本发明属于材料制备领域，尤其涉及一种铁硅铝/铁氧体复合磁粉及其磁粉芯的制备方法。
背景技术：
：铁硅铝软磁合金，又称为Sendust合金，其化学组成为5.4wt.％Al，9.6wt.％Si，其余为Fe(85wt.％)。铁硅铝合金非常脆，很容易破碎成粉，一般制备成磁粉芯使用。与铁硅芯及铁粉芯相比，铁硅铝磁粉芯高频损耗更低，而且具有较高的饱和磁感应强度和磁导率，价格低廉，有利于实现小型化。此外，铁硅铝合金的磁致伸缩系数λs接近于零，有利于消除滤波电感器工作时产生的听觉频率噪声。由于具有低损耗、低成本等特点，以及其他磁粉芯无可比拟的综合性能，铁硅铝磁粉芯已快速发展起来，在输出电感、线路滤波器、功率因素校正器等器件中得到了广泛的应用。早期的铁硅铝磁粉芯工作频率比较低，只要求高的磁导率而对损耗要求并不高。随着铁硅铝磁粉芯的使用工作频率越来越高，高频损耗大，如何在保证磁粉芯高磁导率的情况下，降低磁芯高频损耗成为突出问题。因此研究磁粉芯磁导率和磁芯损耗的影响因素就显得尤为重要。国内外关于金属磁粉芯的研究主要是通过提高磁粉性能、选择合适的绝缘剂及磁粉粒度、调整压制参数等方法来改善磁粉芯的磁性能。随着研究的深入，考虑从工艺方面进行改进，如成型压力、绝缘包覆工艺和热处理对磁粉芯的磁导率和损耗的影响越来越受到关注。铁硅铝磁粉芯生产过程中最关键工序之一就是粉末的绝缘包覆工艺。通过绝缘包覆，可阻隔磁粉之间的电接触，从而可以增大磁粉的电阻率，降低高频损耗。中国专利CN201210443610.X公开了一种高磁通密度低铁芯损耗铁硅铝磁粉芯的制备工艺，通过粉末选取、预处理、钝化处理、绝缘包覆处理、压制成型、热处理等步骤得到目标物，制备的产品具有较高的磁导率以及较低的铁芯损耗，但是步骤相对较复杂。由于绝缘包覆层没有磁性，稀释了磁性，不利于铁硅铝磁粉芯磁导率的进一步提高。中国专利CN103426584.B公开了一种铁氧体复合磁粉芯及其制备方法，采用水热法制备纳米铁氧体颗粒，再与软磁合金机械混合来制备铁氧体复合磁粉芯。这种机械混合难以保证铁氧体绝缘层的连续性，也就难以完全阻隔软磁合金颗粒之间的电接触。中国专利CN103426580.A公布了一种复合磁粉芯及其制备方法，采用水热法在软磁合金粉末表面原位制备铁氧体颗粒，虽然铁氧体绝缘层的连续性有改善，但该方法中只对软磁合金作了钝化处理，未作扁平化处理，不利于降低磁粉芯的高频损耗及提高磁导率。综上，目前国内外常用的铁硅铝磁粉芯制备方法采用的绝缘包覆工艺，使用的非磁性绝缘层稀释了磁性导致磁导率低，绝缘层不稳定(高温分解)且强度低(磁粉芯压制成型过程中包覆层容易被压破)导致高频损耗高。此外，目前常用的铁硅铝磁粉扁平度不够好，不利于进一步提高磁导率及降低高频损耗。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铁硅铝/铁氧体复合磁粉及其磁粉芯的制备方法，本发明提供的铁硅铝/铁氧体复合磁粉及其磁粉芯具有较高的磁导率以及较低的损耗。