CN108183011B - 一种软磁合金粉末的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软磁合金粉末的制备方法，包括以下步骤：将冶炼完成的熔融合金浇灌至单辊快淬设备内；采用单辊快淬设备喷制出若干非晶合金丝；在喷制过程中，熔融合金处在恒温条件下；采用机械破碎将非晶合金丝研磨成非晶软磁合金粉末。本发明的非晶合金丝制备过程是利用熔融态合金在恒温条件下，通过多排孔喷嘴进行浇铸，利用冶炼包和喷包的联合应用，实现了非晶丝材的连续生产，进而实现了非晶丝的大批量生产及更稳定的品质，产品成本得到了有效控制；本制备方法所制得非晶软磁合金粉末是通过非晶合金丝研磨制得，与常见粉末制备方法的气化法和雾化法相比，工艺简单，规避了常规方法在非晶粉末制备中的技术问题，降低了合金粉末的制备成本。

Description

一种软磁合金粉末的制备方法

技术领域

本发明涉及软磁合金冶金技术领域，尤其是涉及一种软磁合金粉末的制备方法。

背景技术

近年来，随着电子元器件的微型化、高频化、节能化的发展趋势，在微电子行业，尤其是在电感器件行业，对运用磁性材料提出了更高的性能要求，其主要体现在：1、磁性材料的高饱和磁感应强度的要求，以避免在大电流条件下，磁性材料出现电感饱和的现象；2、磁性材料高阻抗和低损耗的要求，以保证在MHz级频率下，磁性材料呈现的工作稳定性。

然而，传统的软磁材料难以满足上述性能要求，其中，非晶带材制备的铁芯在高频条件下，存在损耗大的问题；而铁氧体虽然可以在高频条件下工作，但是，其饱和磁感应强度和磁导率较低，不能满足器件微型化需求；至于铁硅铝、铁镍粉芯等材料，虽然其损耗较低、频率性能好，但是这些材料的生产成本高，且直流叠加特性均不理想。

与传统软磁材料相比，铁基非晶软磁合金粉末具有矫顽力低、剩磁小及损耗低的优点，且制备成本低，在电感等微电子器件制备方面得到了广泛地应用。目前，非晶软磁合金粉末制备方法主要有：1、采用基于对非晶带材机械破碎和磨损方法获得；2、采用雾化工艺制备而得。

然而，在现有工艺中，对于采用非晶带材破碎磨损法制备非晶软磁合金粉末，其成品的生产效率较低，且所获得的粉末多为带尖角的片状，难以实现粉末间的绝缘，容易造成磁芯损耗增加；而对于采用水雾法制备非晶软磁合金粉末，由于金属粉末成形过程与水雾直接接触，容易引起非晶合金粉末在使用过程的氧化，接人影响产品性能；采用气雾法制备非晶软磁合金粉末时，由于其冷却速率低，非晶合金需采用大块非晶成分，导致合金粉末制备成本高，不利于现阶段产业化发展。

为此，有必要研究一种可有效地规避传统非晶粉末制备的弊端，并且实现了非晶粉末的大批量生产的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可有效克服非晶合金粉末成型率低、易氧化和成本高等缺点，以满足非晶合金粉末产业化发展需求的软磁合金粉末制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种软磁合金粉末的制备方法，特别的，包括以下步骤：

A)将冶炼完成的熔融合金浇灌至单辊快淬设备内；

B)采用单辊快淬设备喷制出若干非晶合金丝；在喷制过程中，熔融合金处在恒温条件下；

C)采用机械破碎将非晶合金丝研磨成非晶软磁合金粉末。

本制备方法所制得合金粉末是通过非晶合金丝研磨制得，与常见粉末制备方法的气化法和雾化法相比，本制备方法的工艺简单，规避了以往方法在非晶粉末制备中的技术问题，降低了合金粉末的制备成本。

