CN102436894B - 一种高频高磁导率低损耗铁镍钼金属磁粉芯制备方法 - Google Patents
一种高频高磁导率低损耗铁镍钼金属磁粉芯制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高频高磁导率低损耗铁镍钼金属磁粉芯制备方法。传统方法在进行磁粉绝缘包覆中，非磁性物质量都比较多，实现不了铁镍钼磁粉芯的高密度高磁导率。本发明首先选取水雾化铁镍钼磁粉或气雾化铁镍钼磁粉进行筛分；其次铁镍钼磁粉在铬酸水溶液中发生反应，磁粉表面生成绝缘膜，烘干2小时，使绝缘膜固化稳定在磁粉表面；然后铁镍钼磁粉中添加硬脂酸锌作为润滑剂，混合磁粉压制成铁镍钼磁粉芯并在N2气氛下进行退火热处理；最后铁镍钼磁芯喷涂环氧树脂漆。该方法可以在铁镍钼磁粉表面均匀牢固的生成几百纳米厚的绝缘膜，绝缘包覆效果好，减少了非磁性绝缘物质的使用量，达到提高磁芯密度和提高磁导率的目的。
Description
技术领域
本发明属于金属磁性材料领域，涉及一种高频高磁导率低损耗铁镍钼金属磁粉芯的制备方法。这种磁芯是开关电源直流（DC）输出滤波电感器的最佳选用材料，最适合用于精密音频调谐电路，高Q值滤波器，负载线圈，射频滤波器和许多其它精密仪器的应用场合如军工产品、医疗设备等。
背景技术
随着电子器件如各种开关电源转换器，滤波器，交直流转换器向高频化、小型化、轻量化发展，要求所使用的铁镍钼金属磁粉芯具有高磁导率、低损耗和高频稳定性。目前国内铁镍钼金属磁粉芯综合性能不佳，磁导率低（μe≤125）且损耗较高（Pv>1000mw/cm3,测试条件100KHz,100mT，25℃）。以Magnetics公司产的铁镍钼金属磁粉芯为例，磁导率μe=160，损耗Pv=780mw/cm3（测试条件100KHz,100mT，25℃），频率稳定性良好（1MHz时磁导率下降率13%），国内的铁镍钼金属磁粉芯与欧美国家存在明显差距。
国内金属磁粉芯的制备方法一般是将磁粉和树脂类绝缘剂混合后，经模压成型和热处理后获得磁芯。这种方法制备的磁芯，在较高的温度热处理时，包覆在磁粉表面的树脂会发生热分解，导致绝缘性能下降，高频磁性能不佳，涡流损耗较大。或者是采用一些无机氧化物如氧化铝、氧化锆和氧化镁等作为磁粉的绝缘包覆物质如专利CN10189108A，这种制备方法首先是将这些无机氧化物均匀分散在NaSiO3水溶液中，然后粘附在磁粉表面，再模压成型和热处理获得磁芯。虽然热处理时无机氧化物不会分解，可以提高热处理温度，使磁芯磁导率得到提高。但磁粉表面包覆不均匀，同时在磁粉加工成磁芯的过程中，磁粉表面粘附的绝缘物质易脱落，导致磁粉绝缘性能差，磁芯涡流损耗偏大，高频磁性能也不佳。采用这两种方法制备磁芯，非磁性绝缘物质使用量都比较大，不利于提高磁芯密度和磁导率。近年来，采用了磁粉表面磷化的方式在磁粉表面形成绝缘膜来制备磁芯，如专利CN200710051454、CN200710157107、CN101127269A等。这种方法适合铁含量较高的磁芯如铁粉芯、铁硅铝磁芯和铁硅磁芯等，但不适用于镍含量达到将近80%的铁镍钼磁芯。
专利CN1622231A公开了一种高频低导磁低损耗铁镍钼金属磁粉芯的制造方法，该方法是采用重铬酸镁、磷酸、尿素和甘油组成的溶液作为磁粉的绝缘包覆液，磁粉经过包覆、压型和热处理后获得磁芯。但这种方法制备的铁镍钼磁芯磁导率仅为60。
上述专利的方法，进行磁粉绝缘包覆的非磁性物质量都比较多，实现不了铁镍钼磁粉芯的高密度高磁导率；另一方面，这些方法各自存在绝缘剂高温分解，磁粉表面绝缘物质脱落，包覆不均匀等缺点，会使铁镍钼磁芯的高频磁性能不佳，涡流损耗大。因此，上述这些方法很难制造出高频高磁导率低损耗铁镍钼磁粉芯。
