CN104465003B - 酸性烤蓝工艺制备高饱和磁通密度软磁复合材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种酸性烤蓝工艺制备高饱和磁通密度软磁复合材料的方法。采用酸性烤蓝工艺在软磁合金粉末表面包覆由尺寸均匀的纳米Fe₃O₄形成的包覆层，经粘结、压制成型、热处理工艺，制备新型的软磁复合材料。本发明的优点是：采用酸性烤蓝工艺制备Fe₃O₄方法简单，并且容易控制Fe₃O₄层的厚度,由于该反应是原位反应，因此制备的绝缘层致密，与磁粉的结合度高。与传统的软磁复合材料相比，由于绝缘层为亚铁磁性的Fe₃O₄，有效减少了磁稀释现象，从而可以得到具有高饱和磁通密度、高磁导率的软磁复合材料。

Description

酸性烤蓝工艺制备高饱和磁通密度软磁复合材料的方法

技术领域

本发明涉及磁性材料领域，尤其涉及一种利用酸性烤蓝工艺制备软磁复合材料的方法。

背景技术

软磁复合材料由于具有高饱和磁通密度、高磁导率、低矫顽力和低损耗，因此在电子电工领域得到了广泛的应用得到了广泛的应用。软磁复合材料生产历史悠久，但真正形成产业化是从二十世纪八十年代开始，随着逆变技术的快速发展和广泛应用，伴随着EMC的需求，软磁复合材料得到了广泛的应用；进入二十一世纪，随着逆变电路的高频、高功率密度化和EMC的更高要求，加上人们对软磁复合材料的认识的进一步加深，软磁复合材料的产业化发展速度超过了其它任何软磁材料。

目前金属磁粉芯的制备方法主要采取的工艺步骤为1.粉末制备，2.粉末筛分，3.钝化处理，4.与粘结剂混合，5.压制成型，6.退火处理。其中，传统的钝化工艺是采用磷酸或铬酸作为钝化剂，在软磁粉末表面生成一层磷酸盐或铬酸盐作为绝缘包覆层，从而降低涡流损耗，但是由于铬酸盐和磷酸盐的耐热性能较差，因此在退火过程中加热温度不能过高，从而导致了压制压力不能完全除去，造成磁滞损耗的增加，不利于总损耗的降低。基于这种情况，近年来开始了以金属氧化物作为绝缘层，由于金属氧化物的耐热性能良好，因此可以提高退火温度，进而降低磁滞损耗。日本三菱公司曾将铁粉初步氧化后与镁粉混合，然后加热使得镁粉氧化为氧化镁，并包覆在铁粉表面从而降低损耗；近几年来，许多用溶胶凝胶法制备氧化物进行绝缘包覆的论文及专利也时有公布，如专利CN201210318920等。在以上的几种方法中，表面形成的绝缘包覆层均为非磁性层，会造成磁稀释现象，从而导致磁粉芯的磁导率及磁通密度的降低。

发明内容

本发明的目的是针对上述现象，提供一种酸性烤蓝工艺制备高饱和磁通密度软磁复合材料的方法。通过酸性烤蓝工艺使磁粉表面氧化生成一层均匀的Fe₃O₄的绝缘层，由于Fe₃O₄是一种亚铁磁性的合金，能有效降低合金的磁稀释，有利于提高合金的磁导率及饱和磁通密度。同时酸性烤蓝工艺进行绝缘包覆是一种原位反应过程，因此制备的Fe₃O₄是与磁粉表面的Fe直接反应产生，因此具有更高的结合度，并容易生成一层致密的绝缘保护层。

一种酸性烤蓝工艺制备高饱和磁通密度软磁复合材料的方法的步骤如下：

1) 磁粉的绝缘包覆：取H₃PO₄、Ca(NO₃)₂、MnO₂溶于H₂O中配置成酸性烤蓝液，控制H₃PO₄、Ca(NO₃)₂、MnO₂的浓度分别为0.003~0.02 g/ml、0.06~0.15 g/ml、0.01~0.02 g/ml，将配制好的酸性烤蓝液加热煮沸，加入磁粉，并保证磁粉的浓度小于0.75 g/ml，继续加热保持煮沸状态10~40 min，使得磁粉表面包覆一层绝缘层，然后过滤，干燥，得到软磁合金粉末；