本发明提供了一种铁硅铝/铁氧体复合磁粉的制备方法，包括以下步骤：1)将铁、硅、铝原料制成标准成分的铁硅铝合金带，然后将其依次进行破碎和球磨，得到扁平化的铁硅铝磁粉；将Fe3+、Zn3+和Mn2+的硝酸盐充分溶解于去离子水中，得到Fe-Zn-Mn混合硝酸盐溶液；2)将所述铁硅铝磁粉添加到所述Fe-Zn-Mn混合硝酸盐溶液中，在120℃～220℃下进行5h～11h的水热反应，加入NaOH溶液，调节pH值至8～12，在铁硅铝磁粉表面原位生成锰锌铁氧体，依次进行洗涤和干燥后得到铁硅铝/铁氧体复合磁粉。优选的，步骤1)中所述铁硅铝磁粉的成分为：9.3～9.7wt％Si，5.2～5.6wt％Al，其余为Fe。优选的，步骤2)中所述铁硅铝/铁氧体复合磁粉中铁氧体的含量为4％～8％。本发明还提供一种铁硅铝/铁氧体复合磁粉，通过本发明任一项所述铁硅铝/铁氧体复合磁粉的制备方法制备得到。本发明提供一种铁硅铝/铁氧体复合磁粉在电讯、雷达、吸波及电磁屏蔽领域的应用。本发明还提供一种磁粉芯，通过本发明所述的铁硅铝/铁氧体复合磁粉与粘接剂、润滑剂混合，依次经过冷压和去应力退火后得到。优选的，所述粘接剂为环氧树脂，所述粘接剂在磁粉芯中的含量为1～2wt％。优选的，所述润滑剂为硬脂酸镁，所述润滑剂在磁粉芯中的含量为0.5～1.5wt％。优选的，所述冷压的压强为1700～1900Mpa；所述冷压的加压速率为0.5～1.5mm/min；所述冷压的保压时间为3～8分钟。优选的，所述退火的温度为680℃～700℃，所述退火的时间为1～2h。与现有技术相比，本发明提供了一种铁硅铝/铁氧体复合磁粉及其磁粉芯的制备方法。具备以下优点：(1)铁氧体是亚铁磁性材料，电阻率高，本发明采用水热法在扁平的铁硅铝磁粉表面包覆铁氧体，提高了复合磁粉及其磁粉芯磁导率和电阻率，铁氧体包覆层强度高且稳定，耐磨擦，可确保在铁硅铝磁粉芯压制成型过程及使用过程中阻隔金属磁粉之间的直接接触，有效地降低高频涡流损耗；(2)通过熔体快淬法合成铁硅铝合金薄带(只有十几微米)经破碎球磨后得到扁平化铁硅铝磁粉，扁平化有助于提高磁导率及降低损耗；(3)本发明克服了目前国内外常用的铁硅铝磁粉绝缘包覆方法中存在的绝缘层不稳定(高温分解)、强度低(磁粉芯压制成型过程中包覆层容易被压破)、不连续及厚度难以控制等问题；(4)磁粉芯冷压成型后进行退火，可以消除制备过程中产生的内应力，提高磁导率、降低损耗；(5)本发明制备的铁硅铝/铁氧体复合磁粉及其磁粉芯不仅可以用于电讯、雷达，还可应用于吸波及电磁屏蔽领域，拓宽了应用领域。具体实施方式对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明提供一种铁硅铝/铁氧体复合磁粉的制备方法，包括以下步骤：1)将铁、硅、铝原料制成标准成分的铁硅铝合金带，然后将其破碎、球磨，得到扁平化的铁硅铝磁粉；将Fe3+、Zn3+和Mn2+的硝酸盐充分溶解于去离子水中，得到Fe-Zn-Mn混合硝酸盐溶液；2)根据铁硅铝/铁氧体复合磁粉中铁氧体的包覆量(理论计算值)在所述Fe-Zn-Mn混合硝酸盐溶液中加入相应量的所述铁硅铝磁粉，在120℃～220℃下进行5h～11h的水热反应，加入NaOH溶液，调节pH值至8～12，在铁硅铝磁粉表面原位生成锰锌铁氧体，依次进行洗涤和干燥后得到铁硅铝/铁氧体复合磁粉。本发明提供的上述铁硅铝/铁氧体复合磁粉的制备方法中，首先获得扁平化的铁硅铝磁粉和Fe-Zn-Mn混合硝酸盐溶液。