CN103589961A - 一种合金粉及其制作方法和应用 - Google Patents

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梁启新
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张海恩
张美蓉
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Abstract

本发明涉及一种合金粉，更具体的涉及一种Fe-Si-Al-Cr合金，包括重量百分比是2%-7%Si，2%-8%Al，1%-8%Cr，剩余部分为Fe的合金粉；制作步骤为1）、选取工业级纯Fe、Si、Al、Cr，在真空炉内冶炼Fe-Si-Al-Cr合金，冶炼温度1000-1500℃，时间1-3h；2）、冷却后机械破碎，再球磨粉碎成100目以下细小粉末；3）、粉末在氢气H2还原气氛下退火处理，退火温度800-1000℃，时间1-2h；4）、退火处理后粉体表面进行磷酸处理；5）、经过磷酸处理后的合金粉末在氮气气氛下进行喷雾干燥；本发明还公开了利用新型合金粉制作叠层功率电感的方法，解决现有多层功率电感器由于容易磁饱和、直流叠加特性差的问题，提高产品额定电流。

Description

一种合金粉及其制作方法和应用
技术领域
本发明涉及到一种新型铁合金粉，以及运用该合金粉制作的高饱和电流叠层功率电感。
背景技术
随着移动电话、相机、笔记本电脑的磁盘驱动器以及便携式音频播放器等电子产品的升级换代，需要饱和电流特性更优良的功率电感。电路板上的大功率转化终端元件的广泛应用，导致高效率直流转换器和更精细电感器需求的增加。
通常用作多层功率电感器的磁体材料为软磁铁氧体，但其由于容易磁饱和，直流叠加特性差，限制了多层功率电感器额定电流的提升。为满足大电流要求，需要研究将以往的铁氧体转换为软磁铁合金粉，如Fe-Si-Al、Fe-Si-Cr等合金，其饱和磁通密度高于铁氧体，有利于产品的高饱和电流。
发明内容
综上所述，本发明的目的是主要是为了制备一种适合制作叠层功率电感的新型铁合金粉，也提出一种新型叠层功率电感及其制作方法，解决现有多层功率电感器由于容易磁饱和、直流叠加特性差的问题，提高产品额定电流。
为解决本发明所提出技术问题，采用的技术方案为：
一种新型合金粉，其特征在于：所述合金粉为Fe-Si-Al-Cr合金，包括重量百分比是2%-7% Si，2%-8% Al，1%-8% Cr，剩余部分为Fe。
在上述合金中，Si含量若低于2%，合金粉耐温性能和绝缘特性下降；含量若高于7%，合金粉磁导率和成形性下降，优选在2%-7%。Al含量若低于2%，合金粉耐温性能和抗氧化特性下降；含量若高于8%，合金粉磁导率下降，优选在2%-8%。Cr含量若低于1%，合金粉绝缘电阻和抗氧化特性下降；含量若高于8%，合金粉磁导率下降，优选在1%-8%。
一种制作上述新型合金粉的方法，包括：
    1）、选取工业级纯Fe、Si、Al、Cr，在真空炉内冶炼Fe-Si-Al-Cr合金，冶炼温度1000-1500℃，时间1-3h；
    2）、冷却后机械破碎，再球磨粉碎成100目以下细小粉末；
    3）、粉末在氢气H2还原气氛下退火处理，退火温度800-1000℃，时间1-2h；
    4）、退火处理后粉体表面进行磷酸处理；
    5）、经过磷酸处理后的合金粉末在氮气气氛下进行喷雾干燥，保证合金粉末过程中不被氧化。
所述的新型合金粉表面经过磷酸处理，含磷量为0.1-1%。检验制备的合金粉平均粒径d50：2-10μm，初始磁导率：5-20。
一种利用新型合金粉制作叠层功率电感的方法，其特征在于：所述方法包括有如下步骤：
     1）、采用流延叠层工艺制作下基板，单层磁性膜厚30-40μm；
     2）、在下基板上印刷下连接线，下连接线厚度20-30μm；      3）、在下连接线端点处制作连接点，连接点厚度20-30μm；      4）、采用印刷工艺印刷一层磁性膜，覆盖下连接线，本层磁性膜与上一步骤中连接点表面持平；      5）、在上述磁性膜上印刷金属电极，电极厚度20-30μm；
     6）、重复步骤3至步骤5，交替印刷磁性膜和金属电极，至达到设计要求；
     7）、在上层金属电极端点处制作连接点，连接点厚度20-30μm；
     8）、制作上连接线，上连接线厚度20-30μm；      9）、采用流延叠层工艺制作上基板，单层磁性膜厚30-40μm； 
     10）、静水压处理后切割成要求尺寸；
     11）、空气中排胶，600℃-900℃高温烧结；
     12）、安装端电极，在两端制造连接线端头。
本发明的有益效果为：本发明采用新型Fe-Si-Al-Cr铁合金粉材料，具有较高的饱和磁导率和抗氧化、高绝缘特性，可以实现空气中高温烧结，提高产品的可靠性和电感直流偏置特性。本发明的电感具有优良的电流衰减特性和直流电阻特性，其在材料、工艺方面具有较好的创新性。
附图说明
图1为本发明制作叠层功率电感下连接线的结构示意图；
图2-9为本发明制作叠层功率电感连接点及内电极循环一次的结构示意图；
图10为本发明制作叠层功率电感上连接线的结构示意图；
图11为本发明制作叠层功率电感的立体结构示意图；
图12为本发明叠层功率电感为银端电极时的立体结构示意图；
图中1-基体，2-下基板，3-下连接线，4-连接点，5-内电极线圈，6-上连接线，7-上基板，8-端电极
