一种非晶软磁磁粉芯的制备方法
【专利摘要】本发明公开一种采用温压成形制备非晶软磁磁粉芯的方法，所述方法包括以下步骤：（1）利用钝化剂对非晶软磁合金粉末进行钝化处理，干燥；（2）将步骤（1）干燥后的非晶软磁合金粉末与云母、耐高温有机硅树脂、丙酮均匀混合；（3）待溶剂挥发后，将步骤（2）中包覆好的非晶软磁合金粉末与润滑剂混合并装入模具内温压压制成形，在加压的同时进行加热；（4）对步骤（3）中压制成形的磁粉芯进行退火处理。本发明所述方法能在温压温度下以较小的压制压力获得较高的密度，而且磁粉芯内应力低，有利于获得较高的磁导率和较低的损耗；另外可以降低压制压力，减少模具损耗，经济效应较显著。
【专利说明】一种非晶软磁磁粉芯的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料粉末冶金制造领域，具体涉及一种温压成形铁基非晶软磁磁粉芯的制备方法。
【背景技术】
[0002]非晶态软磁材料是一种新型磁性材料，超越了传统晶态软磁材料的范畴。在超级冷凝固时原子来不及有序排列结晶，得到固态合金原子排列组合具有短程有序、长程无序特点，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，具有传统材料不同的性能特点，如优异的软磁性能、高的耐腐蚀性，很好的力学性能、高的耐磨性、强度、韧性、硬度、高电阻率等。
[0003]磁粉芯是一种通过粉末冶金工艺,将软磁合金粉末与绝缘介质混合压制而成的、具有磁电转换特种功能的新型软磁功能材料。由于磁粉粒度非常小，且在铁磁性粉末颗粒的表面均匀包覆着一层绝缘介质膜，提高了磁粉芯的电阻率，阻碍了磁粉之间的涡流作用，因而涡流损耗很低，适合于较高频率应用(20kHz以上)。此外，磁粉芯还具有较高的饱和磁感应强度，良好的频率特性、较低矫顽力，和恒导磁与温度稳定性等优点，使得磁粉芯作为电感滤波器，遏流线圈广泛应用于电子通讯、雷达、电源开关等领域，已经成为软磁材料重要的组成部分。
[0004]王红霞等(王红霞，等.金属功能材料，2010，17(2):8-12)在研究非晶粉末钝化工艺对其磁粉芯性能的影响时发现，相比较于未用钝化剂的磁粉芯的加工性能和磁性能都有很大提高，而比较三种钝化剂铬酐、高锰酸钾和磷化液，磷化液最为优越。模压成形是将绝缘好的磁粉压制成各种形状的磁粉芯。由于磁粉芯不经过高温烧结过程，因此压制成形过程就显得尤为重要。一般来说，压力愈大，压坯的密度越高，磁粉的磁导率越大。但增大压力，对此磁芯密度的提高是有极限的，压力过大也会导致绝缘层破裂，从而减低绝缘效果。万娟等(万娟，等.电子元件与材料.2012，31 (10):45 — 48)在室温下铁粉芯与铁基非晶磁粉芯的制备及软磁性能研究过程中，在200MPa至600MPa的压力进行压制，随后进行动态磁性能测试，结果发现:随着压力的增加，磁粉芯的磁导率先增大后减少，在400MPa时达到最大值26，而磁损耗则随着压力的增大先减小后增大，在400MPa时达到最小值11.1ff/kg(50kHz)。
[0005]金属粉末温压成形技术是通过改造传统的粉末冶金压机，采用特制的粉末加热、粉末输送和模具的加热系统，将混有温压专用的润滑剂、粘结剂的混合粉末加热到一个特定的温度(一般130— 150°C)进行压制，再采用传统工艺进行烧结，以获得较高的密度和性能的产品。目前温压主要用于制备结构材料改善力学性能，应用于研制粉末磁性材料改善磁性能的研究还很少见。在已有专利方面仅有上海大学的“温压粘结永磁材料及其制备方法”(上海大学，中国专利申请号CN200610025232.8，
【公开日】2006.8.23)，而从理论上考虑，温压用于软磁材料的优越性将比用于永磁材料更为显著。诸涛(诸涛.粉末温压成形复合润滑剂及其在制备Fe-Si软磁材料中的应用研究[D].合肥:合肥理工大学，2012)研究了温压应用于Fe-Si软磁合金对其组织结构和力学性能的作用，而这种合金不属于非晶合金，从理论上来说，温压对非晶合金的软磁性能的作用方面将有其自身的特点。H.Shokrollahi等人(Shokrollah1.et al..J.Magn.Magn.Mater., 2007, 313: 182-186)研究了室温下压制参数对软磁复合材料(不是非晶合金)磁性能的影响，结果表明，随着压制压力的增大，粉芯的密度有所增加，磁导率和磁感应强度提高，但同时压力增大引入的位错等缺陷和内应力也增加，因而矫顽力也有所增加。