发明内容
本发明的目的是提供一种高频高磁导率低损耗的铁镍钼磁粉芯的制备方法，可以实现高磁导率μe=160±8%,低损耗（Pv<800mw/cm3，测试条件100KHZ,100mT，25℃）,良好的叠加性能（20Oe，>77%；50Oe，>35%）和优异的磁导率高频稳定性（1MHz,磁导率下降≤6%）。
为达到上述之目的，本发明技术路线为：
1．选取水雾化铁镍钼磁粉或气雾化铁镍钼磁粉，铁镍钼磁粉的成分重量比为：Fe17-21wt%,Ni74-79wt%,Mo2-4wt%,Cu0-2wt%,Al、Si＜1%。
2.磁粉筛分，配比铁镍钼磁粉粒度分布：-100目铁镍钼磁粉占重量的1-10%,+100目 —— -200目铁镍钼磁粉占重量的5-30%，余下的为+200目铁镍钼磁粉。
3.将配比好粒度的铁镍钼磁粉置于60-90℃铬酸水溶液中进行表面成膜反应，铬酸水溶液 PH为3-6，铬酸水溶液中铬酸的浓度为1-10%，反应时间为3-24小时，铬酸水溶液与磁粉的体积比大于1:1。
4.取出反应后的磁粉置于烘箱中，80℃恒温烘干2小时，固化绝缘膜，使反应后的绝缘膜固化稳定在磁粉表面。
5.在表面形成绝缘膜的铁镍钼磁粉中，加入0.3-0.6wt%的硬脂酸锌作为润滑剂，混合磁粉在16-22 T/cm2压力下成型。
6.成型后的铁镍钼磁芯，在N2气氛下进行退火热处理，温度为610-690℃，时间为1-2小时。
7.将热处理冷却后的磁芯喷涂环氧树脂漆，喷漆厚度为0.3-0.6mm,烘干温度为120-160℃,时间15-20分钟。
本发明制备铁镍钼金属磁粉芯的优点：
该方法可以在铁镍钼磁粉表面均匀牢固的生成几百纳米厚的绝缘膜，绝缘包覆效果好，减少了非磁性绝缘物质的使用量，达到提高磁芯密度和提高磁导率的目的。
该方法制备的磁芯绝缘膜具有高电阻率和能耐高温热处理的特点，可以承受较高的热处理温度（>600℃），磁芯内应力可以得到充分消除，磁导率大幅度提高，矫顽力和磁滞损耗降低；高温热处理后，磁粉的绝缘膜依然完好，保持磁芯的高电阻率，使得涡流损耗降低和高频磁性能得到提高。
本发明制备的高频高磁导率铁镍钼金属磁粉芯生产工艺简单易行，成本低，过程易于重复和控制，磁性能可与美国Magnetics公司的MPP160相媲美。
附图说明
图1为实施例1热处理后磁芯内部磁粉颗粒表面的绝缘包覆SEM图（20000倍）。
图2为实施例2热处理后磁芯内部磁粉颗粒表面的绝缘包覆SEM图（20000倍）。
图3为实施例3热处理后磁芯内部磁粉颗粒表面的绝缘包覆SEM图（20000倍）。
图4为实施例4热处理后磁芯内部磁粉颗粒表面的绝缘包覆SEM图（20000倍）。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明做进一步的说明。
实施例1
本实施例采用水雾化铁镍钼磁粉，其成分重量比为：Fe 17wt%, Ni 79wt%, Mo 2wt%,Cu 1wt%, Al、Si＜1wt%。用筛网对磁粉进行100目，200目的筛分，配比铁镍钼磁粉粒度分布：-100目50g, +100目 —— -200目200g，+200目750g。配制好PH为6，浓度为1%的铬酸水溶液1L。将铬酸水溶液转移到加热搅拌器中，加热至90℃，保持恒温。将铁镍钼磁粉置于90℃恒温铬酸水溶液中进行表面成膜反应，反应时间24小时，每隔20分钟对混合液进行一次搅拌。磁粉表面会生成一层厚度为几百纳米的绝缘膜。这层绝缘膜在未烘干之前比较柔软，与磁粉的粘附力不强，需要进行烘干固化处理。取出磁粉，置于烘箱中，80℃烘干2小时，固化绝缘膜。