CN102543345B - 磁导率μ=26的低功耗铁硅铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

磁导率μ=26的低功耗铁硅铝合金材料及其制备方法 Download PDF

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本发明涉及磁性材料的制备方法，尤其涉及一种磁导率μ=26的低功耗铁硅铝合金材料及其制备方法。磁导率μ=26的低损耗铁硅铝合金软磁材料，该铁硅铝合金软磁材料由铁硅铝粉末经过表面处理、压制成型和热处理制得，铁硅铝粉末中Si的重量含量为8.5％～10％，Al的重量含量为5%～6%，Ni的重量含量为0.5%-1%，Cr的重量含量为0.5%-1%，余量为Fe。本发明具有以下优点：1、制作工艺简单，使用设备简单；2、采用此种方法制作的产品，在保持良好的电感量，较高的品质因数的同时，提高了饱和磁感应强度；提高了直流偏置能力，并且降低了损耗值。

Description

磁导率μ=26的低功耗铁硅铝合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及磁性材料的制备方法，尤其涉及一种磁导率μ=26的低功耗铁硅铝合金材料及其制备方法。
背景技术
目前，随着能源技术的改革，磁性材料快速发展，从纯铁、硅钢到坡莫合金产品众多，到最近二十年发展起来的非晶、纳米晶材料更是把软磁材料的应用推向更广的范围，在这么多磁性材料中，铁硅铝材料因较高的磁感应强度，较低的损耗和高性价比，因此应用广泛。但因其制粉工艺导致其生产量较少，基本未发现大规模的生产厂家，针对磁性材料快速发展的趋势，产品损耗低，工艺简单，可大规模生产的制粉工艺已经是迫切需求。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的一个目的是提供一种磁导率μ=26的铁硅铝合金软磁材料，在保持良好的电感量，较高的品质因数的同时，提高了饱和磁感应强度；提高了直流偏置能力，并且降低了损耗值。本发明的另外一个目的是提供上述的磁导率μ=26的铁硅铝合金软磁材料的制备方法。
为了实现上述的第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：
磁导率μ=26的低损耗铁硅铝合金软磁材料，该铁硅铝合金软磁材料由铁硅铝粉末经过表面处理、压制成型和热处理制得，铁硅铝粉末中Si的重量含量为8.5％～10％，Al的重量含量为5%～6%，，Ni的重量含量为0.5%-1%，Cr的重量含量为0.5%-1%，余量为Fe。
作为优选，上述的铁硅铝粉末中Si的含量为9.5％。
作为优选，上述的铁硅铝粉末中Al的含量为5.6％。
作为优选，上述的铁硅铝粉末中Ni的含量为0.8％。
作为优选，上述的铁硅铝粉末中Cr的含量为0.5％。
通常在作为铁硅铝制粉中较少加入微量元素，偶尔有所添加也基本就是Mn、Cr。经过反复试验，发明人发现在同时添加Cr、Ni时，可以提升铁硅铝材料的饱和磁感应强度，并且能较好的提高其直流偏置能力。
为了实现上述的第二个目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种制备上述的磁导率μ=26的铁硅铝合金软磁材料的制备方法，该方法包括以下的步骤：
1）取适量铁硅铝粉末，其中Si的重量含量为8.5％～10％，Al的重量含量为5%～6%，Ni的重量含量为0.5%-1%，Cr的重量含量为0.5%-1%，余量为Fe；
2）将制得的铁硅铝粉末焙炒至温度达到80℃～120℃时加入磷酸稀释液进行表面处理，磷酸的重量为铁硅合金粉末重量的2.3%～2.8%，再继续焙炒至干燥；
3）然后对铁硅铝合金软磁粉末压制成型：压强为15～26吨/cm2；
4）热处理，向热处理炉内通入氢气或者氮气，温度控制在600℃～900℃之间，进行热处理的时间为60～150分钟；
5）最后采用环氧树脂油漆涂覆在铁硅铝合金软磁材料的表面。
作为进一步的改进，上述的铁硅铝粉末预先进行合金块熔炼和破碎，在合金块熔炼过程中采用真空熔炼法。在合金块的制作工艺中，发明人发现采用空气中进行熔炼操作较为简单，但是产品一致性较差，不是理想的熔炼方法，而在真空熔炼炉进行合金熔炼加之一些独特的工艺时，产品的一致性高，并且能够长期稳定，非常符合规模化生产。在合金块破碎的过程中，球磨工艺要克服一个难点就是确保铁硅铝合金在球墨过程中表面不要被氧化，因为在氧化的结果会导致铁硅铝粉末损耗增加，磁导率降低；发明人发现采用挤压式制粉工艺却没有这样的问题，而且破碎的粉末颗粒度细，同时效率高，成型性好，能有效降低铁硅铝粉末的损耗，保持磁导率稳定。
采用本发明的制备方法可以制成μ=26的低功耗铁硅铝合金粉末，其环型规格有Φ6.99﹑Φ7.24﹑Φ8.51﹑Φ10.29﹑Φ10.29﹑Φ10.80﹑Φ11.89﹑Φ13.46﹑Φ17.40﹑Φ18.03﹑Φ21.10﹑Φ23.62﹑Φ24.30﹑Φ27.70﹑Φ33.83﹑Φ35.10﹑Φ36.63﹑Φ40.72﹑Φ44.00﹑Φ47.63﹑Φ51.69﹑Φ58.00﹑Φ78.90等（Φ为外径，单位为㎜）。