[0006]非晶软磁材料在电力电子领域得到了广泛应用，目前非晶合金的应用产品大都用冷淬薄带卷绕成磁芯后退火处理。但高频段的损耗特性限制了薄带卷芯应用场合，且经过热处理后的非晶薄带脆性大，在工业领域中，多数情况下需要用此种材料制成满足各种需要的特殊形状。在不损害这种材料优异软磁性能这一优点的前提下，应当明显地降低磁芯的损耗值，将非晶合金带材破碎成磁粉，压制成磁粉芯便可以实现这一目的。因此非晶磁粉芯研究是最近的研究热点。目前采用温压制备非晶软磁磁粉芯尚未见报道。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种采用温压成形制备非晶软磁磁粉芯的新方法。
[0008]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:一种非晶软磁磁粉芯的制备方法，所述方法包括以下步骤:
[0009](I)利用钝化剂对非晶软磁合金粉末进行钝化处理，干燥；
[0010](2)将步骤(I)干燥后的非晶软磁合金粉末与云母、耐高温有机硅树脂、丙酮均匀混合；
[0011](3)待溶剂挥发后，将步骤(2)中包覆好的非晶软磁合金粉末与润滑剂混合并装入模具内温压压制成形，在加压的同时进行加热；
[0012](4)对步骤(3)中压制成形的磁粉芯进行退火处理。
[0013]本发明首次采用温压制备非晶软磁磁粉芯，能在温压温度下以较小的压制压力获得较高的密度，而且所得的磁粉芯内应力低，有利于获得较高的磁导率和较低的损耗；另外可以降低压制压力，减少模具损耗，经济效应较显著。
[0014]作为本发明所述非晶软磁磁粉芯的制备方法的优选实施方式，所述步骤(I)中非晶软磁合金粉末为原子百分含量为硅8.5?9.5%、硼9?14%、其余为铁的非晶软磁合金粉末。本发明所述非晶软磁合金粉末可采用现有技术手段获得，例如直接从市场购买(例如购自北京安泰科技股份有限公司)等。本发明优选但不限于采用所述成分的非晶软磁合金粉末，上述所述成分的非晶软磁合金粉末是比较常用的粉末，获得来源广泛，而且具有较高的性价比。
[0015]作为本发明所述非晶软磁磁粉芯的制备方法的优选实施方式，所述步骤(I)中钝化剂为磷化液。
[0016]作为本发明所述非晶软磁磁粉芯的制备方法的优选实施方式，所述步骤(I)中磷化液的体积浓度为6%。当磷化液钝化剂浓度很低时，在非晶粉末颗粒表面生成的磷化膜的厚度很薄，钝化效果不太完全。随着钝化剂浓度的增加和钝化程度的加深，非晶粉末颗粒表面可生成完整、均匀覆盖的磷化膜。但是磷化液钝化剂浓度过高时，磷化膜厚度过大又容易造成其开裂及脱落。体积浓度6%时可达到最佳成膜状态。[0017]作为本发明所述非晶软磁磁粉芯的制备方法的优选实施方式，所述步骤(3)中润滑剂为硬脂酸锌。
[0018]作为本发明所述非晶软磁磁粉芯的制备方法的优选实施方式，所述步骤(3)中压制压力为500?1200MPa。压制压力过小时粉芯密度不够高、性能不好，压制压力过大时模具容易损坏。
[0019]作为本发明所述非晶软磁磁粉芯的制备方法的优选实施方式，所述步骤(3)中压制温度为60?150°C。压制温度过低时固体润滑剂尚未熔融造成温压密度提高效果不明显；温压温度过高时润滑膜粘度降低造成粉末颗粒间直接接触，导致密度反而下降，而且内应力高不利于改善软磁性能。
[0020]作为本发明所述非晶软磁磁粉芯的制备方法的优选实施方式，所述步骤(4)中退火温度为350°C，退火时间为lh。退火温度较低、时间较短则消除内应力效果不明显，不利于改善磁性能；退火温度过高则粉芯易于氧化变质、耗费能源，而且还可能造成非晶体晶化,恶化磁性能。
[0021]作为本发明所述非晶软磁磁粉芯的制备方法的优选实施方式，所述步骤(I)中钝化剂的体积与非晶软磁合金粉末的摩尔数之比为25:16L/mol。
[0022]作为本发明所述非晶软磁磁粉芯的制备方法的优选实施方式，所述步骤(2)中云母的质量与非晶软磁合金粉末的摩尔数之比为15:4g/mol，耐高温有机硅树脂的质量与非晶软磁合金粉末的摩尔数之比为25:8g/mol，丙酮的体积与非晶软磁合金粉末的摩尔数之比为 75:32L/mol。