再往干燥的磁粉中加入0.3%的硬脂酸锌润滑剂，混合均匀；将混合磁粉装入油压机模具中，在18T/cm2压力下，模压制成Φ11.2×Φ5.82×3.96的磁芯。磁芯在N2气氛下，690℃退火处理1小时，随炉冷却至200℃，取出磁芯。磁芯表面喷涂环氧树脂漆，喷漆厚度为0.3mm,烘干温度160℃,时间15分钟。690℃热处理后磁芯内部磁粉的绝缘膜依然完好，均匀的包覆在磁粉表面，如图1所示。铁镍钼磁芯的磁性能如下：磁导率165（200KHz,0.05V）,品质因数25(200KHz,0.05V)，损耗790mw/cm3（100KHz,100mT,25℃）,损耗763mw/cm3（100KHz,100mT,100℃）,迭加性能（20Oe，77%，50Oe，36%），磁导率频率稳定性（1MHz,磁导率下降6%）。
实施例2
本实施例采用水雾化铁镍钼磁粉，其成分重量比为：Fe 18wt%, Ni 77wt%, Mo 4wt%,Al、Si＜1wt%。用筛网对磁粉进行100目，200目的筛分，配比铁镍钼磁粉粒度分布：-100目10g, -200目290g，+200目700g。配制好PH为4，浓度为5%的铬酸水溶液1L。将铬酸水溶液转移到加热搅拌器中，加热至80℃，保持恒温。将铁镍钼磁粉置于80℃恒温铬酸水溶液中进行表面成膜反应，反应时间6小时，每隔20分钟对混合液进行一次搅拌。磁粉表面会生成一层厚度为几百纳米的绝缘膜。这层绝缘膜在未烘干之前比较柔软，与磁粉的粘附力不强，需要进行烘干固化处理。取出磁粉，置于烘箱中，80℃烘干2小时，固化绝缘膜。往磁粉中加入0.4%的硬脂酸锌润滑剂，混合均匀；将混合磁粉装入油压机模具中，在16T/cm2压力下，模压制成Φ11.2×Φ5.82×3.96的磁芯。磁芯在N2气氛下，610℃进行退火处理2小时，随炉冷却至200℃，取出磁芯。磁芯表面喷涂环氧树脂漆，喷漆厚度为0.3mm,烘干温度为120℃,时间20分钟。610℃热处理后磁芯内部磁粉的绝缘膜依然完好，均匀的包覆在磁粉表面，如图2所示。铁镍钼磁芯的磁性能如下：磁导率149（200KHz,0.05V）,品质因数29(200KHz,0.05V)，损耗670mw/cm3（100KHz,100mT,25℃）,损耗659mw/cm3（100KHz,100mT,100℃）,迭加性能（20Oe，78%；50Oe，38%），磁导率频率稳定性（1MHz,磁导率下降4%）。
实施例3
本实施例采用气雾化铁镍钼磁粉，其成分重量比为：Fe 17wt%,Ni 78wt%,Mo 3wt%,Cu 1wt%, Al、Si＜1wt%。用筛网对磁粉进行100目，200目的筛分，配比铁镍钼磁粉粒度分布：-100目100g, -200目50g，+200目850g。配制好PH为3，浓度为8%的铬酸水溶液1L。将铬酸水溶液转移到加热搅拌器中，加热至60℃，保持恒温。将铁镍钼磁粉置于60℃恒温铬酸水溶液中进行表面成膜反应，反应时间15小时，每隔20分钟对混合液进行一次搅拌。磁粉表面会生成一层厚度为几百纳米的绝缘膜。这层绝缘膜在未烘干之前比较柔软，与磁粉的粘附力不强，需要进行烘干固化处理。取出磁粉，置于烘箱中，80℃烘干2小时，固化绝缘膜。再往磁粉中加入0.6%的硬脂酸锌润滑剂，混合均匀；将混合磁粉装入油压机模具中，在22T/cm2压力下模压制成Φ11.2×Φ5.82×3.96的磁芯。磁芯在N2气氛下，660℃进行退火处理1小时，随炉冷却至200℃，取出磁芯。磁芯表面喷涂环氧树脂漆，喷漆厚度为0.3mm,烘干温度为120℃,时间15分钟。660℃热处理后磁芯内部磁粉的绝缘膜依然完好，均匀的包覆在磁粉表面，如图3所示。铁镍钼磁芯的磁性能如下：磁导率156（200KHz,0.05V）,品质因数26（200KHz,0.05V)，损耗764mw/cm3（100KHz,100mT,25℃）,损耗756mw/cm3（100KHz,100mT,100℃）,迭加性能（20Oe，81%；50Oe，40%），磁导率频率稳定性（1MHz,磁导率下降5%）。
