硅烷、烷基烷氧基(聚)硅氧烷、烷基烷氧基倍半硅氧烷、芳基烷氧基硅烷、芳基烷氧基(聚)硅氧烷、芳基烷氧基倍半硅氧烷、或其中可水解金屬-有機化合物的中心金屬原子取而代之地由Ti、Al或Zr構(gòu)成的相應(yīng)化合物；且其中所述粉末組合物進一步包含潤滑劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的鐵磁粉末組合物，其中所述金屬-有機化合物進一步包含氫倍半硅氧烷、芳基倍半硅氧烷和/或烷基倍半硅氧烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2的鐵磁粉末組合物，其中金屬-有機化合物的總量為所述組合物重量的 O. 010-0. 045%、優(yōu)選 O. 020-0. 040%或更優(yōu)選 O. 020-0. 035%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項的鐵磁粉末組合物，其中所述潤滑劑的量為所述組合物重量的 O. 01-1%,優(yōu)選 O. 05-1 %，優(yōu)選 O. 05-0. 6%或 O. 01-0. 6%，優(yōu)選 O. 1-0. 6%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項的鐵磁粉末組合物，其中所述潤滑劑是微粒潤滑劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的鐵磁粉末組合物，其中所述微粒潤滑劑選自由伯和仲脂肪酸酰胺、脂肪酸醇或雙酰胺組成的組。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項的鐵磁粉末組合物，其中所述至少一種可水解的金屬-有機化合物是單體，并選自三烷氧基和二烷氧基-硅烷、鈦酸鹽/酯、鋁酸鹽/酯或鋯酸鹽/酯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項的鐵磁粉末組合物，其中所述至少一種可水解的金屬-有機化合物是聚合物或低聚物，并選自烷基烷氧基(聚)硅氧烷或芳基烷氧基(聚)硅氧烷、或它們的衍生物和中間體、或其中金屬-有機化合物的中心金屬原子取而代之地由Ti、Al或Zr構(gòu)成的相應(yīng)化合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項的鐵磁粉末組合物，其中所述至少一種金屬-有機化合物是3-氨基丙基_ 二乙氧基_娃燒、低聚3-氨基丙基_甲氧基-娃燒、甲基甲氧基娃氧燒、苯基甲氧基硅氧烷、甲氧基封端的甲基倍半硅氧烷、甲氧基封端的苯基倍半硅氧烷、甲氧基封端的3-氨基丙基倍半硅氧烷、或甲氧基封端的3- (2-氨基乙基)-氨基丙基倍半硅氧烷、或它們的混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項的鐵磁粉末組合物，其中所述絕緣鐵基軟磁粉末具有10-600微米的平均粒度。
11.制備鐵磁粉末組合物的方法，包括 a)用基于磷的無機絕緣層涂布軟磁鐵基芯粒，以使該芯粒的表面被基于磷的無機絕緣層電絕緣； b)將所述被涂布的軟磁鐵基芯粒與金屬-有機化合物混合，其中至少一種金屬-有機化合物是可水解的并選自烷基烷氧基硅烷、烷基烷氧基(聚)硅氧烷、烷基烷氧基倍半硅氧烷、芳基烷氧基硅烷、芳基烷氧基(聚)硅氧烷、芳基烷氧基倍半硅氧烷、或其中可水解金屬-有機化合物的中心金屬原子取而代之地由Ti、Al或Zr構(gòu)成的相應(yīng)化合物，以使所述芯粒至少部分被所述金屬-有機化合物覆蓋；且金屬-有機化合物的總量為所述組合物的O.005至O. 05重量％ ;和c)將所述涂布和覆蓋的芯粒與潤滑劑混合。
12.制備軟磁復(fù)合材料的方法，包括 a)在模頭中在至少大約600MPa的壓制壓力下單軸壓制根據(jù)權(quán)利要求1_10任一項的組合物； b)任選地，將所述模頭預(yù)熱； c)任選地，在壓制前將所述粉末預(yù)熱至25-100°C； d)推出所得生坯體；和任選地 e)在真空、非還原性、惰性或弱氧化性氣氛中在550-750°C的溫度熱處理所述坯體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12制成的經(jīng)壓制和熱處理的軟磁復(fù)合材料，具有所述復(fù)合部件的O.01-0. 15重量％的磷含量、和所述復(fù)合部件的O. 001-0. 03重量％的來自所述鐵磁粉末中金屬-有機化合物的選自Si、Ti、Zr、Al的添加的金屬兀素含量。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含軟磁鐵基芯粒的鐵磁粉末組合物，其中所述芯粒的表面具有至少一個基于磷的無機絕緣層并然后被金屬-有機化合物至少部分覆蓋，其中金屬-有機化合物的總量為該粉末組合物的0.005至0.05重量％，且其中該粉末組合物進一步包含潤滑劑。本發(fā)明還涉及制造該組合物的方法和制造由該組合物制成的軟磁復(fù)合部件的方法，以及所得部件。
文檔編號B22F1/02GK102844824SQ201180019566
公開日2012年12月26日 申請日期2011年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月18日
發(fā)明者B·斯卡爾曼, 葉舟 申請人:霍加納斯股份有限公司