一種溫壓制備鐵硅鋁軟磁磁粉芯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬材料粉末冶金制造領(lǐng)域，尤其是一種鐵娃錯(cuò)軟磁磁粉芯的制備方 法及米用此方法制備得到的軟磁磁粉芯。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁粉芯是一種通過粉末冶金工藝，將軟磁合金粉末與絕緣介質(zhì)混合壓制而成的、 具有磁電轉(zhuǎn)換特種功能的新型軟磁功能材料。由于磁粉粒度非常小，且在鐵磁性粉末顆粒 的表面均勻包覆著一層絕緣介質(zhì)膜，提高了磁粉芯的電阻率，阻礙了磁粉之間的渦流作用， 因而渦流損耗很低，適合于較高頻率應(yīng)用（20kHz以上）。此外，磁粉芯還具有較高的飽和磁 感應(yīng)強(qiáng)度、良好的頻率特性、較低矯頑力和恒導(dǎo)磁與溫度穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，使得磁粉芯作為電 感濾波器，遏流線圈廣泛應(yīng)用于電子通訊、雷達(dá)、電源開關(guān)等領(lǐng)域，已經(jīng)成為軟磁材料重要 的組成部分。
[0003] 鐵硅鋁磁粉芯成分為Fe-(8~13% )Si-(4~7% )A1，是一種具備磁電轉(zhuǎn)換功能 的新型軟磁材料。因其優(yōu)越的軟磁性能和適當(dāng)?shù)膬r(jià)格，被廣泛應(yīng)用于脈沖變壓器、回歸變壓 器、線路噪音濾波器、儲(chǔ)能性電感器等的電子器件中。目前鐵硅鋁磁粉芯處于大規(guī)模應(yīng)用及 進(jìn)一步開發(fā)階段。
[0004] 一般來說，壓力愈大，壓坯的密度越高，磁粉的磁導(dǎo)率越大。但增大壓力，對(duì)磁粉芯 密度的提高是有極限的，壓力過大也會(huì)導(dǎo)致絕緣層破裂，從而減低絕緣效果。
[0005] 金屬粉末溫壓成形技術(shù)是通過改造傳統(tǒng)的粉末冶金壓機(jī)，采用特制的粉末加熱、 粉末輸送和模具的加熱系統(tǒng)，將混有溫壓專用的潤(rùn)滑劑、粘結(jié)劑的混合粉末加熱到一個(gè)特 定的溫度進(jìn)行壓制，再采用傳統(tǒng)工藝進(jìn)行燒結(jié)，以獲得較高的密度和性能的產(chǎn)品。目前，溫 壓主要用于制備結(jié)構(gòu)材料改善力學(xué)性能，應(yīng)用于研制粉末磁性材料改善軟磁磁粉芯性能的 研究還很少見。在已公開的專利方面，僅有浙江大學(xué)"一種溫壓成形制備金屬軟磁復(fù)合材料 的方法（申請(qǐng)?zhí)朇N201410246527. 2) "和廣東工業(yè)大學(xué)"一種非晶軟磁磁粉芯的制備方法 (申請(qǐng)?zhí)朇N201410013455. 7) "。諸濤（諸濤.粉末溫壓成形復(fù)合潤(rùn)滑劑及其在制備Fe-Si 軟磁材料中的應(yīng)用研究[D].合肥：合肥理工大學(xué)，2012)研究了溫壓應(yīng)用于Fe-Si軟磁合 金對(duì)其組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的作用，采用胺基聚合物、硬脂酸鹽和乙二醇基聚合物的混合 物作為溫壓潤(rùn)滑劑。H.Shokrollahi等人（H.Shokrollahi.etal. ·JournalofMagnetism andMagneticMaterials. 2007, 313 :182-186)研究了室溫下壓制參數(shù)對(duì)以純鐵粉為主軟 磁復(fù)合材料磁粉芯磁性能的影響，所用潤(rùn)滑劑為硬脂酸鋅，結(jié)果表明，隨著壓制壓力的增 大，粉芯的密度有所增加，磁導(dǎo)率和磁感應(yīng)強(qiáng)度提高，但同時(shí)壓力增大引入的位錯(cuò)等缺陷和 內(nèi)應(yīng)力也增加，因而矯頑力也有所增加。
