CN103065786A - 一种高磁导率低功耗铁硅铝磁粉芯的制造方法 - Google Patents

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郑燕清
朱协彬
王红军
周翠娥
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Abstract

本发明涉及一种高磁导率低功耗铁硅铝磁粉芯的制造方法，其步骤为：1、采用保护剂覆盖非真空中频感应电炉熔炼铁硅铝合金熔体；2、将上述合金熔体经超高压水雾化制粉装置雾化成合金粉末，退火处理后筛分分级，选用如下粒度分布粉末：-100目～+150目占15％，-150目～+250目占55％，-250目～+300目占25％，-300目占5％；3、铁硅铝合金粉末采用绝缘处理并添加粘结剂、脱模剂模压成型，经热处理后，即得铁硅铝磁粉芯成品。本发明高磁导率低功耗铁硅铝磁粉芯的制造方法具有以下优点：合金熔炼采用非真空中频感应电炉，比目前使用的真空感应电炉熔炼成本更低，设备投资少，生产过程操作方便。通过对铁硅铝合金粉末的粒度分级与粒度分布合理配比，可以使铁硅铝合金粉末的填充密度达到最佳，大大提高了铁硅铝磁粉芯的导磁性，并降低了其功率损耗。

Description

一种高磁导率低功耗铁硅铝磁粉芯的制造方法
技术领域
本发明属于磁性物体的制造方法，具体的说是一种高磁导率低功耗铁硅铝磁粉芯的制造方法。这种铁硅铝磁粉芯主要适合于制作开关电源上的电感铁芯和滤波电感铁芯。
背景技术
目前，开关电源及UPS的迅速发展，需要磁导率高、饱和磁通密度高、高频工作时损耗低、附加直流偏磁场后磁导率下降小的磁性元件。大量使用的铁粉芯磁导率低(μe＝75)，且铁芯损耗大，铁硅铝磁粉芯磁导率可达μe＝125，饱和磁通官度达1.5T(特斯拉)左右，磁致伸缩系数接近于零，这种磁粉芯用于代替铁粉芯，磁芯损耗更低，而且其能量储存能力比铁镍钼(MPP)磁粉还要高，它是开关电源中能量储存和滤波电感器用磁芯的理想材料。现行铁硅铝合金粉末的制备方法有雾化制粉法、机械合金化法以及非晶晶化球磨法，雾化制粉法是目前铁硅铝合金粉末制备主要采用的方法。
现行铁硅铝磁粉芯原料合金粉末存在组成成份波动大、氧含量高、颗粒形貌难以控制、粉末的粒度分布配比不合理，导致铁硅铝磁粉芯的性能下降，产品质量不稳定，同时铁硅铝原料合金粉末生产过程采用真空感应熔炼，设备投资大、操作过程复杂、生产成本高。铁硅铁磁粉芯存在的不足限制了其在工业领域的广泛应用。
发明内容
针对现行铁硅铝磁粉芯生产过程存在的缺陷和不足，本发明提供了一种工艺过程简单、生产成本低的高磁导率低功耗铁硅铝磁粉芯的制造方法。该方法制造的铁硅铝磁粉芯磁导率可达μe147，其制成品在交流100kHz叠加直流偏磁场H＝20Oe(奥斯特)时的磁导率为初始磁导率的60％以上，具有低的磁芯损耗，在频率50kHz、B＝500Gs时磁芯损耗小于80mw/cm3。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案实现：
一种高磁导率低功耗铁硅铝磁粉芯的制造方法，该方法实现的步骤为：
(1)采用保护剂覆盖非真空中频感应电炉，熔炼FeSiAl合金熔体，合金熔体重量百分比组成为：Si9.5％～9.8％，Al5.6％～6.0％，C≤0.02％，O≤0.04％，N≤0.01％，余量为Fe；
(2)将上述合金熔体经超高压水雾化制粉装置雾化成合金粉末，退火处理后筛分分级，选用如下粒度分布粉末：-100目～150目占15％，-150目～+250目占55％，-250目+300目占25％，-300目占5％；
(3)经过绝缘处理并添加粘结剂、脱膜剂后模压成型，制成品的密度为6.1～6.5g/cm3。
(4)模压成型的制成品在具有还原气氛或保护气氛的热处理炉经600～700℃、保温30分钟以上热处理和表面喷涂即成磁粉芯。
其中所述保护剂由碳酸钙、萤石、氧化铝粉混合而成，按照重量百分比，其含量为：碳酸钙：35～45％，萤石：15～25％，氧化铝35～40％。
其中在步骤(1)中保护剂添加量为合金熔体重量的0.5％～10％。
其中绝缘剂为醇酸清漆、或三聚氧氨醇酸绝缘漆、或三聚清氨醇酸浸渍漆。
其中粘结剂为氧化铜粉和磷酸胶，重量比为2.5～4.5，然后用有机溶剂丙酮稀释至浓度为0.9～1.1％，脱膜剂为1.0～1.6％的硬脂酸锌。
其中在(2)步骤中将合金粉末置入具有氢气气氛的热处理炉内，在900～1000℃度的温度条件下保温2小时进行退火处理，将退火处理后的合金粉末再进行分级筛分，选取合适粒径的合金粉末。
本发明一种高磁导率低功耗铁硅铝磁粉芯的制造方法具有以下优点：由于在铁硅铝合金熔炼时采用非真空中频感应电炉，比现行使用的真空感应电炉设备投资少、操作方便、生产成本低，采用超高压水雾化法制粉，通过对雾化工艺参数的调节，可以控制铁硅铝合金粉末的粒度分布和颗粒形貌，通过对铁硅铝合金粉末的粒度分级筛分与粒度分布合理配比，可以使铁硅铝合金粉末的填充密度达到最佳。上述措施的采用，大大提高了磁粉芯的导磁率，并降低了磁粉芯的功率损耗。
附图说明
图1是高磁导率低功耗铁硅铝磁粉芯制备工艺流程示意图。
图2是采用高磁导率低功耗铁硅铝合金粉末的XRD图。
图3是采用超高压水雾化制粉装置制备的铁硅铁合金粉末形貌图。
具体实施方式
本发明提出的高磁导率低功耗铁硅铝磁粉芯制造方法实现的步骤为：