所述扁平化的铁硅铝磁粉优选按照以下方式获取：通过快淬法将铁、硅、铝原料制成标准成分的铁硅铝合金带。所述快淬法具体为将原料置于感应式熔体快淬设备中进行甩带，设置定向磁场1000Oe，使甩出的铁硅铝合金带易轴沿外磁场取向。所述铁硅铝磁粉的成分为Si：9.3～9.7wt％，Al：5.2～5.6wt％，其余为Fe，更优选的为Si：9.6wt％，Al：5.4wt％，其余为Fe。铁硅铝合金的标准成分为：85wt％Fe，5.4wt％的Al，9.6wt％的Si。将铁硅铝合金带破碎后按照一定球料比进行球磨处理。所述球磨处理过程具体为将标准成分的铁硅铝合金带破碎后置于球磨机中进行高能球磨。所述球料比优选为为11～13:0.5～1.5，更优选为12:1。所述球磨的时间优选为35～45h，更优选为40h。球磨后将铁硅铝合金带制成扁平化的铁硅铝磁粉。所述Fe-Zn-Mn混合硝酸盐溶液按照以下方式获取：将Fe3+、Zn3+和Mn2+的硝酸盐充分溶解于去离子水中，得到Fe-Zn-Mn混合硝酸盐溶液。所述原料优选按照摩尔比n[Fe3+]:n[Zn2+]:n[Mn2+]＝10:3:2称量。将所述扁平化的铁硅铝磁粉添加到所述混合硝酸盐溶液中进行水热反应，得到复合磁粉。所述复合磁粉中铁氧体的含量为4％～8％，更优选为6％。所述添加过程不断搅拌并缓慢滴加沉淀剂进行沉淀。所述沉淀剂优选浓度为1～3mol/L的NaOH，更优选为2mol/L的NaOH。沉淀过程中调节溶液pH值，pH值优选为8～12，更优选为pH值10。水热反应过程可直接在扁平化的铁硅铝磁粉表面原位反应合成锰锌铁氧体，可充分保证绝缘层的均匀性及完整性。水热反应过程具体为将所述铁硅铝磁粉及混合硝酸盐溶液移至带有搅拌装置的不锈钢反应釜中，并加入适量的去离子水，在一定条件下进行反应，期间不断搅拌。所述反应条件优选为120℃～220℃温度下反应5h～11h，更优选的为180℃下反应9h。反应结束后将得到的复合磁粉用去离子水洗涤，去除残余的硝酸根离子和钠离子，再用无水乙醇洗涤数次，置于干燥箱中干燥。所述干燥的条件优选为75℃～85℃，2h～4h，更优选为80℃下干燥3h。将复合磁粉依次进行洗涤和干燥后得到铁硅铝/铁氧体复合磁粉。所述洗涤具体过程为，用去离子水洗去残余的硝酸根离子和钠离子，再用无水乙醇洗涤数次。所述干燥为在干燥箱中80℃下干燥3h。本发明还提供一种铁硅铝/铁氧体复合磁粉，通过本发明任一项所述铁硅铝/铁氧体复合磁粉的制备方法制备得到。本发明提供的铁硅铝/铁氧体复合磁粉可应用于电讯、雷达、吸波及电磁屏蔽领域。本发明还提供一种磁粉芯，通过本发明所述铁硅铝/铁氧体复合磁粉与粘接剂、润滑剂混合，依次经过压制和去应力退火得到。所述粘接剂为环氧树脂，所述粘接剂在磁粉芯中的含量优选为1～2wt％，更优选为1.5wt％。所述润滑剂为硬脂酸镁，所述润滑剂在磁粉芯中的含量优选为0.5～1.5wt％，更优选为1wt％。所述压制过程具体为在一定条件下将混合物进行冷压成型。压制的压强优选为1700～1900Mpa，加压速率为0.5～1.5mm/min，保压时间为3～8分钟，更优选为1800Mpa，加压速率为1mm/min，保压时间6分钟。