[0006] 軟磁材料在電力電子領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，目前合金的應(yīng)用產(chǎn)品大都用冷淬薄帶 卷繞成磁芯后退火處理。但高頻段的損耗特性限制了薄帶卷芯應(yīng)用場(chǎng)合，且經(jīng)過熱處理后 的薄帶脆性大，在工業(yè)領(lǐng)域中，多數(shù)情況下需要用此種材料制成滿足各種需要的特殊形狀。 在不損害這種材料優(yōu)異軟磁性能這一優(yōu)點(diǎn)的前提下，應(yīng)當(dāng)明顯地降低磁芯的損耗值，將合 金帶材破碎成磁粉，壓制成磁粉芯便可以實(shí)現(xiàn)這一目的。目前采用溫壓制備FeSiAl軟磁磁 粉芯還未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于基于上述背景而提供一種采用溫壓成形工藝制備軟磁磁粉芯 的方法；同時(shí)，本發(fā)明還提供了采用所述方法制備得到的軟磁磁粉芯，所述軟磁磁粉芯具有 較高的磁導(dǎo)率和較低的磁損耗。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種溫壓制備鐵硅鋁軟磁磁粉芯的 方法，包括以下步驟：
[0009] (1)利用鈍化劑對(duì)初始軟磁合金粉末進(jìn)行鈍化處理，干燥；
[0010] (2)將步驟（1)干燥后的軟磁合金粉末與粘結(jié)劑均勻混合；
[0011] (3)將步驟（2)得到的混合粉末干燥過篩，然后添加絕緣劑混合包覆；
[0012] (4)將步驟（3)中包覆好的軟磁合金粉末與潤(rùn)滑劑混合，并裝入模具內(nèi)，然后在加 壓的同時(shí)進(jìn)行加熱，溫壓壓制成形；
[0013] (5)對(duì)步驟（4)中溫壓壓制成形的磁粉芯進(jìn)行退火處理；
[0014] 所述初始軟磁合金粉末的重量百分含量為：硅8. 5~10. 5%、鋁4. 5~6. 5%、余 量為鐵；
[0015] 所述步驟（4)中的潤(rùn)滑劑為硬脂酸鋅和聚乙二醇的混合物。
[0016] 本發(fā)明所述溫壓制備鐵硅鋁軟磁磁粉芯的方法中，采用特殊潤(rùn)滑劑溫壓，可以大 大改善制備所得磁粉芯的磁導(dǎo)率、磁損耗等軟磁性能，進(jìn)一步提高軟磁磁粉芯的性價(jià)比，有 望在短期內(nèi)取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
[0017] 作為本發(fā)明所述溫壓制備鐵硅鋁軟磁磁粉芯的方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述初始軟 磁合金粉末的重量百分含量為：娃9. 9%、錯(cuò)5. 5%、余量為鐵，米用此成分的初始軟磁合金 粉末時(shí)，制備得到的為FeSiAl軟磁磁粉芯，其具有較高的磁導(dǎo)率和較高的性價(jià)比。本發(fā)明 所述軟磁合金粉末可采用現(xiàn)有技術(shù)手段獲得，可直接從市場(chǎng)購買等。本發(fā)明中軟磁合金粉 末優(yōu)選但不限于上述所述成分的軟磁合金粉末，上述成分的軟磁合金粉末獲得來源廣泛， 而且具有$父尚的性價(jià)比。
[0018] 作為本發(fā)明所述溫壓制備鐵硅鋁軟磁磁粉芯的方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟 (4)的潤(rùn)滑劑中，硬脂酸鋅和聚乙二醇的質(zhì)量比為（0.02~5) :1。作為本發(fā)明所述溫壓制備 鐵硅鋁軟磁磁粉芯的方法的更優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟（4)的潤(rùn)滑劑中，硬脂酸鋅和聚乙 二醇的質(zhì)量比為（3~1) :2。作為本發(fā)明所述溫壓制備鐵硅鋁軟磁磁粉芯的方法的最優(yōu)選 實(shí)施方式，所述步驟（4)的潤(rùn)滑劑中，硬脂酸鋅和聚乙二醇的質(zhì)量比為2:3。本發(fā)明所述溫 壓制備鐵硅鋁軟磁磁粉芯的方法，采用特殊的潤(rùn)滑劑，即所述潤(rùn)滑劑由兩種物質(zhì)組成，分別 為硬脂酸鋅和聚乙二醇，而且二者的質(zhì)量比為（0.02~5) :1。本申請(qǐng)發(fā)明人經(jīng)過大量研究 發(fā)現(xiàn)，當(dāng)所述潤(rùn)滑劑采用所述特定配比的硬脂酸鋅和聚乙二醇時(shí)，采用本發(fā)明所述方法制 備得到的鐵硅鋁軟磁磁粉芯具有較高的磁導(dǎo)率和很低的磁損耗。尤其是當(dāng)所述潤(rùn)滑劑中， 硬脂酸鋅和聚乙二醇的質(zhì)量比為2:3時(shí)，所得到的鐵硅鋁軟磁磁粉芯具有最高的磁導(dǎo)率和 最低的磁損耗。