(1)采用保护剂覆盖非真空中频感应电炉，熔炼FeSiAl合金熔体，合金熔体重量百分比组成为：Si9.5％～9.8％，Al5.6％～6.0％，C≤0.02％，O≤0.04％，N≤0.01％，余量为Fe；
(2)将上述合金熔体经超高压水雾化制粉装置雾化成合金粉末，退火处理后筛分分级，选用如下粒度分布粉末：-100目～150目占15％，-150目～+250目占55％，-250目+300目占25％，-300目占5％；
(3)经过绝缘处理并添加粘结剂、脱膜剂后模压成型，制成品的密度为6.1～6.5g/cm3。
(4)模压成型的制成品在具有还原气氛或保护气氛的热处理炉经600～700℃、保温30分钟以上热处理和表面喷涂即成磁粉芯。
2、其中所述保护剂由碳酸钙、萤石、氧化铝粉混合而成，按照重量百分比，其含量为：碳酸钙：35～45％，萤石：15～25％，氧化铝35～40％。
3、其中在步骤(1)中保护剂添加量为合金熔体重量的0.5％～10％。
4、其中绝缘剂为醇酸清漆、或三聚氧氨醇酸绝缘漆、或三聚清氨醇酸浸渍漆。
5、其中粘结剂为氧化铜粉和磷酸胶，重量比为2.5～4.5，然后用有机溶剂丙酮稀释至浓度为0.9～1.1％，脱膜剂为1.0～1.6％的硬脂酸锌。
6、其中在(2)步骤中将合金粉末置入具有氢气气氛的热处理炉内，在900～1000℃度的温度条件下保温2小时进行退火处理，将退火处理后的合金粉末再进行分级筛分，选取合适粒径的合金粉末。
以下采用具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
将工业纯铁、多晶硅、纯铝，投入标称100公斤原料于非真空感应电炉内采用保护剂覆盖熔炼，保护剂为0.5公斤，合金重量百分比熔体组成为：Si 9.5％，Al 6.0％，C 0.014％，O 0.036％，N 0.008％，余量为Fe，采用超高压水雾化制粉装置将熔体雾化成合金粉末，然后将此粉末置入充有氢气气氛的热处理炉内，在900～1000℃的温度条件下保温2小时进行退火处理，将退火处理后的合金粉末进行分筛，按-100目～+150目占15％，-150～+250目占55％，-250目～+300目占25％，-300目占5％的粒度分布进行绝缘处理，添加合金粉末总重量1.5％的粘结剂和脱模剂，使制成品的密度为6.14g/m3。将模压成型制品放入保护气氛热处理炉中600℃下保温30分钟进行热处理，随后对制品表面喷涂环氧树脂油漆即成磁粉芯成品。其中，保护剂由碳酸钙、萤石、氧化铝混合而成，重量百分比含量为：碳酸钙：35％，萤石：25％，氧化铝：40％。本实施例成品其磁性能参数如下表：
实施例2：
制造工艺流程同实施例1，同样投入标称100公斤的原料，保护剂用量为0.7公斤，合金化学成份组成为Si 9.8％，Al 5.6％，C 0.014％，O＝0.032％，N＝0.008％，余量为Fe。采用超高压水雾化制粉装置将熔体雾化成合金粉末，退火处理后按下述粒度分布-100目～+150目占20％，-150目～+250目占50％，-250目～+300目占20％，-300目占10％进行绝缘处理，添加粘结剂和脱模剂(粘结剂和脱模剂添加量与实施例1同)，模压成型使制成品的密度为6.36g/cm3，经750℃保温60分钟进行热处理，其后工艺同实施例1。其中，保护剂由碳酸钙、萤石、氧化铝混合而成，其重量百分比。含量为碳酸钙：45％，萤石：15％，氧化铝粉：40％。本实施例成品其磁性能参数如下表：
Figure BDA0000101116060000061
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变更、改进和其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均属于本发明要求的保护范围。
本发明的效果测量：
以外径26.9mm、内径14.7mm、高度11.2mm的FesiAl磁粉芯为代表进行测量，20匝，V＝1.0伏，φ0.26漆包线径(mm)；其它磁粉芯可用不同匝数，5匝、10匝，30匝，其他同样测量。
1、频率F，电感L，品质因素Q值：
  F(KHZ)   1   10   50   100   150   200   300   400   500   600   800   1000
  L(μH)   31.9   32.0   31.4   31.9   31.9   31.9   31.9   31.9   31.9   31.9   32.0   32.2
  Q   1.05   10.3   44.3   62.9   65.4   61.8   51.6   42.8   36.4   31.3   24.7   20.3
符合L＝N2AL×103＝400×75×103＝30.0μH×(±8％)；Q有较高值。
2、直流迭加
在交流电路中往往有直流成份，从而磁感应强度与交流磁场产生迭加，我们称之谓直流迭加。
直流迭加测量，交流线圈20巾，φ0.26漆包线径(mm)；直流线圈38匝，导线1.0漆包线径(mm)。
Figure BDA0000101116060000071
上述结果，有较好的直流迭加特性。
3、Fesial磁粉芯损耗密度(mw/cm3)
Figure BDA0000101116060000072
上述功率损耗±10％之内，具有较小的功率损耗密度。

