一種非晶軟磁磁粉芯的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種采用溫壓成形制備非晶軟磁磁粉芯的方法，所述方法包括以下步驟：（1）利用鈍化劑對非晶軟磁合金粉末進(jìn)行鈍化處理，干燥；（2）將步驟（1）干燥后的非晶軟磁合金粉末與云母、耐高溫有機(jī)硅樹脂、丙酮均勻混合；（3）待溶劑揮發(fā)后，將步驟（2）中包覆好的非晶軟磁合金粉末與潤滑劑混合并裝入模具內(nèi)溫壓壓制成形，在加壓的同時進(jìn)行加熱；（4）對步驟（3）中壓制成形的磁粉芯進(jìn)行退火處理。本發(fā)明所述方法能在溫壓溫度下以較小的壓制壓力獲得較高的密度，而且磁粉芯內(nèi)應(yīng)力低，有利于獲得較高的磁導(dǎo)率和較低的損耗；另外可以降低壓制壓力，減少模具損耗，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)較顯著。
【專利說明】一種非晶軟磁磁粉芯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料粉末冶金制造領(lǐng)域，具體涉及一種溫壓成形鐵基非晶軟磁磁粉芯的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]非晶態(tài)軟磁材料是一種新型磁性材料，超越了傳統(tǒng)晶態(tài)軟磁材料的范疇。在超級冷凝固時原子來不及有序排列結(jié)晶，得到固態(tài)合金原子排列組合具有短程有序、長程無序特點，沒有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在，具有傳統(tǒng)材料不同的性能特點，如優(yōu)異的軟磁性能、高的耐腐蝕性，很好的力學(xué)性能、高的耐磨性、強(qiáng)度、韌性、硬度、高電阻率等。
[0003]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，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。
[0004]王紅霞等(王紅霞，等.金屬功能材料，2010，17(2):8-12)在研究非晶粉末鈍化工藝對其磁粉芯性能的影響時發(fā)現(xiàn)，相比較于未用鈍化劑的磁粉芯的加工性能和磁性能都有很大提高，而比較三種鈍化劑鉻酐、高錳酸鉀和磷化液，磷化液最為優(yōu)越。模壓成形是將絕緣好的磁粉壓制成各種形狀的磁粉芯。由于磁粉芯不經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)過程，因此壓制成形過程就顯得尤為重要。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，對此磁芯密度的提高是有極限的，壓力過大也會導(dǎo)致絕緣層破裂，從而減低絕緣效果。萬娟等(萬娟，等.電子元件與材料.2012，31 (10):45 — 48)在室溫下鐵粉芯與鐵基非晶磁粉芯的制備及軟磁性能研究過程中，在200MPa至600MPa的壓力進(jìn)行壓制，隨后進(jìn)行動態(tài)磁性能測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨著壓力的增加，磁粉芯的磁導(dǎo)率先增大后減少，在400MPa時達(dá)到最大值26，而磁損耗則隨著壓力的增大先減小后增大，在400MPa時達(dá)到最小值11.1ff/kg(50kHz)。
[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滑劑、粘結(jié)劑的混合粉末加熱到一個特定的溫度(一般130— 150°C)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磁性能的研究還很少見。在已有專利方面僅有上海大學(xué)的“溫壓粘結(jié)永磁材料及其制備方法”(上海大學(xué)，中國專利申請?zhí)朇N200610025232.8，
【公開日】2006.8.23)，而從理論上考慮，溫壓用于軟磁材料的優(yōu)越性將比用于永磁材料更為顯著。諸濤(諸濤.粉末溫壓成形復(fù)合潤滑劑及其在制備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軟磁合金對其組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的作用，而這種合金不屬于非晶合金，從理論上來說，溫壓對非晶合金的軟磁性能的作用方面將有其自身的特點。H.Shokrollahi等人(Shokrollah1.et al..J.Magn.Magn.Mater., 2007, 313: 182-186)研究了室溫下壓制參數(shù)對軟磁復(fù)合材料(不是非晶合金)磁性能的影響，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，但同時壓力增大引入的位錯等缺陷和內(nèi)應(yīng)力也增加，因而矯頑力也有所增加。
