(57)【要約】純鉄粉末、リン酸処理された鉄粉末又は鉄合金粉末少なくとも９９．４質量％と、軟質フェライト粉末０．０５質量％〜０．６質量％からなる軟磁性粉末複合材料が提案されていて、特にこの材料は自動車エンジン中での高速切換型電磁弁において使用するために適している。さらに、方法工程：ａ）  純鉄粉末、リン酸処理された鉄粉末又は鉄合金粉末と、軟質フェライト粉末とを有する出発混合物を準備する工程、ｂ）  前記の出発混合物を混合する工程、ｃ）  前記の出発混合物を高めた圧力下でプレス加工装置中で圧縮する工程、ｄ）  前記の圧縮された出発混合物から不活性ガス雰囲気中で又は酸素含有ガス雰囲気中で結合剤を除去する工程、及びｅ）  前記の圧縮された出発混合物を酸化するガス雰囲気中で４１０℃〜５００℃の温度で熱処理する工程を有する、この種の軟磁性粉末複合材料の製造方法が提案されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
純鉄粉末、リン酸処理された鉄粉末又は鉄合金粉末少なくとも９９．４質量％と、軟質フェライト粉末０．０５質量％〜０．６質量％からなる軟磁性粉末複合材料。
【請求項２】
軟質フェライト粉末が、ＭｎＺｎフェライト粉末、ＮｉＺｎフェライト粉末又はこれらの２つからなる混合物であることを特徴とする、請求項１記載の軟磁性粉末複合材料。
【請求項３】
純鉄粉末又はリン酸処理された鉄粉末が３０μｍ〜１５０μｍの粉末粒子の平均粒度を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の軟磁性粉末複合材料。
【請求項４】
軟質フェライト粉末が、２０μｍより小さな粉末粒子の平均粒度を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の軟磁性粉末複合材料。
【請求項５】
粉末粒子の平均粒度が５μｍを下回り、特に１μｍを下回ることを特徴とする、請求項４記載の軟磁性粉末複合材料。
【請求項６】
飽和分極が１．８５テスラより大きく、特に１．９０テスラ〜２．０５テスラであることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の軟磁性粉末複合材料。
【請求項７】
比電気抵抗が１μΩｍより大きく、特に５μΩｍ〜１５μΩｍであることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の軟磁性粉末複合材料。
【請求項８】
方法工程：
ａ）  純鉄粉末、リン酸処理された鉄粉末又は鉄合金粉末と、軟質フェライト粉末とを有する出発混合物を準備する工程、
ｂ）  前記の出発混合物を混合する工程、
ｃ）  前記の出発混合物を高めた圧力下でプレス加工装置中で圧縮する工程、
ｄ）  前記の圧縮された出発混合物から不活性ガス雰囲気中で又は酸素含有ガス雰囲気中で結合剤を除去する工程、及び
ｅ）  前記の圧縮された出発混合物を酸化するガス雰囲気中で４１０℃〜５００℃の温度で熱処理する工程
を有する、特に請求項１から７までのいずれか１項記載の軟磁性粉末複合材料の製造方法。
【請求項９】
出発混合物に混合の前にプレス助剤、特にマイクロワックスを添加することを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
結合剤の除去を４００℃〜５２０℃の温度で１０分〜１時間の時間にわたり行うことを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
熱処理を、２０分〜４００分の時間にわたり行うことを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１２】
結合剤の除去を、窒素雰囲気中で又は、特に酸素５体積％〜３０体積％を有する酸素−窒素−混合物中で、又は空気中で、１０分〜７０分の時間にわたり行うことを特徴とする、請求項８又は１０記載の方法。
【請求項１３】
自動車エンジン中の特にディーゼル噴射の際の、高速切換型電磁弁における、請求項１から７までのいずれか１項記載の軟磁性粉末複合材料の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立形式請求項の前提部に記載された、軟磁性粉末複合材料、このような材料の製造方法及びその使用に関する。