本发明具有以下优点：1、制作工艺简单，使用设备简单；2、采用此种方法制作的产品，在保持良好的电感量，较高的品质因数的同时，提高了饱和磁感应强度；提高了直流偏置能力，并且降低了损耗值。本发明的软磁铁硅合金主要适用于开关电源的功率因素校正以及开关电源的输出滤波，以此来提高交换功率的利用率。
下表中给出了铁硅铝合金的软磁性能结果，显示其具有优异的软磁性能。
具体实施方式
实施例1
取1000g铁硅铝粉末, 其中Si的重量含量为9％，Al的重量含量为6%，1%重量含量的Ni和1%重量含量的Cr，余量为Fe，将制得的铁硅铝粉末焙炒至温度达到100℃时加入2.5％的磷酸稀释液进行表面处理，再继续焙炒至干燥；然后对铁硅铝合金软磁粉末压制成型：压强为20吨/cm2；并通过热处理，向热处理炉内通入氢气或者氮气，温度控制在750±3℃，进行热处理的时间为150分钟；最后采用环氧树脂油漆涂覆在粉芯的表面。得到Φ26.9/Φ14.7×11.2（即外径为26.9mm﹑内径为14.7mm﹑高度11.2mm）规格的2个铁硅铝产品。
（一）f﹑L﹑Q测试
铜丝采用Φ0.5mm，线圈匝数为26匝，其磁性能参数如表1。
表1
（二）功率损耗测试
铜丝采用Φ0.5mm，线圈匝数为26匝，其磁性能参数如表2。
表2
产品 频率f(kHz) 磁通密度Bpk(Gauss) 功率损耗
产品1 50 100 4.69
产品2 50 100 4.71
（三）磁性能测试
铜丝采用Φ0.8mm，线圈匝数为30匝，频率为100kHz，其磁性能参数如表3。
表3
（四）饱和磁感应强度
铜丝初级采用0.5mm，线圈匝数为200匝，次级采用0.29mm，线圈匝数为50匝，经B-H回线测试仪器，其磁性能参数如表4。
表4
产品 饱和磁感应强度（Gauss）
产品1 9800
产品2 9750
实施例2
取1000g铁硅铝粉末, 其中Si的重量含量为9.5％，Al的重量含量为5.6%，0.8%重量含量的Ni和0.5%重量含量的Cr，余量为Fe,按照实施例1的工艺步骤将铁硅铝粉末压制成规格为Φ26.9/Φ14.7×11.2（即外径为26.9mm﹑内径为14.7mm﹑高度11.2mm）规格的2个铁硅铝产品。其他条件不变。
（一）f﹑L﹑Q测试
铜丝采用Φ0.5mm，线圈匝数为26匝，其磁性能参数如表5。
表5
（二）功率损耗测试
铜丝采用Φ0.5mm，线圈匝数为26匝，其磁性能参数如表6。
表6
产品 频率f(kHz) 磁通密度Bpk(Gauss) 功率损耗
产品1 50 100 4.76
产品2 50 100 4.74
（三）磁性能测试
铜丝采用Φ0.8mm，线圈匝数为30匝，频率为100kHz，其磁性能参数如表7。
表7
（四）饱和磁感应强度
铜丝初级采用0.5mm，线圈匝数为200匝，次级采用0.29mm，线圈匝数为50匝，经B-H回线测试仪器，其磁性能参数如表8。
表8
产品 饱和磁感应强度（Gauss）
产品1 10500
产品2 11000
实施例3
取1000g铁硅铝粉末, 其中Si的重量含量为10％，Al的重量含量为6%，0.5%重量含量的Ni和0.5%重量含量的Cr，余量为Fe,按照实施例1的工艺步骤将铁硅铝粉末压制成规格为Φ26.9/Φ14.7×11.2（即外径为26.9mm﹑内径为14.7mm﹑高度11.2mm）规格的2个铁硅铝产品。其他条件不变。
（一）f﹑L﹑Q测试
铜丝采用Φ0.5mm，线圈匝数为26匝，其磁性能参数如表9。
表9
（二）功率损耗测试
铜丝采用Φ0.5mm，线圈匝数为26匝，其磁性能参数如表10。
表10
产品 频率f(kHz) 磁通密度Bpk(Gauss) 功率损耗
产品1 50 100 5.58
产品2 50 100 5.54
（三）磁性能测试
铜丝采用Φ0.8mm，线圈匝数为30匝，频率为100kHz，其磁性能参数如表11。
表11
（四）饱和磁感应强度
铜丝初级采用0.5mm，线圈匝数为200匝，次级采用0.29mm，线圈匝数为50匝，经B-H回线测试仪器，其磁性能参数如表12。
表12
产品 饱和磁感应强度（Gauss）
产品1 10000
产品2 9800

Claims (1)

1.磁导率μ=26的低损耗铁硅铝合金软磁材料，该软磁材料采用以下的方法制备得到：取1000g铁硅铝粉末, 其中Si的重量含量为9％，Al的重量含量为6%，1%重量含量的Ni和1%重量含量的Cr，余量为Fe，将制得的铁硅铝粉末焙炒至温度达到100℃时加入2.5％的磷酸稀释液进行表面处理，再继续焙炒至干燥；然后对铁硅铝合金软磁粉末压制成型：压强为20吨/cm2；并通过热处理，向热处理炉内通入氢气或者氮气，温度控制在750±3℃，进行热处理的时间为150分钟；最后采用环氧树脂油漆涂覆在粉芯的表面。
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