[0019] 作為本發(fā)明所述溫壓制備鐵硅鋁軟磁磁粉芯的方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟 (4)中潤(rùn)滑劑與初始軟磁合金粉末的質(zhì)量比為0.4~2%。作為本發(fā)明所述溫壓制備鐵硅 鋁軟磁磁粉芯的方法的更優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟（4)中潤(rùn)滑劑與初始軟磁合金粉末的質(zhì) 量比為0. 5~1. 5%。本申請(qǐng)發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，本申請(qǐng)中所得軟磁磁粉芯的性能不僅與 所述潤(rùn)滑劑中硬脂酸鋅和聚乙二醇的比例有關(guān)，而且還與潤(rùn)滑劑的添加量有關(guān)，本申請(qǐng)發(fā) 明人經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)所述潤(rùn)滑劑與初始軟磁合金粉末的質(zhì)量比為0. 4~2%時(shí)，所得軟磁 磁粉芯具有較高的密度、磁導(dǎo)率和較低的磁損耗；尤其是當(dāng)所述潤(rùn)滑劑與初始軟磁磁粉芯 的質(zhì)量比為〇. 5~1. 5%時(shí)，所得軟磁磁粉芯具有更好的密度、磁導(dǎo)率和更低的磁損耗。
[0020] 作為本發(fā)明溫壓制備鐵硅鋁所述軟磁磁粉芯的方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟 (2)中的粘結(jié)劑為硅酸鈉、耐高溫有機(jī)硅樹脂的混合物；所述步驟（3)中的絕緣劑為納米二 氧化硅。
[0021] 作為本發(fā)明所述溫壓制備鐵硅鋁軟磁磁粉芯的方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟 (2)的粘結(jié)劑中，硅酸鈉和耐高溫有機(jī)硅樹脂的質(zhì)量比為（4~1) :2。作為本發(fā)明所述溫壓 制備鐵硅鋁軟磁磁粉芯的方法的更優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟（2)的粘結(jié)劑中，硅酸鈉和耐 高溫有機(jī)硅樹脂的質(zhì)量比為3:2。本發(fā)明所述鐵硅鋁軟磁磁粉芯的制備方法中，所述粘結(jié) 劑采用特定的兩種物質(zhì)組成，即硅酸鈉和耐高溫有機(jī)硅酸樹脂，并且二者的質(zhì)量比為（4~ 1) :2,本申請(qǐng)發(fā)明人經(jīng)過大量研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)所述粘結(jié)劑采用特定配比的硅酸鈉和耐高溫有 機(jī)硅樹脂組成時(shí)，配合所述特定配比的潤(rùn)滑劑及工藝條件，能夠得到較高磁導(dǎo)率和很低磁 損耗的鐵硅鋁軟磁磁粉芯。
[0022] 作為本發(fā)明所述溫壓制備鐵硅鋁軟磁磁粉芯的方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟 (2)中的粘結(jié)劑與初始軟磁合金粉末的質(zhì)量比為1~2%;所述步驟（3)中絕緣劑與初始軟 磁合金粉末的質(zhì)量比為〇~〇. 4%。作為本發(fā)明所述溫壓制備鐵硅鋁軟磁磁粉芯的方法的 更優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟（2)中的粘結(jié)劑與初始軟磁合金粉末的質(zhì)量比為1. 5% ;所述步 驟（3)中絕緣劑與初始軟磁合金粉末的質(zhì)量比為0.1~0.4%。作為本發(fā)明所述溫壓制備 鐵硅鋁軟磁磁粉芯的方法的更優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟（3)中絕緣劑與初始軟磁合金粉末 的質(zhì)量比為〇. 2%。
[0023] 作為本發(fā)明所述溫壓制備鐵硅鋁軟磁磁粉芯的方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟 (1)中采用的鈍化劑為磷酸溶液，所述磷酸溶液的質(zhì)量百分濃度為〇. 4~3% (其余為水）， 所述磷酸溶液與初始軟磁合金粉末的質(zhì)量比為（0.5~1.5) :1。當(dāng)磷酸溶液鈍化劑濃度很 低時(shí)，在粉末顆粒表面生成的磷化膜的厚度很薄，鈍化效果不太完全。隨著鈍化劑濃度的增 加和鈍化程度的加深，粉末顆粒表面可生成完整、均勻覆蓋的磷化膜。但是磷酸溶液鈍化劑 濃度過高時(shí)，磷化膜厚度過大又容易造成其開裂及脫落。作為本發(fā)明所述溫壓制