Claims (6)

1.一种高磁导率低功耗铁硅铝磁粉芯的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)采用保护剂覆盖非真空中频感应电炉，熔炼FeSiAl合金熔体，合金熔体重量百分比组成为：Si9.5％～9.8％，Al5.6％～6.0％，C≤0.02％，O≤0.04％，N≤0.01％，余量为Fe；
(2)将上述合金熔体经超高压水雾化制粉装置雾化成合金粉末，退火处理后筛分分级，选用如下粒度分布粉末：-100目～150目占15％，-150目～+250目占55％，-250目+300目占25％，-300目占5％；
(3)经过绝缘处理并添加粘结剂、脱膜剂后模压成型，制成品的密度为6.1～6.5g/cm3。
(4)模压成型的制成品在具有还原气氛或保护气氛的热处理炉经600～700℃、保温30分钟以上热处理和表面喷涂即成磁粉芯。
2.根据权利要求1所述的高磁导率低功耗铁硅铝磁粉芯制造方法，其特征在于：所述保护剂由碳酸钙、萤石、氧化铝粉混合而成，按照重量百分比，其含量为：碳酸钙：35～45％，萤石：15～25％，氧化铝35～40％。
3.根据权利要求1所述的高磁导率低功耗铁硅铝磁粉芯制造方法，其特征在于：在步骤(1)中保护剂添加量为合金熔体重量的0.5％～10％。
4.根据权利要求1所述的高磁导率低功耗铁硅铝磁粉芯制造方法，其特征在于：绝缘剂为醇酸清漆、或三聚氧氨醇酸绝缘漆、或三聚清氨醇酸浸渍漆。
5.根据权利要求1所述的高磁导率低功耗铁硅铝磁粉芯制造方法，其特征在于：粘结剂为氧化铜粉和磷酸胶，重量比为2.5～4.5，然后用有机溶剂丙酮稀释至浓度为0.9～1.1％，脱膜剂为1.0～1.6％的硬脂酸锌。
6.根据权利要求1所述的高磁导率低功耗铁硅铝磁粉芯制造方法，其特征在于：在(2)步骤中将合金粉末置入具有氢气气氛的热处理炉内，在900～1000℃度的温度条件下保温2小时进行退火处理，将退火处理后的合金粉末再进行分级筛分，选取合适粒径的合金粉末。
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