所述退火条件为690℃于氮气中退火1～2h，退火过程消除了制备过程中产生的内应力，提高磁导率，最终得到磁导率高而损耗性能低的铁硅铝磁粉芯。本发明提供的一种铁硅铝/铁氧体复合磁粉及其磁粉芯的制备方法，在扁平化的铁硅铝磁粉表面原位生成锰锌铁氧体，铁氧体是亚铁磁性材料，且电阻率高。本发明通过水热法在铁硅铝磁粉表面包覆铁氧体，提高了磁导率，同时提高了电阻率，铁氧体包覆层强度高且稳定，耐磨擦，可确保在铁硅铝磁粉芯压制成型过程及使用过程中阻隔金属磁粉之间的直接接触，有效地降低高频涡流损耗；通过熔体快淬法合成铁硅铝合金薄带(只有十几微米)经破碎球磨后得到扁平的铁硅铝磁粉，扁平化有助于提高磁导率及降低高频损耗；本发明克服了目前国内外常用的铁硅铝磁粉绝缘包覆方法中存在的绝缘层不稳定(高温分解)、强度低(磁粉芯压制成型过程中包覆层容易被压破)、不连续及厚度难以控制等问题；磁粉芯冷压成型后进行退火，可以消除制备过程中产生的内应力，提高磁导率、降低损耗；本发明制备的铁硅铝/铁氧体复合磁粉及其磁粉芯不仅可以用于电讯、雷达，还可应用于吸波及电磁屏蔽领域，拓宽了应用领域。本发明提供的一种铁硅铝磁粉芯及其制备方法可通过控制水热反应的温度、反应时间、PH值及调整各反应物的质量，从而优选铁硅铝/铁氧体复合磁粉中铁氧体的包覆量及形态，从而优选出较高磁导率以及较低损耗的磁粉芯。为更清楚起见，下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。实施例1本实施例中，铁硅铝磁粉的成分为Si：9.6wt％，Al：5.4wt％，其余为Fe。1)采用感应式熔体快淬装置，在1000Oe的定向磁场中将铁、硅、铝原料制成标准成分的铁硅铝合金带，然后将其破碎，置于球磨机中进行高能球磨，其中，球料比为12:1，球磨40h，得到扁平化的铁硅铝磁粉；以Fe3+、Zn3+和Mn2+的硝酸盐为原料，按照Fe3+、Zn2+和Mn2+的摩尔比为10:3:2称量，加入去离子水进行充分溶解，得到Fe-Zn-Mn混合硝酸盐溶液；2)将所述铁硅铝磁粉按照锰锌铁氧体和铁硅铝磁粉的质量比为6％添加到所述混合硝酸盐溶液中，用浓度为2mol/L的NaOH溶液调节pH值为10，得到混合物；3)将所述混合物置于不锈钢反应釜中进行水热反应，在扁平化的铁硅铝磁粉表面包覆锰锌铁氧体绝缘层，反应过程中不断搅拌，水热反应温度为180℃，反应时间分别设置为5h、7h、9h和11h共四个实验组。反应后制得铁硅铝/铁氧体复合磁粉；4)所述铁硅铝/铁氧体复合磁粉用去离子水洗涤，去除残余的硝酸根离子和钠离子，再用无水乙醇洗涤数次，置于干燥箱中在80℃下干燥3h。干燥后，添加1.5wt％环氧树脂及1wt％硬脂酸镁混合，得到混合物；5)将所述混合物进行压制成型，在1800Mpa压强，加压速率为1mm/min，保压时间为3～8分钟的条件下，将铁硅铝/铁氧体复合磁粉冷压成磁粉芯；6)所述磁粉芯置于氮气中在690℃退火1～2h。测定四个实验组制得的磁粉芯在100kHz下的磁导率以及在100kHz和Bm＝300mT条件下的损耗。测定结果如表1所示。