在本制备方法中，单辊快淬设备包括喷包和冷却辊，其中，喷包用于存放熔融合金，冷却辊则用于冷却合金。在喷包上设有朝向该冷却辊布置的喷嘴，该喷嘴上设置有复数个喷嘴孔，这些喷嘴孔可以呈复数排布置。在非晶合金丝的制备过程中，冶炼完成的熔融合金浇至喷包内，喷包内的熔融合金在合金自重的压力作用下，通过喷嘴的快速喷射至快速旋转的冷却辊上，熔融合金遇到低温的冷却辊，快速冷却至接近室温状态，进而形成非晶态的合金丝。

喷嘴孔的数量为复数个并呈复数排布置，这样，用户可以通过喷嘴有效控制熔融合金的流量，避免了单排孔喷嘴在生产过程中的流量控制问题，明显地提高了喷嘴的有效使用时间，进而提高了其他辅料的使用效率，有效地降低了产品的成本；

在上述单辊快淬设备中，喷包的四周和喷嘴的最外沿还可分别围绕设置有高频感应加热线圈。该高频感应加热线圈可以补偿喷包和喷嘴热损失的同时，在喷包和喷嘴内形成朝向中心方向的夹紧力，从而促进喷包内部的熔融金属流动，以实现喷制过程的恒温浇铸。

在本制备方法中，非晶软磁合金粉末通过机械破碎非晶合金丝的方法获得。机械破碎的流程可以分为：分段压制、粗磨和细磨。

在分段压制过程中，由单辊快淬设备喷制所得的非晶合金丝送入非晶丝分段压制设备中，进行非晶合金丝的分段处理，得到若干分段非晶丝。经过分段处理后，由单辊快淬设备喷制所得的连续的非晶合金丝会断裂成若干分段非晶丝。非晶合金丝经过分段处理后，可以通过自动传送装置进行传送至粗磨设备中，从而提高生产效率，显著地降低生产成本。此外，在该分段压制的过程中，非晶丝分段压制设备可采用封闭式设计，以减少生产过程中的粉尘，改善工作环境。

在粗磨过程中，由非晶丝分段压制设备制得的分段非晶丝通过传送装置送入粗磨设备中，进行分段非晶丝的粗磨处理，得到合金粗粉。

在细磨过程中，由粗磨设备制得的合金粗粉通过传送装置送入细磨设备中，进行合金粗粉的细磨处理，得到合金细粉。

本发明具有以下有益效果：

1)本发明的非晶合金丝制备过程是利用熔融态合金在恒温条件下，通过多排孔喷嘴进行浇铸，利用冶炼包和喷包的联合应用，实现了非晶丝材的连续生产，进而实现了非晶丝的大批量生产及更稳定的品质，产品成本得到了有效控制；

2)本发明的喷嘴的设计能够有效控制熔融合金的流量，避免了单排孔喷嘴在生产过程中的流量控制问题，明显地提高了喷嘴的有效使用时间，进而提高其他辅料的使用效率，有效地降低产品的成本；

3)本制备方法所制得非晶软磁合金粉末是通过非晶合金丝研磨制得，与常见粉末制备方法的气化法和雾化法相比，工艺简单，规避了常规方法在非晶粉末制备中的技术问题，降低了合金粉末的制备成本；

4)本制备方法加入了非晶丝分段压制处理工序，有效降低了粗磨设备粗磨需求时间，提高了非晶粗粉的生产能力；非晶分段处理后，通过所添加自动传送装置进行传送，提高了生产效率，显著地降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明实施例中单辊快淬设备的示意图；

图2是本发明实施例中喷嘴孔排布示意图；

图3是本发明实施例中非晶合金丝研磨的流程示意图。

附图标记说明：1-喷包；2-冷却铜辊；3-喷嘴；4-喷嘴孔；5-非晶合金丝。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