[0023]本发明所述方法中的云母、耐高温有机硅树脂和丙酮均可直接购于市场。
[0024]本发明所述非晶软磁磁粉芯的制备方法，与现有的非晶软磁磁粉芯制备技术相t匕，本发明方法能在温压温度下以较小的压制压力获得较高的密度，而且磁粉芯内应力低，有利于获得较高的磁导率和较低的损耗；另外可以降低压制压力，减少模具损耗，经济效应
较显著。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是本发明制备的非晶软磁磁粉芯的XRD谱图。
[0026]图2是本发明制备的非晶软磁磁粉芯的断口扫描电镜图。
[0027]图3是本发明制备的非晶软磁磁粉芯的损耗随频率变化的曲线。
[0028]图4是本发明制备的非晶软磁磁粉芯的磁导率随频率变化的曲线。
【具体实施方式】
[0029]为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0030]实施例1
[0031 ] 称取50ml体积浓度为6 %的磷化液与0.032mol原子百分含量为硅8.5 %、硼9 %、其余为铁的非晶软磁合金粉末混合，然后进行干燥，再将干燥后的非晶软磁合金粉末与
0.12g云母、0.1g耐高温有机硅树脂、75ml丙酮均匀混合，待溶剂放置于120°C的真空干燥箱干燥60min挥发后，将包覆好的非晶软磁合金粉末与润滑剂混合并装入模具内温压压制成尺寸为外径16mmX内径9mmX高5mm圆环形的磁粉芯,在加压的同时进行加热,压制压力为500MPa，压制温度为60°C，最后在350°C退火I小时。
[0032]实施例2
[0033]称取50ml体积浓度为6 %的磷化液与0.032mol原子百分含量为硅9 %、硼11 %、其余为铁的非晶软磁合金粉末混合，然后进行干燥，再将干燥后的非晶软磁合金粉末与0.12g云母、0.1g耐高温有机硅树脂、75ml溶剂丙酮均匀混合，待溶剂放置于120°C的真空干燥箱干燥60min挥发后，将包覆好的非晶软磁合金粉末与润滑剂混合并装入模具内温压压制成尺寸为外径16mmX内径9mmX高5mm圆环形的磁粉芯,在加压的同时进行加热,压制压力为800MPa，压制温度90°C，最后在350°C退火I小时。
[0034]实施例3
[0035]称取50ml体积浓度为6%的磷化液与0.032mol原子百分含量为硅9%、硼13%、其余为铁的非晶软磁合金粉末混合，然后进行干燥，再将干燥后的非晶软磁合金粉末与0.12g云母、0.1g耐高温有机硅树脂、75ml溶剂丙酮均匀混合，待溶剂放置于120°C的真空干燥箱干燥60min挥发后，将包覆好的非晶软磁合金粉末与润滑剂混合并装入模具内温压压制成尺寸为外径16mmX内径9mmX高5mm圆环形的磁粉芯,在加压的同时进行加热,压制压力为800MPa，压制温度为120°C，最后在350°C退火I小时。
[0036]实施例4
[0037]称取50ml体积浓度为6 %的磷化液与0.032moI原子百分含量为硅9.5 %、硼13.5%、其余为铁的非晶软磁合金粉末混合，然后进行干燥，再将干燥后的非晶软磁合金粉末与0.12g云母、0.1g耐高温有机硅树脂、75ml溶剂丙酮均匀混合，待溶剂放置于120°C的真空干燥箱干燥60min挥发后，将包覆好的非晶软磁合金粉末与润滑剂混合并装入模具内温压压制成尺寸为外径16mmX内径9mmX高5mm圆环形的磁粉芯,在加压的同时进行加热，压制压力为1200MPa，压制温度为120°C，最后在350°C退火I小时。
[0038]实施例5
[0039]称取50ml体积浓度为6 %的磷化液与0.032moI原子百分含量为硅9.5 %、硼14%、其余为铁的非晶软磁合金粉末混合，然后进行干燥，再将干燥后的非晶软磁合金粉末与0.12g云母、0.1g耐高温有机硅树脂、75ml溶剂丙酮均匀混合，待溶剂放置于120°C的真空干燥箱干燥60min挥发后，将包覆好的非晶软磁合金粉末与润滑剂混合并装入模具内温压压制成尺寸为外径16mmX内径9mmX高5mm圆环形的磁粉芯,在加压的同时进行加热，压制压力为1200MPa，压制温度为150°C，最后在350°C退火I小时。
[0040]实施例6
[0041]采用本发明所述方法制备得到的非晶软磁磁粉芯的性能试验