2) 添加粘结剂：将磁粉质量百分比0.5% - 2%的粘结剂倒入包覆好的软磁合金粉末中，加热并充分搅拌至混合物干燥、混合均匀；

3) 压制成型：将上述合金粉末加入磁粉质量百分比0.25%的硬脂酸锌、磁粉质量百分比0.25%的硬脂酸钡作为润滑剂，在400~2000 MPa的压力下压成磁芯；

4) 热处理：在惰性气体的保护下在400 ~ 700^oC的温度下热处理0.5~2 h，以消除压制产生的内应力，得到软磁复合材料。

所述的粘结剂为硅树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂、硅酮树脂、低熔点玻璃粉、SiO₂中的一种或多种。

所述的磁粉为铁粉、铁硅粉或铁硅铝粉。

利用该方法制备的软磁复合材料由于磁粉表面包覆的一层Fe₃O₄为亚铁磁性材料，不会对软磁复合材料的饱和磁通密度造成太大的损失，可以进一步提高软磁复合材料的饱和磁通密度，另外，碱性烤蓝工艺与蒸镀、溶胶凝胶法等方法相较，工艺简单，制备成本低，更有利于实现大规模的工业化生产。

附图说明

图1为用酸性烤蓝工艺及传统的磷酸钝化工艺制备的铁粉（未添加粘接剂并压制成型）的磁滞回线。

具体实施方式

本发明的软磁复合材料是将磁粉进行酸性烤蓝处理在铁粉表面生成一层Fe₃O₄作为绝缘层，然后添加粘结剂、压制成型后退火制成软磁复合材料。

软磁复合材料制备方法的步骤如下：

1) 磁粉的绝缘包覆：取H₃PO₄、Ca(NO₃)₂、MnO₂溶于H₂O中配置成酸性烤蓝液，控制H₃PO₄、Ca(NO₃)₂、MnO₂的浓度分别为0.003~0.02 g/ml、0.06~0.15 g/ml、0.01~0.02 g/ml，将配制好的酸性烤蓝液加热煮沸，加入磁粉，并保证磁粉的浓度小于0.75 g/ml，继续加热保持煮沸状态10~40 min，使得磁粉表面包覆一层绝缘层，然后过滤，干燥，得到软磁合金粉末；

2) 添加粘结剂：将磁粉质量百分比0.5% - 2%的粘结剂倒入包覆好的软磁合金粉末中，加热并充分搅拌至混合物干燥、混合均匀；

3) 压制成型：将上述合金粉末加入磁粉质量百分比0.25%的硬脂酸锌、磁粉质量百分比0.25%的硬脂酸钡作为润滑剂，在400~2000 MPa的压力下压成各种磁芯；

4) 热处理：在惰性气体的保护下在400 ~ 700^oC的温度下热处理0.5~2 h，以消除压制产生的内应力，得到软磁复合材料。

以下结合实例对本发明作进一步详细描述：

实施例1：

将1 g H₃PO₄、10 g Ca(NO₃)₂及1.5 g MnO₂溶于100 ml H₂O中，搅拌均匀，加热至沸腾，然后加入60g Fe粉，继续加热使溶液保持沸腾状态30 min，然后过滤，用无水乙醇反复洗涤3次，在80^oC条件下搅拌直至得到的铁粉干燥。

将得到的铁粉加入2wt%硅树脂与10wt%的乙二醇溶液中，在80^oC条件下搅拌直至粉末干燥，然后加入0.25wt%的硬脂酸锌与0.25wt%的硬脂酸钡，在800 MPa的条件下压制成致密的环形，对环形样品在450^oC条件下退火1 h，制成软磁复合材料。

经检测，软磁合金的饱和磁通密度为1.65 T，磁导率为65。图1为用酸性烤蓝工艺及传统的磷酸钝化工艺制备的铁粉（未添加粘接剂并压制成型）的磁滞回线。从图中可以看出，采用酸性烤蓝工艺制备的铁粉芯具有更高的饱和磁通密度及磁导率。

