CN107369514A - 一种μ90复合磁粉芯的制造方法 - Google Patents

一种μ90复合磁粉芯的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种μ90复合磁粉芯的制造方法，所述μ90复合磁粉芯采用两种或两种以上的合金粉末复合而成，所述合金粉末包括：机械破碎铁硅铝、气雾化铁硅铝、气雾化铁硅、气雾化铁镍、气雾化铁镍钼；所述制造方法包括以下步骤：粉末复合、钝化、绝缘包覆、模压成型、热处理、表面涂层，各合金粉末通过相互间性能的互补，使得制备的复合粉心性能接近或者市售非晶磁粉芯；本发明采用的合金粉末工艺成熟，性能稳定，且成本相对较低，制得的磁粉芯具有很高的性价比和稳定的特性；本发明的磁导率μ90复合磁粉芯的物理性能和磁性能优良；采用本发明制备的磁粉芯极大的满足了目前电子行业低压大电流、高功率密度、高频化的发展要求。

Description

一种μ90复合磁粉芯的制造方法
技术领域
本发明涉及软磁材料及粉末冶金领域，特别是一种磁导率μ90复合磁粉芯的制造方法，这种软磁材料不仅适用于制作大电流功率电感、PFC电路电感、DC/DC转换器及光伏逆变器等。
技术背景
随着电力电子设备的高频化、小型化、高功率密度化，传统的硅钢片在逐渐失去优势，铁基磁粉芯是性价比相对比较合理的选择；其中，非晶磁粉芯是结合功耗优势和直流叠加特性的理想材料，但因在材料、粉心工艺、可靠性等多方面的原因，一直没有被大批量应用。
传统的磁粉芯由于无法平衡损耗和直流偏置特性、成本，但其工艺相对较为成熟，可靠性和稳定性也经过了时间的验证。因此，如果能在传统磁粉芯的基础上，对目前工艺较为成熟的传统磁粉芯进行研究，在保持较低成本、较高直流偏置能力的前提下，尽可能多的降低磁粉芯的高频损耗成了当前研究的热点和难点。
简单的机械复合，没有办法使得磁粉芯特性有较好的综合性能；通过对复合粉末材料特性的研究，适当的改变复合粉末中粉末的表面形貌，合理的包覆工艺，形成完整的包覆层，以及一定的热处理工艺，制备的复合磁粉芯，性能接近于非晶磁粉芯，同时成本低于非晶磁粉芯。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制作简单、设计合理、成本低、稳定性好、综合性能好的μ90复合磁粉芯的制造方法。
本发明技术方案是一种μ90复合磁粉芯的制造方法，所述μ90复合磁粉芯采用两种或两种以上的合金粉末复合而成，所述合金粉末包括：机械破碎铁硅铝、气雾化铁硅铝、气雾化铁硅、气雾化铁镍、气雾化铁镍钼。
本发明是一种μ90复合磁粉芯的制造方法，包括以下制作步骤：
步骤一：粉末复合，合金粉末中，低成本粉末的比例≥50%，仍然能保持较高的直流偏置能力和较低的损耗；
步骤二：钝化，由于是几种合金粉末复合，每种粉末对应钝化工艺的要求不同，通过调整钝化工艺，在复合粉末中添加抗氧化材料，解决不同粉末钝化工艺要求不同的问题，磷化液加入的比例为0.1%～0.5%，并用5%～10%的去离子水稀释；
步骤三：绝缘包覆，向烘干的粉末中依次添加0.0%～0.5%的氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁中的一种或几种，0.0%～1%的硅酸钠，5%～10%去离子水；混合均匀并烘干，其中添加0.3%～0.8%的硬脂酸类作润滑剂；
步骤四：模压成型，磁粉芯的成型压力取1600～2100MPa，成型后倒角；
步骤五：热处理，成型后的磁粉芯在600～800℃的氮气或氩气环境中保温30～90min；
步骤六：磁粉芯表面涂层。
优选的，所述μ90复合磁粉芯的物理特性及磁性能包括：
（1）100kHz，1V时，磁粉芯的磁导率μe=90；
