新一代磁性材料“磁性铁粉”展望（二）

3新型磁性铁粉的开发

3.1铁粉的开发

在铁粉粒子间被绝缘的情况下，铁粉粒子直径是涡流损耗的控制因子。因此，在铁粉开发时，应根据铁粉的用途选择适宜的铁粉粒子直径。但是，在降低磁滞损耗和提高磁导率方面，应当考虑粒子直径以外的因素，即晶粒粗大化和减少夹杂物含量（图4、图5）。此外，晶界也是阻碍畴壁移动的因子，所以粗大晶粒铁粉粒子压粉体的磁滞损耗小（图6），在低频区适用于粗晶粒铁粉粒子。此外，有研究报告指出，将铁粉加工成板状使板状铁粉成形物具有磁各向异性，也可获得高磁导率。

3.2绝缘皮膜开发

在交变磁场中产生的涡电流以焦耳热的形式释放出来，形成能量损失（铁损）。为实现低铁损化，需要对铁粉粒子间进行绝缘处理。因此，在磁性铁粉粒子表面形成绝缘皮膜。但根据高磁感应强度和高磁导率的要求，绝缘材料应是不影响成形性的、用量少的、能承受成形时物理变形的材料。此外，压粉铁芯在压缩成形时引入应变，导致磁滞损耗增加，所以在成形后要进行消除应变退火。消除应变退火温度越高，应变消除得越彻底。但是，如果退火温度超过绝缘皮膜的耐热温度，绝缘皮膜会被破坏，发生粒子间涡流损耗，引起铁损增加（图7）。对绝缘皮膜的要求是具有承受消除应变退火的耐热性以及耐铁芯本身发热的耐热性，使皮膜具有耐久性。

热处理温度和压粉体矫顽力的关系如图8。从图中可知，当退火温度超过927K时，由于发生再结晶使晶粒细化，导致磁滞损耗（矫顽力）增大，所以，将压粉体退火温度目标值确定为927K。目前现行的耐热性绝缘皮膜有磷酸系皮膜、耐热树脂皮膜、这两种材料的复合皮膜和MgO皮膜，但这些皮膜很难完全满足上述特性要求。所以对新型皮膜不断进行开发。

3.3神户制钢的磁性铁粉

神户制钢对铁粉和绝缘皮膜进行了研究，开发出高频、低频用磁性粉末。如图9所示，当交变电流频率增加时，压粉铁芯的铁损小于电工钢板铁芯，因此压粉铁芯可替代电工钢板铁芯。

4磁粉压缩成形技术的开发

磁粉压缩成形是压粉铁芯制造中不可缺少的工序。如前所述，压粉铁芯的磁特性受压粉体密度的影响很大。所以，磁粉压缩成形技术对于提高压粉铁芯的磁特性有很大作用。

4.1高密度化

压粉铁芯的构成要素有磁性材料铁粉、绝缘材料、空隙和防止成形时发生热粘结的润滑剂。由于润滑剂是非磁性物质，因此在要求高磁性的压粉铁芯中不希望混有润滑剂。为此，神户制钢开发出不添加润滑剂的、在模具内面涂敷润滑剂的润滑成形技术，使压粉铁芯高密度化，提高了压粉铁芯的磁特性。但是，这种技术目前尚不能用于复杂形状压粉铁芯的制造。因此期待开发出复杂形状压粉铁芯高密度化技术。

4.2铁粉粒子表面处理

在对压粉铁芯进行高密度成形时，由于铁芯和模具之间的滑动，会降低铁芯表面的电阻。原因是滑动面附近的铁粉粒子因变形而互相接通。因此除了要保证铁粉粒子间的绝缘性，为使涡电流流通路径绝缘化，要对压粉铁芯表面进行激光处理。

5压粉铁芯的用途

压粉铁芯的用途有两种。一种是用于电流频率为几千赫兹的电动机铁芯的低频电路用材，另一种是用于电抗器铁芯的高频电路用材。可以预期，由于发挥粉末冶金的特点，两种用途压粉铁芯都可使电磁部件实现小型、高效、大功率化。

5.1压粉铁芯用于电动机的预计效果（低频电路用途）

电动机主要在1kHz的低频下使用，在这种使用条件下，降低磁滞损耗的重要性大于降低涡流损耗。所以使用粗晶粒铁粉。

目前电动机铁芯主要使用电工钢板。但压粉铁芯具有电工钢板没有的下列特点：①形状自由度高；②高频铁损低；③磁各向同性的三维磁回路。这些特点提高了铁芯设计的自由度，可实现电动机的小型高效率化（图10）。

5.2压粉铁芯用于电抗器的预计效果（高频电路用途）

电抗器是使电压波动引起的波纹电流平滑化的电磁部件。由于电抗器是在几拾赫兹条件下工作，所以主要应降低涡流损耗，因此使用细晶粒铁粉。电抗器铁芯采用压粉铁芯时预期的效果除了具有与电动机相同的①～③点外，由于压粉铁芯内部空隙起着控制磁导率的作用，所以可产生减少间隙数的效果。

(来源：钢铁产业)