【０００２】
従来の技術
近代的なガソリンエンジン及びディーゼルエンジンは、例えば燃費の軽減及び有害物質の減少の要求に従うために、常に高性能の電磁噴射弁を必要とする。公知の高速切換型電磁噴射弁は、軟磁性材料、例えばＦｅＣｒ合金又はＦｅＣｏ合金又はできる限り高い比電気抵抗を有する粉末複合材料から製造される。合金技術的手法により、金属材料の場合には、しかしながら最大１μΩｍの比電気抵抗が達成できるにすぎない。
【０００３】
更に、鉄粉末と有機結合剤とからの磁性材料がディーゼル燃料噴射用の弁（コモンレールシステム）において使用されていることは既に公知である。この材料は、前記した軟磁性の合金材料よりも高い比電気抵抗を有するが、しかしながらこの材料は耐燃料性及び耐熱性が著しく限定的であり、かつ更に加工性が悪い。
【０００４】
DE 199 60 095 A1には焼結された軟磁性複合材料及びその製造方法が記載されていて、この場合に、熱処理後に軟磁性複合材料を形成する出発混合物中に、主成分としての強磁性の出発成分と、副成分としてのフェライト出発成分とが使用されている。この第２の出発成分は、出発混合物を熱処理して複合材料にした後で、粒界層を形成するこの第１の出発成分は、例えば純鉄粉末又はリン酸処理された鉄粉末であり、第２の出発成分は、例えばフェライト粉末、特に軟磁性粉末、例えばＭｎＺｎフェライト又はＮｉＺｎフェライトである。出発混合物中の鉄粉末の割合は、９５〜９９質量％であり、フェライト粉末の割合は１〜２５質量％である。
【０００５】
本発明の課題は、できる限り高い比電気抵抗と共に、できる限り高い磁性飽和分極及び透磁率を有し、かつ特にDE 199 60 095 A1に記載の複合材料の特性が改善された、軟磁性粉末複合材料を提供することであった。
【０００６】
本発明の利点
本発明による軟磁性粉末複合材料は、先行技術と比較して、１．８５テスラより大きい、特に１．９０テスラ〜２．０５テスラの磁性飽和分極を有し、かつ先行技術と比較して、１μΩｍより大きい、特に５μΩｍ〜１５μΩｍの明らかに高い比電気抵抗を有するという利点を有する。一般に、比電気抵抗は約１０μΩｍである。更に、本発明による軟磁性粉末複合材料は、円柱試料について測定して、１２０ＭＰａよりも高い曲げ抵抗を有するのが有利である。この材料から製造された、噴射弁用のポット型部材の形状の部材の端面破壊強さは、４５ｋＮを上回り、得られた軟磁性粉末複合材料は、更に少なくとも４００℃まで耐熱性でかつ耐燃料性である。その限りでは、例えば自動車エンジン内のディーゼル噴射の際に必要となる高速切換型電磁弁の製造のために極めて良く適している。
【０００７】
本発明による、軟磁性粉末材料の製造方法の場合には、出発混合物にプレス助剤、例えばマイクロワックスを添加することにより、プレス加工を容易にすることができ、かつ得られた粉末複合材料の特性は、ガス雰囲気、及び結合剤除去並びに熱処理の際の温度プログラムを介して極めて簡単に調節することができるという利点を有する。
【０００８】
本発明の有利な実施態様は、引用形式請求項に記載された手法から生じる。
【０００９】
使用した軟質フェライト粉末が、ＭｎＺｎフェライト粉末、ＮｉＺｎフェライト粉末又はこの２つの粉末からなる混合物である場合が特に有利である。使用された純鉄粉末、鉄合金粉末又は特に有利にリン酸処理された鉄粉末は、有利に３０μｍ〜１５０μｍの粉末粒子の平均粒度を有し、使用された軟質フェライト粉末の粒度はそれに対して有利に明らかに小さく、かつ平均で２０μｍより小さい。使用した軟質フェライト粉末粒子の平均粒度は５μｍより小さい、特に１μｍより小さいのが有利である。
【００１０】
実施例
軟磁性粉末複合材料の製造のために、まず純鉄又はリン酸処理された鉄粉末と軟質フェライト粉末とからなる出発混合物から出発する。鉄粉末の代わりに、鉄合金粉末、例えばＦｅＣｒ粉末又はＦｅＣｏ粉末を使用することもできる。
【００１１】
粉末複合材料の最良の電気特性が達成されるため、リン酸処理した鉄粉末を使用するのが有利である。
【００１２】