如图1～3所示，本实施例中，制备软磁合金粉末所选用的设备有包含有冶炼包的冶炼设备、单辊快淬设备、非晶丝分段压制设备、粗磨设备和细磨设备，其中，单辊快淬设备包括喷包1和冷却铜辊2(即冷却辊)，喷包1的高度优选范围为480-720mm，直径优选范围为300～450mm，喷包1朝向冷却铜辊2的一端设置有喷嘴3，喷嘴3长度的优选范围为60～240mm，喷嘴3的直径优选在30～240mm范围内，在喷嘴3上设置有复数个喷嘴孔4。这些喷嘴孔4呈复数排布置，排列的数量优选为1～4排，各排之间的间距H优选在1～8mm范围内。喷嘴孔4的排布对熔融合金的流量有重要影响，对后续非晶合金丝的成型质量有较大的影响，本实施例中，喷嘴孔4采用2排布置，各排之间的间距H(最短垂直距离)为6mm。

如图2所示，喷包1设置有喷嘴3的端部的截面呈圆形，复数个喷嘴孔4以该圆形的圆心为对称点，呈阵列式平行排布。每排布置的喷嘴孔4数量优选为3～20个。在同一排中，各喷嘴孔4之间的间距L优选在2～16mm范围内。各喷嘴孔4的孔直径D优选在0.6～1.8mm范围内。喷嘴孔4的参数设计，会对非晶合金丝的制备及成型效果有较大影响，本实施例中，每排布置的喷嘴孔4的数量为5个；在同一排中，各喷嘴孔4之间的间距L为8mm；各喷嘴孔4的孔直径D为1.8mm。

根据工艺要求，在冶炼设备冶炼熔融合金后，将冶炼完成的熔融合金浇灌至单辊快淬设备的喷包1内。本实施例中，喷包1的四周和喷嘴3的最外沿还分别围绕设置有高频感应加热线圈。各高频感应加热线圈之间的间隔在20～80mm范围内为宜。高频感应加热线圈可以补偿喷包1和喷嘴3热损失的同时，在喷包1和喷嘴3内形成朝向中心方向的夹紧力，从而促进喷包1内部的熔融金属流动，以实现喷制过程的恒温浇铸。

冶炼完成的熔融合金浇灌至喷包1后，喷包1内的熔融合金在合金自重的压力作用下，即通过喷嘴3的快速喷射至快速旋转的冷却铜辊2上。本实施例中，冷却铜辊2作为单辊快淬设备的结晶器，其采用铬锆铜或铍铜制成，冷却铜辊2的直径为500～2000mm，其表面粗糙程度Ra值在1～7μm范围内。熔融合金遇到低温的冷却铜辊2，随即快速冷却至接近室温状态，进而形成非晶合金丝5。

在上述喷制合金丝的过程中，为保证所得的非晶合金丝5的宽度、厚度在合适的范围内，喷嘴3与冷却铜辊2(即冷却辊)之间的间距(即最短垂直距离)优选在0.3～2mm范围内，而冷却铜辊2的辊面线速度优选在15m/s～60m/s范围内，且以线速度在18m/s～35m/s范围内则为最佳。由此在喷制合金丝的过程中，可以同时获得多条非晶合金丝5，而这些所得的非晶合金丝5的宽度在2～8mm范围内为优选，厚度在25～70μm为优选。非晶合金丝5的宽度和厚度处于优选值范围内，更利于后续加工。喷制所得的非晶合金丝5经性能检测，若其宽度、厚度均在优选值范围内则为合格产品，可进入后续工序，否则，则需要回炉重熔。

在上述非晶合金丝的制备过程中，单辊快淬设备还可选用双包连续浇铸(即两个喷包设计)，并且通过改善喷嘴的结构，实现非晶丝的连续生产。

制备合格的非晶合金丝5后，非晶软磁合金粉末通过机械破碎非晶合金丝5的方法获得。本实施例中，机械破碎的流程可以分为：分段压制、粗磨和细磨。

在分段压制过程中，非晶合金丝5送入采用封闭式设计的非晶丝分段压制设备中，进行非晶丝的分段处理，得到若干分段非晶丝。本实施例中，分段压制采用三维联动压制方式，即在非晶合金丝5周向的任意三个方向同时向非晶合金丝5的中心施加压力，实现丝材的压力破碎。在三维联动压制过程中，所选取压紧力的优选范围为10～30t，保压时间优选范围为20～60s。

