一種鐵基軟磁合金粉末包覆方法及軟磁復合材料制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明公開了一種鐵基軟磁合金粉末包覆方法及軟磁復合材料制備方法，特別涉 及一種含Si、Al、Cr的鐵基合金軟磁復合材料用粉末的包覆方法，以及采用這種包覆粉末 制備軟磁復合材料的方法；屬于金屬粉末冶金及磁性材料制備技術領域。 技術背景
[0002] Fe基軟磁復合材料具有高的磁導率、低的渦流損耗和總損耗，作為電抗器、變壓 器、電感器、濾波器、調(diào)頻扼流圈及開關電源的鐵芯部分，廣泛地應用于電訊、雷達、電視、電 源等技術中，它的工作頻率可以從幾十赫茲到兆赫茲量級。金屬磁性粉末的絕緣包覆是該 類磁體制備的一個重要工序。絕緣包覆層分為兩個主要的類型：有機物包覆層和無機物包 覆層。有機物包覆層包括熱塑性包覆層和熱固性包覆層。有機包覆層的最大缺點是包覆物 耐熱溫度普遍較低，磁體熱處理溫度超過500°C時，則有機包覆層剩下的物質(zhì)僅為30%左 右。而無機包覆層具有耐熱性好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，無機包覆層又可細分為金屬氧化物包覆 層（如A1203、MgO、Fe2O3等）、磷酸鹽包覆層（如磷酸鋅、磷酸鐵和磷酸錳等）、硫化物包覆 層、軟磁鐵氧體等磁性包覆層。無機包覆最大的問題是怎么樣把無機物包覆到金屬磁性粉 末表面上去。
[0003] 現(xiàn)有技術中，人們對軟磁復合材料的包覆技術及其磁體的制備做了大量的工作。 專利WO 1997030810直接采用磷酸溶液浸泡金屬磁性粉末的方法來實現(xiàn)包覆，該法所包覆 絕緣層均勻，厚度易于控制，但是該磁體耐熱溫度不高，熱處理超過550°C時，磷化層容易破 壞而失去絕緣的作用。而中國專利201310351622. 4和201310096126. 9采用溶膠-凝膠的 方法分別實現(xiàn)了 Al2O3和軟磁鐵氧體對Fe粉的包覆，其制備溶膠-凝膠的過程較為復雜，耗 時長、生產(chǎn)效率低。此外中國專利201310522883. 8采用微波輔助處理的方法獲得軟磁鐵氧 體包覆金屬磁性粉末，該方法包覆的絕緣層均勻性不高，且受鐵氧體粒度的限制；由于微波 高溫設備的生產(chǎn)效率的限制，所以每批次處理出來的粉末數(shù)量有限，不利于大規(guī)模的生產(chǎn)。 而中國專利201010621271. 0則采用放電等離子方法實現(xiàn)了軟磁鐵氧體與非晶軟磁的復合 材料制備，雖然其實現(xiàn)了包覆和致密化一步完成，但是其工藝條件和設備均要求很高，目前 僅在實驗室可以實現(xiàn)，昂貴的設備根本沒法實現(xiàn)批量和規(guī)模生產(chǎn)。因此，研究并提供一種工 藝簡單、操作方便、成本低、工藝流程短的金屬磁性粉末的無機物包覆方法和磁體的制備工 藝，無疑成為本領域的亟需。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的之一是提供一種鐵基軟磁合金粉末包覆方法，該包覆方法是在鐵基 軟磁復合材料粉末表面原位生成包覆層，具有工藝簡單、操作方便、成本低、工藝流程短，制 得的包覆層薄而均勻、完整而致密，與基體結合力良好。
[0005] 本發(fā)明的另一個目的是提供一種鐵基軟磁復合材料制備方法，采用上述包覆方法 獲得的包覆粉末制備的軟磁復合材料，在較高的溫度下熱處理后內(nèi)應力去除完全，具有較 好的磁性能和頻率穩(wěn)定性。