（2）直流叠加特性：100kHz,25℃，磁粉芯在100Oe磁场强度下，初始磁导率的系数≥0.35；
（3）磁粉芯的功率损耗PCV（50kHz，1000Gs）≤400mW/cm3。
本发明的有益效果：
本发明是一种μ90复合磁粉芯的制作方法，该合金磁粉芯特别适合目前低压大电流、高功率密度、高频化的要求，可以替代部分铁粉芯，铁硅铝粉磁芯，铁镍磁粉芯、非晶磁粉芯等产品；采用本发明制备的磁粉芯极大的满足了目前电子行业低压大电流、高功率密度、高频化的发展要求；可以替代一部分非晶磁粉芯应用于一些对于稳定性较好，成本要求较高的场合；同时还具有以下优点：
（1）本发明通过对复合粉末的适当处理，合金颗粒表面易均匀包覆，所得磁粉芯具有较低的涡流损耗和良好的直流叠加特性。
（2）现有制备方法中，通常采用氧化硅、氧化铝、氧化镁等氧化物以及硅酸钠的等无机材料做包覆粘结，所得复合粉心稳定、可靠，因此，成本低、安全性强、便于生产。
（3）本发明的磁导率μ90复合磁粉芯的物理性能和磁性能优良；100kHz，1V时，磁粉芯的磁导率μ=90；100kHz，25℃时，磁粉芯在100Oe下，初始磁导率的系数≥0.35；磁粉芯的功率损耗PCV（50kHz，1000Gs）≤400mW/cm3；较好的平衡了成本、功耗、直流偏置、稳定性、可靠性等经济及技术指标。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明方案，现结合具体实施方式对本发明技术方案作进一步具体说明。
实施例一：
按照机械铁硅铝：铁硅：气雾化铁硅铝=1:2:1的质量比进行粉料配比，加入相当于合金粉末质量0.1%的磷化液进行钝化处理，在合金粉末表面形成包覆膜，依次向合金粉末中添加0.2%的氧化硅粉末、0.1%氧化铝（或云母粉）、1.5%的硅酸钠，4%去离子水混合均匀并烘干过筛，加入0.5%的硬脂酸锌，用φ27.00×φ14.70×11.20（即外径为27.00mm、内径为14.70mm、厚度为11.20mm的环状磁芯）的模具中用2100MPa（21T/cm2）的压力压制成型，成型后的磁粉芯在720℃的氮气或氩气环境中保温60min进行去应力热处理，最后用环氧树脂粉末涂覆在磁粉芯的表面即可。所得磁粉芯的物理特性及磁性能：
1、100kHz，1V时，磁粉芯的磁导率μ=88.7;
2、直流叠加特性：100kHz, 25℃时，磁粉芯在100Oe磁场强度下，初始磁导率的系数=0.403；
3、磁粉芯的功率损耗PCV（50kHz，1000Gs）=336mW/cm3。
实施例二：
合金粉末比例按照机械铁硅铝：铁硅：铁镍=1:2:1的质量比进行粉料配比，后续工艺步骤按照实施例一进行；所得磁粉芯的物理特性及磁性能：
1、100kHz时，磁粉芯的磁导率μ=91.5；
2、直流叠加特性：100kHz, 25℃时，磁粉芯在100Oe磁场强度下，初始磁导率的系数=0.412；
3、磁粉芯的功率损耗PCV（50kHz，1000Gs）=308mW/cm3。
实施例三：
合金粉末比例按照机械铁硅铝：铁硅：铁镍钼=1:2:1的质量比进行粉料配比，后续工艺步骤按照实施例一进行；所得磁粉芯的物理特性及磁性能：
1、100kHz时，磁粉芯的磁导率μ=58.9；
2、直流叠加特性：100kHz, 25℃时，磁粉芯在100Oe磁场强度下，初始磁导率的系数=0.374；
3、磁粉芯的功率损耗PCV（50kHz，1000Gs）=287mW/cm3。
实施例四：
合金粉末比例按照机械铁硅铝：铁硅=4:6的质量比进行粉料配比，加入相当于合金粉末质量0.3%的磷化液进行钝化处理，在合金粉末表面形成包覆膜，依次向合金粉末中添加0.6%的氧化硅粉末、0.3%氧化铝（或云母粉）、1%的硅酸钠，4%去离子水混合均匀并烘干过筛，加入0.5%的硬脂酸锌，后续工艺步骤按照实施例一进行。所得磁粉芯的物理特性及磁性能：