[0006]非晶軟磁材料在電力電子領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，目前非晶合金的應(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)用場合，且經(jīng)過熱處理后的非晶薄帶脆性大，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)點的前提下，應(yīng)當(dāng)明顯地降低磁芯的損耗值，將非晶合金帶材破碎成磁粉，壓制成磁粉芯便可以實現(xiàn)這一目的。因此非晶磁粉芯研究是最近的研究熱點。目前采用溫壓制備非晶軟磁磁粉芯尚未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種采用溫壓成形制備非晶軟磁磁粉芯的新方法。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種非晶軟磁磁粉芯的制備方法，所述方法包括以下步驟:
[0009](I)利用鈍化劑對非晶軟磁合金粉末進(jìn)行鈍化處理，干燥；
[0010](2)將步驟(I)干燥后的非晶軟磁合金粉末與云母、耐高溫有機(jī)硅樹脂、丙酮均勻混合；
[0011](3)待溶劑揮發(fā)后，將步驟(2)中包覆好的非晶軟磁合金粉末與潤滑劑混合并裝入模具內(nèi)溫壓壓制成形，在加壓的同時進(jìn)行加熱；
[0012](4)對步驟(3)中壓制成形的磁粉芯進(jìn)行退火處理。
[0013]本發(fā)明首次采用溫壓制備非晶軟磁磁粉芯，能在溫壓溫度下以較小的壓制壓力獲得較高的密度，而且所得的磁粉芯內(nèi)應(yīng)力低，有利于獲得較高的磁導(dǎo)率和較低的損耗；另外可以降低壓制壓力，減少模具損耗，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)較顯著。
[0014]作為本發(fā)明所述非晶軟磁磁粉芯的制備方法的優(yōu)選實施方式，所述步驟(I)中非晶軟磁合金粉末為原子百分含量為硅8.5?9.5%、硼9?14%、其余為鐵的非晶軟磁合金粉末。本發(fā)明所述非晶軟磁合金粉末可采用現(xiàn)有技術(shù)手段獲得，例如直接從市場購買(例如購自北京安泰科技股份有限公司)等。本發(fā)明優(yōu)選但不限于采用所述成分的非晶軟磁合金粉末，上述所述成分的非晶軟磁合金粉末是比較常用的粉末，獲得來源廣泛，而且具有較高的性價比。
[0015]作為本發(fā)明所述非晶軟磁磁粉芯的制備方法的優(yōu)選實施方式，所述步驟(I)中鈍化劑為磷化液。
[0016]作為本發(fā)明所述非晶軟磁磁粉芯的制備方法的優(yōu)選實施方式，所述步驟(I)中磷化液的體積濃度為6%。當(dāng)磷化液鈍化劑濃度很低時，在非晶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，非晶粉末顆粒表面可生成完整、均勻覆蓋的磷化膜。但是磷化液鈍化劑濃度過高時，磷化膜厚度過大又容易造成其開裂及脫落。體積濃度6%時可達(dá)到最佳成膜狀態(tài)。[0017]作為本發(fā)明所述非晶軟磁磁粉芯的制備方法的優(yōu)選實施方式，所述步驟(3)中潤滑劑為硬脂酸鋅。
[0018]作為本發(fā)明所述非晶軟磁磁粉芯的制備方法的優(yōu)選實施方式，所述步驟(3)中壓制壓力為500?1200MPa。壓制壓力過小時粉芯密度不夠高、性能不好，壓制壓力過大時模具容易損壞。
[0019]作為本發(fā)明所述非晶軟磁磁粉芯的制備方法的優(yōu)選實施方式，所述步驟(3)中壓制溫度為60?150°C。壓制溫度過低時固體潤滑劑尚未熔融造成溫壓密度提高效果不明顯；溫壓溫度過高時潤滑膜粘度降低造成粉末顆粒間直接接觸，導(dǎo)致密度反而下降，而且內(nèi)應(yīng)力高不利于改善軟磁性能。
[0020]作為本發(fā)明所述非晶軟磁磁粉芯的制備方法的優(yōu)選實施方式，所述步驟(4)中退火溫度為350°C，退火時間為lh。退火溫度較低、時間較短則消除內(nèi)應(yīng)力效果不明顯，不利于改善磁性能；退火溫度過高則粉芯易于氧化變質(zhì)、耗費能源，而且還可能造成非晶體晶化,惡化磁性能。
[0021]作為本發(fā)明所述非晶軟磁磁粉芯的制備方法的優(yōu)選實施方式，所述步驟(I)中鈍化劑的體積與非晶軟磁合金粉末的摩爾數(shù)之比為25:16L/mol。