具体实施方式                               
以下结合附图和本发明叠层功率电感优选的具体实施例，对本发明作进一步地说明。
参照图1、图2所示，本发明主要由基体1、内电极线圈5和端电极8组成。内电极线圈层叠设置在基体1内，电感线圈两端分别于端电极8相连。电感线圈由U形电极通过连接点4连接，形成螺旋状电极。通过改变内电极5厚度可以降低直流电阻，改变Q值参数。
第一实施例中，基体1采用新型合金粉材料，所述的新型合金粉材料为：2% Si，8% Al，1% Cr，剩余部分为Fe。
    制作上述的新型合金粉，包括有如下步骤： 
    1）、选取工业级纯Fe、Si、Al、Cr，在真空炉内冶炼Fe-Si-Al-Cr合金，冶炼温度1000℃，时间1h；
    2）、冷却后机械破碎，再球磨粉碎成100目以下细小粉末；
    3）、粉末在氢气H2还原气氛下退火处理，退火温度800℃，时间1h；
    4）、退火处理后粉体表面进行磷酸处理；
    5）、经过磷酸处理后的合金粉末在氮气气氛下进行喷雾干燥，保证合金粉末过程中不被氧化。
一种利用新型合金粉制作叠层功率电感的方法，包括如下步骤：
    1）、采用流延叠层工艺制作下基板，单层磁性膜厚30μm；
    2）、在下基板上印刷下连接线，下连接线厚度20μm；     3）、在下连接线端点处制作连接点，连接点厚度20μm；
    4）、采用印刷工艺印刷一层磁性膜，覆盖下连接线，本层磁性膜与上一步骤中连接点表面持平；      5）、在上述磁性膜上印刷金属电极，电极厚度20μm；
     6）、重复步骤3至步骤5，交替印刷磁性膜和金属电极，至达到设计要求；
     7）、在上层金属电极端点处制作连接点，连接点厚度20μm；
     8）、制作上连接线，上连接线厚度20μm；      9）、采用流延叠层工艺制作上基板，单层磁性膜厚30μm；
     10）、静水压处理后切割成要求尺寸；
     11）、空气中排胶，600℃高温烧结；
     12）、安装端电极，在两端制造连接线端头。
第二实施例中，基体1采用新型合金粉材料，所述的新型合金粉材料为：7% Si，2% Al，8% Cr，剩余部分为Fe。
制作上述的新型合金粉，包括有如下步骤：
    1）、选取工业级纯Fe、Si、Al、Cr，在真空炉内冶炼Fe-Si-Al-Cr合金，冶炼温度1500℃，时间3h；
    2）、冷却后机械破碎，再球磨粉碎成100目以下细小粉末；
    3）、粉末在氢气H2还原气氛下退火处理，退火温度1000℃，时间2h；
    4）、退火处理后粉体表面进行磷酸处理；
    5）、经过磷酸处理后的合金粉末在氮气气氛下进行喷雾干燥，保证合金粉末过程中不被氧化。
一种利用新型合金粉制作叠层功率电感的方法，包括如下步骤：
     1）、采用流延叠层工艺制作下基板，单层磁性膜厚40μm；
     2）、在下基板上印刷下连接线，下连接线厚度30μm；      3）、在下连接线端点处制作连接点，连接点厚度30μm；      4）、采用印刷工艺印刷一层磁性膜，覆盖下连接线，本层磁性膜与上一步骤中连接点表面持平；      5）、在上述磁性膜上印刷金属电极，电极厚度30μm；
     6）、重复步骤3至步骤5，交替印刷磁性膜和金属电极，至达到设计要求；
     7）、在上层金属电极端点处制作连接点，连接点厚度30μm；
     8）、制作上连接线，上连接线厚度30μm；      9）、采用流延叠层工艺制作上基板，单层磁性膜厚40μm； 
     10）、静水压处理后切割成要求尺寸；
     11）、空气中排胶，900℃高温烧结；
     12）、安装端电极，在两端制造连接线端头。
第三实施例中，基体1采用新型合金粉材料，所述的新型合金粉材料为：5% Si，6% Al，4% Cr，剩余部分为Fe。
    制作上述新型合金粉，包括有如下步骤： 
    1）、选取工业级纯Fe、Si、Al、Cr，在真空炉内冶炼Fe-Si-Al-Cr合金，冶炼温度1200℃，时间2h；
    2）、冷却后机械破碎，再球磨粉碎成100目以下细小粉末；
    3）、粉末在氢气H2还原气氛下退火处理，退火温度900℃，时间1.5h；
    4）、退火处理后粉体表面进行磷酸处理；
    5）、经过磷酸处理后的合金粉末在氮气气氛下进行喷雾干燥，保证合金粉末过程中不被氧化。
一种利用新型合金粉制作叠层功率电感的方法，包括如下步骤：
    1）、采用流延叠层工艺制作下基板，单层磁性膜厚35μm；
    2）、在下基板上印刷下连接线，下连接线厚度25μm；     3）、在下连接线端点处制作连接点，连接点厚度25μm；
    4）、采用印刷工艺印刷一层磁性膜，覆盖下连接线，本层磁性膜与上一步骤中连接点表面持平；      5）、在上述磁性膜上印刷金属电极，电极厚度25μm；
     6）、重复步骤3至步骤5，交替印刷磁性膜和金属电极，至达到设计要求；
     7）、在上层金属电极端点处制作连接点，连接点厚度25μm；
     8）、制作上连接线，上连接线厚度25μm；      9）、采用流延叠层工艺制作上基板，单层磁性膜厚35μm；
     10）、静水压处理后切割成要求尺寸；
     11）、空气中排胶，800℃高温烧结；
     12）、安装端电极，在两端制造连接线端头。
本发明仅列举了3个实施例，和本发明实质相同的方法步骤，都是本发明的应有之义，实施例不是对于本发明的限制。