表1不同反应时间对铁硅铝磁粉芯磁导率及损耗的影响温度T反应时间hpH值磁导率损耗180℃5h107163w/kg180℃7h1075.457w/kg180℃9h1076.456.5w/kg180℃11h1074.358.1w/kg测定结果表1显示在反应时间为5h、7h、9h和11h四个实验条件下，磁导率为71～76.4，损耗为56.5～63w/kg。实施例2本实施例中，铁硅铝磁粉的成分为Si：9.6wt％，Al：5.4wt％，其余为Fe。1)采用感应式熔体快淬装置，在1000Oe的定向磁场中将铁、硅、铝原料制成标准成分的铁硅铝合金带，然后将其破碎，置于球磨机中进行高能球磨，其中，球料比为12:1，球磨40h，得到扁平化的铁硅铝磁粉；以Fe3+、Zn3+和Mn2+的硝酸盐为原料，按照Fe3+、Zn2+和Mn2+的摩尔比为10:3:2称量，充分溶解于去离子水中，得到Fe-Zn-Mn混合硝酸盐溶液；2)将所述铁硅铝磁粉按照锰锌铁氧体和铁硅铝磁粉的质量比为6％添加到所述混合硝酸盐溶液中，用浓度为2mol/L的NaOH溶液调节pH值为10，得到混合物；3)将所述混合物置于不锈钢反应釜中进行水热反应，在扁平化的铁硅铝磁粉表面包覆锰锌铁氧体绝缘层，反应过程中不断搅拌，水热反应温度设置为120℃、180℃和220℃共3个实验组，反应时间7h。反应后制得铁硅铝/铁氧体复合磁粉；4)所述铁硅铝/铁氧体复合磁粉用去离子水洗涤，去除残余的硝酸根离子和钠离子，再用无水乙醇洗涤数次，置于干燥箱中在80℃下干燥3h。干燥后，添加1.5wt％环氧树脂及1wt％硬脂酸镁混合，得到混合物；5)将所述混合物进行压制，在1800Mpa压强，加压速率为1mm/min，保压时间为3～8分钟的条件下，将铁硅铝/铁氧体复合磁粉冷压成磁粉芯。得到磁粉芯；6)将所述磁粉芯置于氮气中在690℃退火1～2h。测定三个实验组制得的磁粉芯在100kHz下的磁导率及在100kHz和Bm＝300mT条件下的损耗。测定结果如表2所示。表2不同反应温度对铁硅铝磁粉芯磁导率及损耗的影响温度T反应时间hpH值磁导率损耗120℃7h1060.568w/kg180℃7h1075.457w/kg220℃7h1071.555.3w/kg测定结果表2显示在反应温度为120℃、180℃和220℃共3个实验条件下，磁导率为60.5～75.4，损耗为55.3～68w/kg。实施例3本实施例中，铁硅铝磁粉的成分为Si：9.6wt％，Al：5.4wt％，其余为Fe。1)采用感应式熔体快淬装置在1000Oe的定向磁场中将铁、硅、铝原料制成标准成分的铁硅铝合金带，然后将其破碎，置于球磨机中进行高能球磨，其中，球料比为12:1，球磨40h，得到扁平化的铁硅铝磁粉；以Fe3+、Zn3+和Mn2+的硝酸盐为原料，按照Fe3+、Zn2+和Mn2+的摩尔比为10:3:2称量，充分溶解于去离子水中，得到Fe-Zn-Mn混合硝酸盐溶液；2)将所述铁硅铝磁粉按照锰锌铁氧体和铁硅铝磁粉的质量比为6％添加到所述混合硝酸盐溶液中，用浓度为2mol/L的NaOH溶液调节pH值，分别设置三个实验组，pH值分别为8、10和12，得到混合物；3)将所述混合物置于不锈钢反应釜中进行水热反应，在扁平化的铁硅铝磁粉表面包覆锰锌铁氧体绝缘层，反应过程中不断搅拌，水热反应温度180℃，反应时间9h。