实施例2：

将0.3 g H₃PO₄、15 g Ca(NO₃)₂及2 g MnO₂溶于100 ml H₂O中，搅拌均匀，加热至沸腾，然后加入75 g FeSiAl粉，继续加热使溶液保持沸腾状态10 min，然后过滤，用无水乙醇反复洗涤3次，在80^oC条件下搅拌直至得到的铁粉干燥。

将得到的铁粉加入0.5wt%环氧树脂与10wt%的丙酮溶液中，在80^oC条件下搅拌直至粉末干燥，然后加入0.25wt%的硬脂酸锌与0.25wt%的硬脂酸钡，在2000 MPa的条件下压制成致密的环形，对环形样品在700^oC条件下退火2 h，制成软磁复合材料。

经检测，软磁合金的饱和磁通密度为1.3 T，磁导率为110。

实施例3：

将2 g H₃PO₄、6 g Ca(NO₃)₂及1 g MnO₂溶于100 ml H₂O中，搅拌均匀，加热至沸腾，然后加入50 g 铁硅粉，继续加热使溶液保持沸腾状态40 min，然后过滤，用无水乙醇反复洗涤3次，在80^oC条件下搅拌直至得到的铁粉干燥。

将得到的铁粉加入1wt%酚醛树脂、1wt%SiO₂与10wt%的丙酮溶液中，在80^oC条件下搅拌直至粉末干燥，然后加入0.25wt%的硬脂酸锌与0.25wt%的硬脂酸钡，在400 MPa的条件下压制成致密的环形，对环形样品在700^oC条件下退火0.5 h，制成软磁复合材料。

经检测，软磁合金的饱和磁通密度为1.6 T，磁导率为93。

实施例4：

将1 g H₃PO₄、10 g Ca(NO₃)₂及1.5 g MnO₂溶于100 ml H₂O中，搅拌均匀，加热至沸腾，然后加入60g FeSiAl粉，继续加热使溶液保持沸腾状态5 min，然后过滤，用无水乙醇反复洗涤3次，在80^oC条件下搅拌直至得到的铁粉干燥。

将得到的铁粉加入2wt%硅酮树脂与10wt%的乙二醇溶液中，在80^oC条件下搅拌直至粉末干燥，然后加入0.25wt%的硬脂酸锌与0.25wt%的硬脂酸钡，在2000 MPa的条件下压制成致密的环形，对环形样品在700^oC条件下退火1 h，制成软磁复合材料。

经检测，软磁合金的饱和磁通密度为1.3 T，磁导率为105。

Claims (3)

1.一种酸性烤蓝工艺制备高饱和磁通密度软磁复合材料的方法,其特征在于它的步骤如下：

1) 磁粉的绝缘包覆：取H₃PO₄、Ca(NO₃)₂、MnO₂溶于H₂O中配置成酸性烤蓝液，控制H₃PO₄、Ca(NO₃)₂、MnO₂的浓度分别为0.003~0.02 g/ml、0.06~0.15 g/ml、0.01~0.02 g/ml，将配制好的酸性烤蓝液加热煮沸，加入磁粉，并保证磁粉的浓度小于0.75 g/ml，继续加热保持煮沸状态10~40 min，使得磁粉表面包覆一层绝缘层，然后过滤，干燥，得到软磁合金粉末；

2) 添加粘结剂：将磁粉质量百分比0.5% - 2%的粘结剂倒入包覆好的软磁合金粉末中，加热并充分搅拌至混合物干燥、混合均匀；

3) 压制成型：将步骤2）处理后的合金粉末加入磁粉质量百分比0.25%的硬脂酸锌、磁粉质量百分比0.25%的硬脂酸钡作为润滑剂，在400~2000 MPa的压力下压成磁芯；

4) 热处理：在惰性气体的保护下在400 ~ 700^oC的温度下热处理0.5~2 h，以消除压制产生的内应力，得到软磁复合材料。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的粘结剂为硅树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂、硅酮树脂、低熔点玻璃粉、SiO₂中的一种或多种。

3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的磁粉为铁粉、铁硅粉或铁硅铝粉。