[0006] 發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：包括Fe-Si、Fe-Al、Fe-Cr、Fe-Si-Al、Fe-Cr-Al等在內(nèi)的鐵基 軟磁復合材料用粉末，在高溫下（如600-1000°C )，空氣或氧氣環(huán)境中可加速氧化，所生成 的氧化物層由表及里的順序為：Fe203-Fe304-FeO -Al203/Si02/Cr203;而 Al 203/Si02/Cr203氧化膜除具有高的電阻率以外，還具有絕緣和進一步阻礙氧化的作用，且化學性能穩(wěn)定。 [0007] 發(fā)明人采用弱酸或低濃度強酸對高溫氧化后的鐵基軟磁復合材料粉末進行處 理，可以完全去除鐵基軟磁復合材料粉末表面氧化物層中的Fe203、Fe30 4、FeO,獲得完全由 Al203/Si02/Cr203包覆的鐵基軟磁復合材料粉末；然后，將其在還原性或中性氣氛下熱處理， 發(fā)現(xiàn)：Al203/Si02/Cr203氧化膜不僅沒有被被還原破壞，反而進一步提高了氧化物與基體粉 末的冶金結合強度，在粉末表面形成一層結合力良好、完整而致密的Al2O3或SiO 2或Cr 203單層或共存的絕緣薄膜。
[0008] 本發(fā)明一種鐵基軟磁合金粉末包覆方法，包括以下步驟：
[0009] 第一步：氧化
[0010] 將鐵基軟磁合金粉末在氧化性環(huán)境下，加熱至1000°C以下保溫至少5min，對粉末 表面進行氧化，得到表面包覆鐵的氧化物層與合金化元素氧化物層的鐵基軟磁合金粉末；
[0011] 所述鐵基軟磁合金粉末中，合金化元素包含Si、Al、Cr中的至少一種；
[0012] 第二步：酸洗
[0013] 將第一步所得粉末置于酸溶液中浸泡，去除粉末表面的Fe的氧化物層后過濾，濾 渣清洗、干燥，得到表面包覆Si02、Al203、Cr2O 3中至少一種氧化層的鐵基軟磁合金粉末。
[0014] 本發(fā)明一種鐵基軟磁合金粉末包覆方法，將所得到的表面包覆Si02、Al 203、Cr203中 至少一種氧化層的鐵基軟磁合金粉末置于還原性氣氛或保護性中性氣氛中，加熱至1100 °c 以下保溫至少30min后，隨爐冷卻；可以有效提升氧化層的致密性及氧化層與鐵基軟磁合 金粉末基體的結合力。
[0015] 本發(fā)明一種鐵基軟磁合金粉末包覆方法，所述還原性氣氛選自氫氣、分解氨，保護 性中性氣氛選自氬氣、氮氣中的一種，加熱至600-1100°C，保溫30-120min。
[0016] 本發(fā)明一種鐵基軟磁合金粉末包覆方法，所述鐵基軟磁合金粉末選自Fe-Si軟磁 合金粉、Fe-Al軟磁合金粉、Fe-Cr軟磁合金粉、Fe-Si-Al軟磁合金粉、Fe-Cr-Al軟磁合金 粉中的一種。
[0017] 本發(fā)明一種鐵基軟磁合金粉末包覆方法，所述鐵基軟磁合金粉末粒度為 10-150 μ m。
[0018] 本發(fā)明一種鐵基軟磁合金粉末包覆方法，步驟一中的氧化性氣氛選自空氣或氧 氣；對粉末表面進行氧化的溫度為600-1000°C，保溫時間為5-60min。
[0019] 本發(fā)明一種鐵基軟磁合金粉末包覆方法，步驟一中，鐵基軟磁合金粉末表面得到 的氧化層由表及里的排列順序依次為：
[0020] Fe203- Fe 304- FeO - Al 203/Si02/Cr203。
[0021 ] 本發(fā)明一種鐵基軟磁合金粉末包覆方法，第二步中，所述酸溶液選自摩爾濃度為 0· l-20mol/L的磷酸或鹽酸溶液。
