CN102543349A - 一种Fe-Si-Ni-Al-Ti软磁合金粉末 - Google Patents

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刘辛
蔡一湘
谢焕文
王蕾
毛新华
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Abstract

一种Fe-Si-Ni-Al-Ti软磁合金粉末。该软磁合金粉末按重量百分含量计其成分为：3.01～3.20％Si、1.80～1.99％Ni、0.30～0.49％Al和0.10～1.90％Ti，余量为Fe。本发明的Fe-Si-Ni-Al-Ti软磁合金粉末具有居里温度高、高频磁导率高、高频损耗低的优点，适用于制备金属磁粉芯。

Description

一种Fe-Si-Ni-Al-Ti软磁合金粉末
技术领域
本发明属于精密合金领域，涉及一种Fe-Si-Ni-Al-Ti软磁合金粉末。
背景技术
Fe-Si系合金具有优良的磁学性能，如高的磁导率、高的电阻率和低的磁致损耗等，是目前用途最广、用量最大的软磁材料，也是最具商业用途的二元合金体系之一。随着电子技术的迅猛发展，对电子器件的高频化、高功率密度化、小型化及抗电磁干扰的要求日益提高，传统的Fe-Si磁芯材料的低电阻率所导致的大的磁芯损耗限制了它在高频段的使用范围。为此，人们将Fe-Si软磁合金制成粉末并经绝缘包覆后压制成金属磁粉芯来降低其在高频下的磁芯损耗。
目前，对于Fe-Si系金属磁粉芯的研究主要集中在改善合金粉末性能以及调整磁粉芯制备工艺这两个方面。其中，通过调整合金粉末成分来改善粉末性能，对于磁粉芯磁性能的提升至关重要。例如，在Fe-Si系合金中添加Al、Ni等元素可以提高合金的电阻率、磁导率及饱和磁感应强度。此外，相关研究表明Ti元素的添加也有利于Fe-Si系合金相关磁性能的提高。
Liu等(J.H.Liu，T.Y.Ma，H.Tong，W.Luo，M.Yan，Electromagneticwave absorption properties of flaky Fe-Ti-Si-Al nanocrystalline composites[J].《J.Magn.Magn.Mater.》，2010，322，940-944)研究了片状Fe-(0.425～1.275)％Ti-9.6％Si-5.4％Al纳米晶复合材料的电磁波吸收性能，发现Ti元素的添加能使得合金的电阻率提高三倍左右，其原因一方面可能与Ti原子的掺杂减少了共价电子数有关；另一方面则归因于Ti、Fe原子半径的差异所造成的晶格畸变导致了电子散射可能性的增加。
中国专利200710051454.1公开了一种在Fe-6.5％Si合金中添加0.3～0.5％Ti的制造方法，该合金可使合金的饱和磁感应强度可达16000-18000高斯，矫顽力≤80A/m。
然而，上述研究仅限于通过添加Ti元素来提高Fe-Si系合金的电阻率和饱和磁感应强度等，尚未有针对Ti元素在改善Fe-Si系合金居里温度以及磁粉芯磁导率和高频损耗特性方面的研究，而居里温度、高频磁导率以及高频损耗特性对于Fe-Si系磁粉芯的应用温度范围、应用功率以及功耗等有着十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于弥补上述已有研究的不足，通过成分设计，提供一种添加Ti的Fe-Si-Ni-Al-Ti软磁合金粉末，该粉末具有居里温度高、高频磁导率高、高频损耗低的优点，适用于制备金属磁粉芯。
本发明所述的Fe-Si-Ni-Al-Ti软磁合金粉末按重量百分含量计其成分为：3.01～3.20％Si、1.80～1.99％Ni、0.30～0.49％Al和0.10～1.90％Ti，余量为Fe。
本发明优选的Fe-Si-Ni-Al-Ti软磁合金粉末按重量百分含量计其成分为：3.16％Si、1.90％Ni、0.41％Al和1.24％Ti，余量为Fe。
本发明的优点在于通过添加Ti元素并合理选择软磁合金粉末的成分，制备出居里温度高、高频磁导率高、高频损耗低的Fe-Si-Ni-Al-Ti软磁合金粉末，适用于制备金属磁粉芯。
附图说明
图1是实施例2的Fe-Si-Ni-Al-Ti软磁合金粉末的形貌图。
具体实施方式
本发明的Fe-Si-Ni-Al-Ti软磁合金粉末的成分按重量百分比计，采用气雾化工艺制备Fe-Si-Ni-Al-Ti软磁合金粉末，工艺流程是：成分配比-真空-熔炼-雾化-粉末筛分。工艺参数为：熔炼真空1×10-4～10-2Pa、熔炼温度1550～1650℃、雾化压力5.5～6.5MPa、雾化介质为氩气。
实施例1
Fe-Si-Ni-Al-Ti软磁合金粉末的成分按重量百分比计为：3.16％Si、1.90％Ni、0.41％Al和1.24％Ti，余量为Fe。
实施例2
Fe-Si-Ni-Al-Ti软磁合金粉末的成分按重量百分比计为：3.16％Si、1.90％Ni、0.41％Al和1.89％Ti，余量为Fe。
对比例1
软磁合金粉末的成分按重量百分比计为：3.16％Si、1.90％Ni和0.41％Al，余量为Fe。
利用振动样品磁强计测定磁化温度和温度的关系曲线(M-T曲线)来获得粉末的居里温度。为了便于测量软磁合金粉末的高频磁导率及损耗特性，雾化的粉末经标准筛筛分后称取-200目粉末，经环氧树脂绝缘包覆处理后与适量的润滑剂进行搅拌混合，在1.95GPa下压制成外径28mm、内径20mm、高度3mm的环状磁粉芯样品，经适当退火处理后，根据GB/T3658-2008测量软磁合金粉末的高频磁导率及损耗。
图1是实施例2的Fe-Si-Ni-Al-Ti软磁合金粉末的形貌图。由图1可见，在雾化压力为5.5MPa、雾化温度为1550℃条件下，粉末呈近球形。
表1是实施例1、2和对比例1的软磁合金粉末的居里温度。结果表明，Ti元素的添加提高了Fe-Si系合金的居里温度，添加了1.24％含量的Ti元素后合金的居里温度达到最高值727℃。
表1软磁合金粉末的居里温度
  居里温度(℃)
  对比例1   698.9
  实施例1   727
  实施例2   712.9
表2是实施例1、2和对比例1的软磁合金粉末的高频磁导率。结果表明，Ti元素的添加提高了磁粉芯的高频磁导率，在添加了1.24％含量的Ti元素后磁粉芯的高频磁导率在10～100kHz范围内达到最高值58.4～57.23。
表2软磁合金粉末的高频磁导率
Figure BSA00000692124100041
表3是实施例1、2和对比例1的软磁合金粉末的高频损耗。结果表明，在10～60kHz频率范围内，Ti元素的添加对粉末高频损耗特性的影响不大；随着测试频率进一步升高至60～100kHz范围，Ti元素的添加明显降低了粉末的高频损耗，并且随着Ti含量的增加而进一步降低。
表3软磁合金粉末的高频损耗
Figure BSA00000692124100042

Claims (2)

1.一种Fe-Si-Ni-Al-Ti软磁合金粉末，其特征在于，按重量百分含量计其成分为：3.01～3.20％Si、1.80～1.99％Ni、0.30～0.49％Al和0.10～1.90％Ti，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的软磁合金粉末，其特征在于，按重量百分含量计其成分为：3.16％Si、1.90％Ni、0.41％Al和1.24％Ti，余量为Fe。
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