更に、この出発混合物にはプレス助剤、例えばマイクロワックスを添加することができ、このプレス助剤は、軟磁性粉末複合材料の製造のための出発混合物の後続する熱処理の過程で再び除去される。出発混合物中のプレス助剤の割合は、０質量％〜最大で０．８質量％である。このプレス助剤を度外視して、出発混合物は少なくとも９９．４質量％の純鉄粉末又はリン酸処理された鉄粉末と、０．１質量％〜０．６質量％の軟質フェライト粉末とからなる。純鉄粉末又はリン酸処理された鉄粉末の割合は、９９．５質量％より大きく、特に９９．７質量％〜９９．８質量％であるのが特に有利である。
【００１３】
軟質フェライト粉末の割合は、０．５質量％より小さく、特に０．１質量％〜０．３質量％であるのが有利である。最初に製造された出発混合物を混合、圧縮、結合剤除去及び熱処理することにより得られた軟磁性複合材料の組成を算定する場合に、不可避な不純物もしくは場合によりなおお存在する、最初に添加されたプレス助剤のわずかな残留物は無視した。
【００１４】
使用した軟質フェライト粉末は、有利にマンガン−亜鉛−フェライト（ＭｎＺｎＯＦｅ２Ｏ３）又はニッケル−亜鉛−フェライト（ＮｉＺｎＯＦｅ２Ｏ３）又はこの２つの粉末からなる混合物であるのが有利である。リン酸処理した鉄粉末又はリン酸処理した純鉄粉末及びこれら２つの軟質フェライト粉末の一方を使用するのが有利である。
【００１５】
純鉄粉末又はリン酸処理した鉄粉末は、５０μｍ〜１００μｍの粉末粒子の平均粒度を有する。使用された軟質フェライト粉末の粒度は、有利に明らかに２０μｍを下回り、特に５μｍを下回る。例えば、この粉末は０．５μｍ〜２μｍの範囲内にある、特に１μｍである。
【００１６】
その他の点では、主に純鉄又はリン酸処理された鉄粉末と軟質フェライト粉末とからなる出発混合物の組成の場合に、得られた材料の意図的な使用に応じて、材料の組成を変えることによって、一方でできる限り高い磁性飽和分極及びできる限り高い透磁率、つまり８００より大きなμｍａｘに重きを置くか、又は他方ではできる限り高い比電気抵抗に重きを置くことができることもなお強調しておく。
【００１７】
前記の粉末は、最初に前記されたように出発混合物の形で準備され、この出発混合物を混合し、引き続き高めた圧力下でのプレス加工により圧縮し、所望の形状が付与される。引き続き、この種の製造された成形体から、炉中で、不活性ガス雰囲気、例えば窒素雰囲気又は酸素含有ガス雰囲気中で結合剤を除去する。このために、この圧縮された出発混合物を、炉中で、４００℃〜５００℃の温度に加熱し、その炉中で１０分〜１時間の時間にわたり保持する。結合剤を除去する際の温度は、特に使用されたプレス助剤、つまり使用されたマイクロワックスに依存する。その限りでは、この温度は前記の４００℃を下回る、たとえば２２０℃〜３００℃の範囲内であってもよい。
【００１８】
結合剤を除去した後に、更に、結合剤除去された圧縮された出発混合物を、炉中で酸化するガス雰囲気中で４１０℃〜５００℃の温度で熱処理する。この場合に、このプレス加工物は、炉中でこの温度に加熱され、その炉中で２０分〜４００分、例えば２００分の時間にわたり保持する。炉中のガス雰囲気は有利に空気である。
【００１９】
この方法の完了後に、使用された軟質フェライト粉末が少なくともほぼ粒界相として存在する、つまり軟質フェライト粉末粒子が粉末複合材料中で使用された鉄粉末粒子を取り囲む、軟磁性の粉末複合材料が得られる。
【００２０】
この製造方法の過程で使用されたプレス助剤は、プレス加工時に出発混合物の圧縮及び付形を容易にする。他方で、このプレス助剤は結合剤の除去の際に再び完全に除去されるかもしくは蒸発されて、得られた軟磁性粉末複合材料の達成可能な材料特性値に直接影響を及ぼさないのが好ましい。これは、特にプレス助剤としてマイクロワックスを使用することにより達成される。
【００２１】
型中で高めた圧力下での出発混合物の圧縮は、有利に５００ＭＰａ〜１０００ＭＰａの圧力で一軸プレスにより行われる。
【００２２】
最後に、本発明による軟磁性粉末複合材料を用いて製造された電磁弁は、自動車のディーゼル噴射装置中での一般的な使用条件では制限なく、耐燃料性及び耐熱性である。更に、この複合材料は曲げ強さ並びに端面破壊強さに関して、著しく良好な機械的耐久性を有する。
【国際調査報告】
2005536036.tif 000002
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