[发明专利]铁磁粉末复合物及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及包括电绝缘铁基粉末的粉末复合物(composition)及其制造方法。本发明还涉及从该复合物制备软磁复合物部件的制造方法以及获得的部件。

背景技术

软磁材料应用于如电感器的芯材料、电机的定子或转子、制动器、传感器和变压器芯。通常，如电机中的转子和定子的软磁芯由层叠钢叠层组成。软磁复合物(SMC)材料基于软磁颗粒，通常是在每个颗粒上都有电绝缘涂层的一般基于铁的颗粒。通过常规粉末冶金(PM)压制工艺，优选结合润滑剂和/或接合剂，压紧绝缘的颗粒获得SMC部件。当SMC材料可以承载三维磁通量并且当通过压制工艺可以获得三维形状时，使用粉末冶金技术有可能使制造的材料比使用钢片具有更高的SMC部件的设计自由度。

铁芯部件的两个关键特性是其磁导率和芯损耗特性。材料的磁导率表示其被磁化的能力或承载磁通量的能力。磁导率定义为感应磁通量与磁化力或场强度的比率。当磁性材料处于变化场中时，会发生源于磁滞损耗和涡流损耗的能量损耗。在多数马达应用中构成总芯损耗的主要损耗的磁滞损耗(DC-损耗)由克服芯部件中的剩余磁力(retained magnetic forces)所必须的能量支出引起。可以通过提高基础粉末纯度和质量最小化该力，但最重要的是通过提高部件的热处理(即，应力释放)温度和/或时间。涡流损耗(AC-损耗)由芯中源于交变电流(AC)条件引起的磁通的变化产生的电流引起。为了最小化涡流，期望部件具有高电阻。最小化AC损耗所要求的电阻水平依赖于应用的类型(操作频率)和部件尺寸。

磁滞损耗与交变电场的频率成比例，然而涡流损耗与该频率的平方成比例。因此，在高频下，涡流损耗更严重，更需要减少涡流损耗并且仍旧保持低水平的磁滞损耗。当如果单独粉末颗粒的电绝缘是足够因而产生的涡流被限制在更小的体积中(颗粒内涡流)时，对于使用绝缘的软磁粉末的在高频下操作的应用，期望使用具有更细小颗粒尺寸的粉末。因此对于在高频下工作的部件，细粉末和高电阻率变得更重要。与颗粒的绝缘工作多好无关，在部件的体内总有部分未受限制的涡流引起损耗。体涡流损耗与成载磁通量的压制部分的横截面积成比例。因此，具有大的承载磁通量的横截面积的部件将要求更高的电阻率以限制体涡流损耗。

具有100-400μm的平均颗粒尺寸，例如在约180μm和250微米之间，并且小于10％的颗粒具有小于45μm的颗粒尺寸的绝缘铁基软磁粉末(40目粉末)通常用于在高达1KHz的频率下工作的部件。具有50-150μm的平均颗粒尺寸，例如在约80μm和120微米之间，并且10-30％的颗粒小于45μm的粉末(100目粉末)可以用于从200Hz到10KHz的频率下工作的部件。而在从2KHz到50KHz的频率下工作的部件通常基于具有20-75μm的平均颗粒尺寸，例如在约30μm和50微米之间，并且大于50％的颗粒小于45μm的绝缘软磁粉末(200目粉末)。优选根据应用的要求优化平均颗粒尺寸和颗粒尺寸分布。因此重量平均颗粒尺寸的实例为10-450μm、20-400μm、20-350μm、30-350μm、30-300μm、20-80μm、30-50μm、50-150μm、80-120μm、100-400μm、150-350μm、180-250μm、120-200μm。

使用涂敷的铁基粉末的磁芯部件的粉末冶金制造的研究已经被导向开发增强特定物理和磁特性而不对最终部件的其它性能产生不利影响的铁粉末复合物。期望的部件特性包括例如在宽频范围内的高磁导率、低铁芯损耗、高饱和磁感应强度和高机械强度。期望的粉末特性还包括适合压缩模制技术，这意味着粉末可以容易地模制为高密度部件，其可以容易地从模制装置中排出而不破坏部件的表面。

下面列出已发表专利的实例。

Lashmore的US 6309748描述了具有直径尺寸从约40到约600微米并且在每个颗粒上涂敷无机氧化物的铁磁粉末。

Jansson的US 6348265教导了用薄含磷和氧涂层涂敷的铁粉末，涂敷的粉末适合压制为可以热处理的软磁铁芯。

Soileau的US 4601765教导了利用首先用碱金属硅酸盐膜涂敷然后用硅树脂聚合物再次涂敷的铁粉末的压制的铁芯。

Moro的US 6149704描述了具有酚树脂和/或硅氧烷树脂以及可选的氧化钛或氧化锆的溶胶涂层的电绝缘铁磁粉末。