1、100kHz时，磁粉芯的磁导率μ=87.6；
2、直流叠加特性：100kHz, 25℃时，磁粉芯在100Oe磁场强度下，初始磁导率的系数=0.381；
3、磁粉芯的功率损耗PCV（50kHz，1000Gs）=369mW/cm3。
实施例五：
合金粉末比例按照气雾化铁硅铝：铁硅=6:4的质量比进行粉料配比，加入相当于合金粉末质量0.8%的磷化液进行钝化处理，在合金粉末表面形成包覆膜，依次向合金粉末中添加0.8%的氧化硅粉末、0.3%氧化铝（或云母粉）、1.5%的硅酸钠，4%去离子水混合均匀并烘干过筛，加入0.5%的硬脂酸锌，后续工艺步骤按照实施例一进行。所得磁粉芯的物理特性及磁性能：
1、100kHz,1V时，磁粉芯的磁导率μ=73.1；
2、直流叠加特性：100kHz, 25℃时，磁粉芯在100Oe磁场强度下，初始磁导率的系数=0.341；
3、磁粉芯的功率损耗PCV（50kHz，1000Gs）=338mW/cm3。
实施例六：
合金粉末比例按照机械铁硅铝：铁硅=4:6的质量比进行粉料配比，加入相当于合金粉末质量0.5%的磷化液进行钝化处理，在合金粉末表面形成包覆膜，依次向合金粉末中添加0.5%的氧化硅粉末、0.3%氧化铝（或云母粉）、1.0%的硅酸钠，4%去离子水混合均匀并烘干过筛，加入0.5%的硬脂酸锌，后续工艺步骤按照实施例一进行。所得磁粉芯的物理特性及磁性能：
1、100kHz时，磁粉芯的磁导率μ=89.1；
2、直流叠加特性：100kHz, 25℃时，磁粉芯在100Oe磁场强度下，初始磁导率的系数=0.393；
3、磁粉芯的功率损耗PCV（50kHz，1000Gs）=376mW/cm3。
本发明方案在上面发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种μ90复合磁粉芯的制造方法，其特征在于，所述μ90复合磁粉芯采用两种或两种以上的合金粉末复合而成，所述合金粉末包括：机械破碎铁硅铝、气雾化铁硅铝、气雾化铁硅、气雾化铁镍、气雾化铁镍钼。
2.根据权利要求1所述的一种μ90复合磁粉芯的制造方法，包括以下制作步骤：
步骤一：粉末复合，合金粉末中，低成本粉末的比例≥50%，仍然能保持较高的直流偏置能力和较低的损耗；
步骤二：钝化，由于是几种合金粉末复合，每种粉末对应钝化工艺的要求不同，通过调整钝化工艺，在复合粉末中添加抗氧化材料，解决不同粉末钝化工艺要求不同的问题，磷化液加入的比例为0.1%～0.5%，并用5%～10%的去离子水稀释；
步骤三：绝缘包覆，向烘干的粉末中依次添加0.0%～0.5%的氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁中的一种或几种，0.0%～1%的硅酸钠，5%～10%去离子水；混合均匀并烘干，其中添加0.3%～0.8%的硬脂酸类作润滑剂；
步骤四：模压成型，磁粉芯的成型压力取1600～2100MPa，成型后倒角；
步骤五：热处理，成型后的磁粉芯在600～800℃的氮气或氩气环境中保温30～90min；
步骤六：磁粉芯表面涂层。
3.根据权利要求1所述一种μ90复合磁粉芯的制造方法，其特征在于，所述μ90复合磁粉芯的物理特性及磁性能包括：
（1）100kHz，1V时，磁粉芯的磁导率μe=90；
（2）直流叠加特性：100kHz,25℃，磁粉芯在100Oe磁场强度下，初始磁导率的系数≥0.35；
（3）磁粉芯的功率损耗PCV（50kHz，1000Gs）≤400mW/cm3。
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