[0042]将本发明所述方法制备得到的非晶软磁磁粉芯放在X射线衍射仪(简称XRD)上，直接开机测试，得到本发明所述方法制备得到的非晶软磁磁粉芯的XRD谱图，如附图1所
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[0043]由附图1可看出，本发明所述方法制备得到的非晶软磁磁粉芯可见较宽较低的非晶峰，而不是很窄很高的晶体的衍射峰。
[0044]从本发明所述方法制备得到的非晶软磁磁粉芯上取断口小样，放置于扫描电子显微镜(简称扫描电镜)观测，得到本发明所述方法制备得到的非晶软磁磁粉芯的断口扫描电镜图，如附图2所示。由附图2可看出本发明所述方法制备得到的非晶软磁磁粉芯被放大的断口及粉末颗粒形貌。
[0045]采用交流磁性测量仪测量各种频率对应的损耗曲线及数值，得到本发明所述方法制备得到的非晶软磁磁粉芯的损耗随频率变化的曲线，如附图3所示。
[0046]采用精密磁性元件分析仪测量各种频率对应的磁导率曲线及数值，得到本发明所述方法制备得到的非晶软磁磁粉芯的磁导率随频率变化的曲线，如附图4所示。
[0047]最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
【权利要求】
1.一种非晶软磁磁粉芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)利用钝化剂对非晶软磁合金粉末进行钝化处理，干燥； (2)将步骤(I)干燥后的非晶软磁合金粉末与云母、耐高温有机硅树脂、丙酮均匀混合； (3 )待溶剂挥发后，将步骤(2 )中包覆好的非晶软磁合金粉末与润滑剂混合并装入模具内温压压制成形，在加压的同时进行加热； (4)对步骤(3)中压制成形的磁粉芯进行退火处理。
2.如权利要求1所述的非晶软磁磁粉芯的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中非晶软磁合金粉末为原子百分含量为硅8.5?9.5%、硼9?14%、其余为铁的非晶软磁合金粉末。
3.如权利要求1所述的非晶软磁磁粉芯的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中钝化剂为磷化液。
4.如权利要求3所述的非晶软磁磁粉芯的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中磷化液的体积浓度为6%。
5.如权利要求1所述的非晶软磁磁粉芯的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中润滑剂为硬脂酸锌。
6.如权利要求1所述的非晶软磁磁粉芯的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中压制压力为500?1200MPa。
7.如权利要求1所述的非晶软磁磁粉芯的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中压制温度为60?150°C。
8.如权利要求1所述的非晶软磁磁粉芯的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中退火温度为350°C，退火时间为Ih。
9.如权利要求1所述的非晶软磁磁粉芯的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中钝化剂的体积与非晶软磁合金粉末的摩尔数之比为25:16L/mol。
10.如权利要求1所述的非晶软磁磁粉芯的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中云母的质量与非晶软磁合金粉末的摩尔数之比为15:4g/mol，耐高温有机硅树脂的质量与非晶软磁合金粉末的摩尔数之比为25:8g/mol，丙酮的体积与非晶软磁磁合金粉末的摩尔数之比为 75:32L/mol。
【文档编号】H01F1/153GK103730225SQ201410013455
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】黄钧声 申请人:广东工业大学, 广州齐达材料科技有限公司