[0022] 本發(fā)明一種鐵基軟磁合金粉末包覆方法，第二步中，粉末置于酸溶液中浸 泡5-60mim后，過濾，濾渣用去離子水洗滌至洗液pH值為6-7，然后在120-150 °C烘干 30-240min〇
[0023] 本發(fā)明一種軟磁復合材料制備方法，包括以下步驟：
[0024] 第一步：配料
[0025] 取表面包覆Si02、A1203、Cr 2O3中至少一種氧化層的鐵基軟磁合金粉末，添加占 粉末質(zhì)量〇. 2-1. 2wt %硅烷偶聯(lián)劑、0. 4-2wt %耐高溫硅樹脂，混合均勻、干燥后，解碎，過 40_100 目篩；
[0026] 取篩下物，添加占其質(zhì)量0. 3-1. 2%的潤滑劑，混合均勻；
[0027] 第二步：成型
[0028] 將步驟一得到的混合物壓制成形后，在200°C以下保溫，進行固化處理，得到固化 成型坯；
[0029] 第三步：高溫退火
[0030] 將步驟二得到的固化成型坯在保護氣氛下加熱至900°C以下，保溫至少30min，隨 爐冷卻，得到軟磁復合材料。
[0031] 本發(fā)明一種軟磁復合材料制備方法，第一步中，干燥溫度為120-200°C，干燥時間 30-360min〇
[0032] 本發(fā)明一種軟磁復合材料制備方法，第一步中，硅烷偶聯(lián)劑型號為KH5 50或 KH560,生產(chǎn)廠家為南京羅恩硅材料有限公司；
[0033] 耐高溫硅樹脂型號為RebornChem，生產(chǎn)廠家為廣州雷邦化工有限公司；
[0034] 潤滑劑選自硬脂酸鋅、硬脂酸鋰、硬脂酸中的至少一種。
[0035] 本發(fā)明一種軟磁復合材料制備方法，第二步中，壓制成形選自冷壓、溫壓、熱壓中 的一種模壓成形工藝，壓制成形壓力為600-1200MPa，壓制成環(huán)形、條形、E型或U型坯體；成 型坯體經(jīng)120-200°(：保溫30-3601^11固化處理。
[0036] 本發(fā)明一種軟磁復合材料制備方法，第三步中，高溫退火溫度為500-900°C，保溫 30-120min，保護氣氛選自氫氣、分解氨、氬氣、氮氣中的一種氣體。
[0037] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：采用鐵基合金磁性粉末中的已有元素 Si、 Al、Cr等直接原位生成氧化物膜，所生成的A1203、Si02、Cr 2O3等膜貼近磁粉內(nèi)層，具有電阻 率高、耐熱、致密等特性，通過高溫處理，進一步提高了氧化膜的致密性及與基體金屬粉末 的結合強度，從而可起到絕緣和防氧化作用。所采用的包覆技術工藝簡單、易操作、成本低； 所制備的軟磁復合材料，具有較好的磁性能和頻率穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0038] 附圖1為本發(fā)明粉末表面包覆及軟磁復合材料的制備工藝流程圖；
[0039] 附圖2為實施例1制備的FeSiAl軟磁復合材料的SEM照片。
[0040] 從附圖2可以看出：軟磁復合材料中FeSiAl磁性合金顆粒之間被包覆層氧化膜相 互隔開，從而起到良好的絕緣作用。
【具體實施方式】
[0041] 下面結合實施例對本發(fā)明作更詳細地說明。
[0042] 實施例1 :
[0043] 取平均粒度為41 μπι的Fe-9Si-6Al合金粉末100克，在馬弗爐中于800°C保溫 20min，隨爐冷卻；將冷卻后的粉末