实施例4
本实施例采用气雾化铁镍钼磁粉，其成分重量比为：Fe 21wt%,Ni 74wt%,Mo 2wt%,Cu 2wt%, Al、Si＜1wt%。用筛网对磁粉进行100目，200目的筛分，配比铁镍钼磁粉粒度分布：-100目100g, -200目300g，+200目600g。配制好PH为3，浓度为10%的铬酸水溶液1L。将铬酸水溶液转移到加热搅拌器中，加热至80℃，保持恒温。将铁镍钼磁粉置于80℃恒温铬酸水溶液中进行表面成膜反应，反应时间3小时，每隔20分钟对混合液进行一次搅拌。磁粉表面会生成一层厚度为几百纳米的绝缘膜。这层绝缘膜在未烘干之前比较柔软，与磁粉的粘附力不强，需要进行烘干固化处理。取出磁粉，置于烘箱中，80℃烘干2小时，固化绝缘膜。再往磁粉中加入0.3%的硬脂酸锌润滑剂，混合均匀；将混合磁粉装入油压机模具中，在19T/cm2压力下模压制成Φ11.2×Φ5.82×3.96的磁芯。磁芯在N2气氛下，670℃进行退火处理1小时，随炉冷却至200℃，取出磁芯。磁芯表面喷涂环氧树脂漆，喷漆厚度为0.4mm,烘干温度为120℃,时间20分钟。670℃热处理后磁芯内部磁粉的绝缘膜依然完好，均匀的包覆在磁粉表面，如图4所示。铁镍钼磁芯的磁性能如下：磁导率160（200KHz,0.05V）,品质因数25（200KHz,0.05V)，损耗784mw/cm3（100KHz,100mT,25℃）,损耗766mw/cm3（100KHz,100mT,100℃）,迭加性能（20Oe，79%；50Oe，38%），磁导率频率稳定性（1MHz,磁导率下降5%）。
Claims (2)
1.一种高频高磁导率低损耗铁镍钼金属磁粉芯制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
a选取水雾化铁镍钼磁粉或气雾化铁镍钼磁粉，铁镍钼磁粉的成分重量比为：Fe 17-21wt%, Ni 74-79wt%, Mo 2-4wt%,Cu 0-2wt%,Al、Si＜1wt%；
b磁粉筛分，配比铁镍钼磁粉粒度分布：-100目铁镍钼磁粉占重量的1-10%, -200目～+100目铁镍钼磁粉占重量的5-30%，余下的为+200目铁镍钼磁粉；
c铁镍钼磁粉在铬酸水溶液中发生反应，磁粉表面生成几百纳米厚的绝缘膜；其中铬酸水溶液PH为3-6，铬酸水溶液中铬酸浓度为1%-10%；反应时间为3-24小时，反应温度为60-90℃；
d表面成膜反应后的铁镍钼磁粉在80℃下进行烘干2小时，使绝缘膜固化稳定在磁粉表面；
e在烘干后的铁镍钼磁粉中添加0.3-0.6wt%的硬脂酸锌作为润滑剂，混合磁粉在16-22T/cm2压力下压制成铁镍钼磁粉芯；
f铁镍钼磁粉芯在N2气氛下进行退火热处理，温度为610-690℃，时间为1-2小时；
g 铁镍钼磁粉芯喷涂环氧树脂漆，厚度为0.3-0.6mm,烘干温度为120-160℃,时间15-20分钟。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:铬酸水溶液与铁镍钼磁粉的体积比例大于1:1。
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