[0022]作為本發(fā)明所述非晶軟磁磁粉芯的制備方法的優(yōu)選實施方式，所述步驟(2)中云母的質(zhì)量與非晶軟磁合金粉末的摩爾數(shù)之比為15:4g/mol，耐高溫有機(jī)硅樹脂的質(zhì)量與非晶軟磁合金粉末的摩爾數(shù)之比為25:8g/mol，丙酮的體積與非晶軟磁合金粉末的摩爾數(shù)之比為 75:32L/mol。
[0023]本發(fā)明所述方法中的云母、耐高溫有機(jī)硅樹脂和丙酮均可直接購于市場。
[0024]本發(fā)明所述非晶軟磁磁粉芯的制備方法，與現(xiàn)有的非晶軟磁磁粉芯制備技術(shù)相t匕，本發(fā)明方法能在溫壓溫度下以較小的壓制壓力獲得較高的密度，而且磁粉芯內(nèi)應(yīng)力低，有利于獲得較高的磁導(dǎo)率和較低的損耗；另外可以降低壓制壓力，減少模具損耗，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)
較顯著。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明制備的非晶軟磁磁粉芯的XRD譜圖。
[0026]圖2是本發(fā)明制備的非晶軟磁磁粉芯的斷口掃描電鏡圖。
[0027]圖3是本發(fā)明制備的非晶軟磁磁粉芯的損耗隨頻率變化的曲線。
[0028]圖4是本發(fā)明制備的非晶軟磁磁粉芯的磁導(dǎo)率隨頻率變化的曲線。
【具體實施方式】
[0029]為更好的說明本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點，下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0030]實施例1
[0031 ] 稱取50ml體積濃度為6 %的磷化液與0.032mol原子百分含量為硅8.5 %、硼9 %、其余為鐵的非晶軟磁合金粉末混合，然后進(jìn)行干燥，再將干燥后的非晶軟磁合金粉末與
0.12g云母、0.1g耐高溫有機(jī)硅樹脂、75ml丙酮均勻混合，待溶劑放置于120°C的真空干燥箱干燥60min揮發(fā)后，將包覆好的非晶軟磁合金粉末與潤滑劑混合并裝入模具內(nèi)溫壓壓制成尺寸為外徑16mmX內(nèi)徑9mmX高5mm圓環(huán)形的磁粉芯,在加壓的同時進(jìn)行加熱,壓制壓力為500MPa，壓制溫度為60°C，最后在350°C退火I小時。
[0032]實施例2
[0033]稱取50ml體積濃度為6 %的磷化液與0.032mol原子百分含量為硅9 %、硼11 %、其余為鐵的非晶軟磁合金粉末混合，然后進(jìn)行干燥，再將干燥后的非晶軟磁合金粉末與0.12g云母、0.1g耐高溫有機(jī)硅樹脂、75ml溶劑丙酮均勻混合，待溶劑放置于120°C的真空干燥箱干燥60min揮發(fā)后，將包覆好的非晶軟磁合金粉末與潤滑劑混合并裝入模具內(nèi)溫壓壓制成尺寸為外徑16mmX內(nèi)徑9mmX高5mm圓環(huán)形的磁粉芯,在加壓的同時進(jìn)行加熱,壓制壓力為800MPa，壓制溫度90°C，最后在350°C退火I小時。
[0034]實施例3
[0035]稱取50ml體積濃度為6%的磷化液與0.032mol原子百分含量為硅9%、硼13%、其余為鐵的非晶軟磁合金粉末混合，然后進(jìn)行干燥，再將干燥后的非晶軟磁合金粉末與0.12g云母、0.1g耐高溫有機(jī)硅樹脂、75ml溶劑丙酮均勻混合，待溶劑放置于120°C的真空干燥箱干燥60min揮發(fā)后，將包覆好的非晶軟磁合金粉末與潤滑劑混合并裝入模具內(nèi)溫壓壓制成尺寸為外徑16mmX內(nèi)徑9mmX高5mm圓環(huán)形的磁粉芯,在加壓的同時進(jìn)行加熱,壓制壓力為800MPa，壓制溫度為120°C，最后在350°C退火I小時。
[0036]實施例4
[0037]稱取50ml體積濃度為6 %的磷化液與0.032moI原子百分含量為硅9.5 %、硼13.5%、其余為鐵的非晶軟磁合金粉末混合，然后進(jìn)行干燥，再將干燥后的非晶軟磁合金粉末與0.12g云母、0.1g耐高溫有機(jī)硅樹脂、75ml溶劑丙酮均勻混合，待溶劑放置于120°C的真空干燥箱干燥60min揮發(fā)后，將包覆好的非晶軟磁合金粉末與潤滑劑混合并裝入模具內(nèi)溫壓壓制成尺寸為外徑16mmX內(nèi)徑9mmX高5mm圓環(huán)形的磁粉芯,在加壓的同時進(jìn)行加熱，壓制壓力為1200MPa，壓制溫度為120°C，最后在350°C退火I小時。
[0038]實施例5
[0039]稱取50ml體積濃度為6 %的磷化液與0.032moI原子百分含量為硅9.5 %、硼14%、其余為鐵的非晶軟磁合金粉末混合，然后進(jìn)行干燥，再將干燥后的非晶軟磁合金粉末與0.12g云母、0.1g耐高溫有機(jī)硅樹脂、75ml溶劑丙酮均勻混合，待溶劑放置于120°C的真空干燥箱干燥60min揮發(fā)后，將包覆好的非晶軟磁合金粉末與潤滑劑混合并裝入模具內(nèi)溫壓壓制成尺寸為外徑16mmX內(nèi)徑9mmX高5mm圓環(huán)形的磁粉芯,在加壓的同時進(jìn)行加熱，壓制壓力為1200MPa，壓制溫度為150°C，最后在350°C退火I小時。