Claims (5)

1.一种新型合金粉，其特征在于：所述合金粉为Fe-Si-Al-Cr合金，包括重量百分比是2%-7% Si，2%-8% Al，1%-8% Cr，剩余部分为Fe。
2.一种制作上述新型合金粉的方法，包括：
1）、选取工业级纯Fe、Si、Al、Cr，在真空炉内冶炼Fe-Si-Al-Cr合金，冶炼温度1000-1500℃，时间1-3h；
2）、冷却后机械破碎，再球磨粉碎成100目以下细小粉末；
3）、粉末在氢气H2还原气氛下退火处理，退火温度800-1000℃，时间1-2h；
4）、退火处理后粉体表面进行磷酸处理；
5）、经过磷酸处理后的合金粉末在氮气气氛下进行喷雾干燥。
3.根据权利要求2所述的制作新型合金粉的方法，其特征在于：所述经过磷酸处理后的合金粉末的含磷量为0.1-1%。
4.根据权利要求2所述的制作新型合金粉的方法，其特征在于：所述经过磷酸处理后的合金粉末平均粒径d50为2-10μm，初始磁导率为5-20。
5.一种利用新型合金粉制作叠层功率电感的方法，其特征在于：所述方法包括有如下步骤：
     1）、采用流延叠层工艺制作下基板，单层磁性膜厚30-40μm；
     2）、在下基板上印刷下连接线，下连接线厚度20-30μm；      3）、在下连接线端点处制作连接点，连接点厚度20-30μm；      4）、采用印刷工艺印刷一层磁性膜，覆盖下连接线，本层磁性膜与上一步骤中连接点表面持平；      5）、在上述磁性膜上印刷金属电极，电极厚度20-30μm；
     6）、重复步骤3至步骤5，交替印刷磁性膜和金属电极，至达到设计要求；
     7）、在上层金属电极端点处制作连接点，连接点厚度20-30μm；
     8）、制作上连接线，上连接线厚度20-30μm；      9）、采用流延叠层工艺制作上基板，单层磁性膜厚30-40μm； 
     10）、静水压处理后切割成要求尺寸；
     11）、空气中排胶，600℃-900℃高温烧结；
     12）、安装端电极，在两端制造连接线端头。
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