经过分段处理后，连续的非晶合金丝5会断裂成若干分段非晶丝。在分段处理过程中，所获得的分段非晶丝的长度优选在20～100mm范围内，这样的长度，有助于降低粗磨设备粗磨所需时间，从而提高非晶粗粉的生产能力。经过分段处理后，分段非晶丝通过自动传送装置进行传送至粗磨设备中。分段压制所得的分段非晶丝经检测，若其长度在优选值范围内则为合格产品，可进入后续工序，否则，则需要重新破碎。

在粗磨过程中，由非晶丝分段压制设备制得的合格的分段非晶丝通过传送装置送入粗磨设备中，进行分段非晶丝的粗磨处理，得到合金粗粉，所制得的合金粗粉的粒径直径优选在0.1～10mm范围内。粗磨所得的合金粗粉经检测，若其颗粒直径在优选值范围内则为合格产品，可进入后续工序，否则，则需要重新粗磨。

在细磨过程中，由粗磨设备制得的合格的合金粗粉通过传送装置送入细磨设备中，进行合金粗粉的细磨处理，得到合金细粉，所制得的合金细粉的粒径直径优选在30～150μm范围内。细磨所得的合金细粉经检测，若其颗粒直径在优选值范围内且氧氮含量在工艺要求内则为合格产品，可进入非晶粉封装机进行封装，否则，若合金细粉的颗粒直径不在优选值范围内，则需要重新粗磨；若合金细粉的氧氮含量不在工艺要求内，则需要回炉重熔。

本说明书列举的仅为本发明的较佳实施方式，凡在本发明的工作原理和思路下所做的等同技术变换，均视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种软磁合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A)将冶炼完成的熔融合金浇灌至单辊快淬设备内；

B)采用单辊快淬设备喷制出若干非晶合金丝；在喷制过程中，熔融合金处在恒温条件下；所述单辊快淬设备包括喷包和冷却辊，在所述喷包上设有朝向所述冷却辊布置的喷嘴，所述喷嘴上设置有复数个喷嘴孔，所述喷嘴孔呈复数排布置，所述喷包的四周和所述喷嘴的最外沿分别围绕设置有高频感应加热线圈；

C)采用机械破碎将非晶合金丝研磨成非晶软磁合金粉末。

2.根据权利要求1所述的软磁合金粉末的制备方法，其特征在于，所述喷嘴孔排列的数量为1～4排，各排之间的间距H在1～8mm范围内。

3.根据权利要求1所述的软磁合金粉末的制备方法，其特征在于，所述喷包设置有喷嘴的端部的截面呈圆形，复数个喷嘴孔以圆形的圆心为对称点，呈阵列式平行排布；每排布置的喷嘴孔数量为3～20个；在同一排中，各喷嘴孔之间的间距L在2～16mm范围内；各喷嘴孔的孔直径D在0.6～1.8mm范围内。

4.根据权利要求1所述的软磁合金粉末的制备方法，其特征在于，各高频感应加热线圈之间的间隔在20～80mm范围内。

5.根据权利要求1所述的软磁合金粉末的制备方法，其特征在于，在步骤C中，所述机械破碎的流程包括分段压制、粗磨和细磨。

6.根据权利要求5所述的软磁合金粉末的制备方法，其特征在于，在分段压制过程中，所获得的分段非晶丝的长度在20～100mm范围内。

7.根据权利要求5所述的软磁合金粉末的制备方法，其特征在于，在分段压制中采用三维联动压制方式。

8.根据权利要求7所述的软磁合金粉末的制备方法，其特征在于，在三维联动压制过程中，所选取压紧力的范围为10～30t，保压时间范围为20～60s。

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