反应后制得铁硅铝/铁氧体复合磁粉；4)所述铁硅铝/铁氧体复合磁粉用去离子水洗涤，去除残余的硝酸根离子和钠离子，再用无水乙醇洗涤数次，置于干燥箱中在80℃下干燥3h。干燥后，添加1.5wt％环氧树脂及1wt％硬脂酸镁混合，得到混合物；5)将所述混合物进行压制成型，在1800Mpa压强，加压速率为1mm/min，保压时间为3～8分钟的条件下，将铁硅铝/铁氧体复合磁粉冷压成磁粉芯；6)所述磁粉芯置于氮气中在690℃退火1～2h。测定三个实验组制得的磁粉芯在100kHz下的磁导率及在100kHz和Bm＝300mT条件下的损耗。测定结果如表3所示。表3不同pH值对铁硅铝磁粉芯性能的影响温度反应时间pH值磁导率(％)损耗180℃9h861.577.8w/kg180℃9h1076.456.5w/kg180℃9h1264.865.3w/kg测定结果表3显示在pH值为8、10和12共3个实验条件下，磁导率为61.5～76.4，损耗为56.5～77.8w/kg。实施例4本实施例中，铁硅铝磁粉的成分为Si：9.6wt％，Al：5.4wt％，其余为Fe。1)采用感应式熔体快淬装置，在1000Oe的定向磁场中将铁、硅、铝原料制成标准成分铁硅铝合金带，然后将其破碎，置于球磨机中进行高能球磨，其中，球料比为12:1，球磨40h，得到扁平化的铁硅铝磁粉。2)用高温氮化法在扁平化的铁硅铝磁粉表面合成氮化物绝缘层，氮化温度为1027℃，氮化时间为90min。3)添加1.5wt.％的环氧树脂及1wt.％的硬脂酸镁，在1800Mpa压强，加压速率为1mm/min，保压时间为5分钟的条件下，将经过氮化处理的铁硅铝磁粉冷压成磁粉芯。4)将铁硅铝磁粉芯置于氮气在690℃下退火2h。本实施例在100kHz的测试频率下，铁硅铝磁粉芯的有效磁导率为61.3，在100kHz，Bm＝300mT测试条件下损耗为60.8w/kg。本实施例所使用的磁粉芯制备方法制备的磁粉芯与本发明提供的磁粉芯相比，磁导率较低，损耗较高。实施例5本实施例中，铁硅铝磁粉的成分为Si：9.6wt％，Al：5.4wt％，其余为Fe。1)采用感应式熔体快淬装置在1000Oe的定向磁场中将铁、硅、铝原料制成标准成分的铁硅铝合金带，然后将其破碎，置于球磨机中进行高能球磨，其中，球料比为12:1，球磨40h，得到扁平化的铁硅铝磁粉颗粒。2)用浓度为6％的磷化液对扁平化的铁硅铝磁粉进行磷化处理，在磁粉表面合成磷化物绝缘层，磷化温度为80℃，磷化时间为15min。3)添加1.5wt％的环氧树脂及1wt％的硬脂酸镁，在1800Mpa压强，加压速率为1mm/min，保压时间为5分钟的条件下，将经过磷化处理的铁硅铝磁粉冷压成磁粉芯。4)将铁硅铝磁粉芯置于氮气中在690℃下退火2h。本实施例在100kHz的测试频率下，铁硅铝磁粉芯的有效磁导率为52.3，在100kHz，Bm＝300mT测试条件下损耗为64.8w/kg。本实施例所使用的磁粉芯制备方法制备的磁粉芯与本发明提供的磁粉芯相比，磁导率较低，损耗较高。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3