CN107369516A - 一种μ75复合磁粉芯的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种μ75复合磁粉芯的制造方法,包括下述步骤:粉末复合、钝化、绝缘包覆、模压成型、热处理、表面涂层、成品。采用的合金粉末由机械破碎铁硅铝、气雾化铁硅铝、气雾化铁硅、气雾化铁镍、气雾化铁镍钼中的2种或2种以上的粉末复合而成,各合金粉末通过相互间性能的互补,使得制备的复合粉芯性能接近市售非晶磁粉芯,制造的μ75复合磁粉芯的物理性能和磁性能优良,100kHz,1V时,磁粉芯的有效磁导率μe=75;在1000e下,初始磁导率的系数≥0.45;磁粉芯的功率损耗PCV(50kHz,1000Gs)≤400mW/cm3。采用本发明制备的磁粉芯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。
Description
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μ75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。
背景技术
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、粉芯工艺、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
本发明的目的提供一种符合低压大电流、高功率密度、高频化的要求,且生产成本低、稳定性好的μ75复合磁粉芯的制造方法。
本发明技术方案是一种μ75复合磁粉芯制造方法,采用的合金粉末为机械破碎铁硅铝、气雾化铁硅铝、气雾化铁硅、气雾化铁镍、气雾化铁镍钼中的两种或两种以上合金粉末复合而成,各合金粉末通过相互间性能的互补,使得制备的复合粉芯性能接近市售非晶磁粉芯,其制造步骤如下:
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%~1%,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0.5%~1.0%的氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁中的一种或几种、0.5%~2%的硅酸钠,5%~10%去离子水。混合均匀并烘干,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,所述低成本的粉末占比超过50%,通过添加抗氧化材料解决钝化工艺问题,并通过调整水玻璃硅酸钠的加入量,调整包覆材料的成膜性和机械强度,制备的复合粉芯性能接近市售非晶磁粉芯。
优选的,所述磁粉芯的物理特性及磁性能:
(1)100kHz,1V时,磁粉芯的磁导率μe=75;
(2)直流叠加特性:100kHz,25℃,磁粉芯在1000e磁场强度下,初始磁导率的系数≥0.45;
(3)磁粉芯的功率损耗PCV(50kHz,1000Gs)≤400mW/cm3。
本发明的有益效果:
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,所得复合粉芯稳定、可靠,因此,成本低、安全性强、便于生产。
3、本发明的磁导率μ75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=75;100kHz,25℃时,磁粉芯在1000e下,初始磁导率的系数≥0.45;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1:
合金粉末比例按照机械铁硅铝: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0.3%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0.5%的氧化硅粉末、0.2%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2000MPa(20T/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=74.3;
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=0.475;
3.磁粉芯的功率损耗PCV(50kHz,1000Gs)=343mW/cm3。
实施例2:
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=76.5;
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=0.495
3.磁粉芯的功率损耗PCV(50kHz,1000Gs)=321mW/cm3。
实施例3:
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=0.476;
3.磁粉芯的功率损耗PCV(50kHz,1000Gs)=306mW/cm3。
实施例4:
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=77.3;
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=0.461;
3.磁粉芯的功率损耗PCV(50kHz,1000Gs)=357mW/cm3。
实施例5:
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=0.475;
3.磁粉芯的功率损耗PCV(50kHz,1000Gs)=343mW/cm3。
实施例6:
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=72.6;
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=0.447;
3.磁粉芯的功率损耗PCV(50kHz,1000Gs)=394mW/cm3。
本发明的一种μ75复合磁粉芯制造方法,使用本发明制备的的磁粉芯做成的电感器可以应用到逆变电源、电力有源功率因数补偿电路(PFC)、太阳光伏系统电源滤波;不间断电源(UPS),也可制作成高功率密度一体电感器,大量应用到负载点POL和VRM电源中。
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 (2)
1.一种μ75复合磁粉芯制造方法,其特征在于:采用的合金粉末为机械破碎铁硅铝、气雾化铁硅铝、气雾化铁硅、气雾化铁镍、气雾化铁镍钼中的两种或两种以上合金粉末复合而成,各合金粉末通过相互间性能的互补,使得制备的复合粉芯性能接近市售非晶磁粉芯,其制造步骤如下:
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%~1%,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0.5%~1.0%的氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁中的一种或几种、0.5%~2%的硅酸钠,5%~10%去离子水。混合均匀并烘干,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。
2.根据权利要求1所述一种μ75复合磁粉芯的制造方法,其特征在于,所述低成本的粉末占比超过50%,通过添加抗氧化材料解决钝化工艺问题,并通过调整水玻璃硅酸钠的加入量,调整包覆材料的成膜性和机械强度,制备的复合粉芯性能接近市售非晶磁粉芯。
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