[0040]實施例6
[0041]采用本發(fā)明所述方法制備得到的非晶軟磁磁粉芯的性能試驗
[0042]將本發(fā)明所述方法制備得到的非晶軟磁磁粉芯放在X射線衍射儀(簡稱XRD)上，直接開機(jī)測試，得到本發(fā)明所述方法制備得到的非晶軟磁磁粉芯的XRD譜圖，如附圖1所
/Jn ο
[0043]由附圖1可看出，本發(fā)明所述方法制備得到的非晶軟磁磁粉芯可見較寬較低的非晶峰，而不是很窄很高的晶體的衍射峰。
[0044]從本發(fā)明所述方法制備得到的非晶軟磁磁粉芯上取斷口小樣，放置于掃描電子顯微鏡(簡稱掃描電鏡)觀測，得到本發(fā)明所述方法制備得到的非晶軟磁磁粉芯的斷口掃描電鏡圖，如附圖2所示。由附圖2可看出本發(fā)明所述方法制備得到的非晶軟磁磁粉芯被放大的斷口及粉末顆粒形貌。
[0045]采用交流磁性測量儀測量各種頻率對應(yīng)的損耗曲線及數(shù)值，得到本發(fā)明所述方法制備得到的非晶軟磁磁粉芯的損耗隨頻率變化的曲線，如附圖3所示。
[0046]采用精密磁性元件分析儀測量各種頻率對應(yīng)的磁導(dǎo)率曲線及數(shù)值，得到本發(fā)明所述方法制備得到的非晶軟磁磁粉芯的磁導(dǎo)率隨頻率變化的曲線，如附圖4所示。
[0047]最后所應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實質(zhì)和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種非晶軟磁磁粉芯的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)利用鈍化劑對非晶軟磁合金粉末進(jìn)行鈍化處理，干燥； (2)將步驟(I)干燥后的非晶軟磁合金粉末與云母、耐高溫有機(jī)硅樹脂、丙酮均勻混合； (3 )待溶劑揮發(fā)后，將步驟(2 )中包覆好的非晶軟磁合金粉末與潤滑劑混合并裝入模具內(nèi)溫壓壓制成形，在加壓的同時進(jìn)行加熱； (4)對步驟(3)中壓制成形的磁粉芯進(jìn)行退火處理。
2.如權(quán)利要求1所述的非晶軟磁磁粉芯的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中非晶軟磁合金粉末為原子百分含量為硅8.5?9.5%、硼9?14%、其余為鐵的非晶軟磁合金粉末。
3.如權(quán)利要求1所述的非晶軟磁磁粉芯的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中鈍化劑為磷化液。
4.如權(quán)利要求3所述的非晶軟磁磁粉芯的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中磷化液的體積濃度為6%。
5.如權(quán)利要求1所述的非晶軟磁磁粉芯的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中潤滑劑為硬脂酸鋅。
6.如權(quán)利要求1所述的非晶軟磁磁粉芯的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中壓制壓力為500?1200MPa。
7.如權(quán)利要求1所述的非晶軟磁磁粉芯的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中壓制溫度為60?150°C。
8.如權(quán)利要求1所述的非晶軟磁磁粉芯的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中退火溫度為350°C，退火時間為Ih。
9.如權(quán)利要求1所述的非晶軟磁磁粉芯的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中鈍化劑的體積與非晶軟磁合金粉末的摩爾數(shù)之比為25:16L/mol。
10.如權(quán)利要求1所述的非晶軟磁磁粉芯的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中云母的質(zhì)量與非晶軟磁合金粉末的摩爾數(shù)之比為15:4g/mol，耐高溫有機(jī)硅樹脂的質(zhì)量與非晶軟磁合金粉末的摩爾數(shù)之比為25:8g/mol，丙酮的體積與非晶軟磁磁合金粉末的摩爾數(shù)之比為 75:32L/mol。
【文檔編號】H01F1/153GK103730225SQ201410013455
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】黃鈞聲 申請人:廣東工業(yè)大學(xué), 廣州齊達(dá)材料科技有限公司