CN109192430A - 提高金属软磁粉芯高频有效磁导率的制备方法及产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及提高金属软磁粉芯高频有效磁导率的制备方法及产品，其方法包括以下制备步骤：1）低磁导率合金软磁粉末颗粒的制备；2）低磁导率合金软磁粉末颗粒的绝缘和包覆；3）高频有效磁导率圆弧块状磁粉芯的制备；4）复合磁粉芯压制成型；5）复合磁粉芯内润滑剂的燃烧去除；6）复合磁粉芯的固化烧结；7）复合磁粉芯的退火热处理、倒角、热喷涂，形成最终产品。本发明通过将已绝缘处理的低磁导率合金软磁粉末颗粒包裹在高频有效磁导率的圆弧块软磁合金磁粉芯外围，压制成复合磁粉芯，以降低非磁性气隙比例，减少磁通路长度增加，实现磁粉芯产品的高有效磁导率。节约磁粉芯器件产品的铜线使用量，降低成本，提高生产效率。

Description

提高金属软磁粉芯高频有效磁导率的制备方法及产品
技术领域
本发明涉及金属软磁粉芯技术领域，具体涉及一种提高金属软磁粉芯高频有效磁导率的方法及产品。
背景技术
金属磁粉芯是将铁磁性粉末与绝缘粘接剂混合压制而成的复合软磁材料。由于磁粉粒度小，不易形成集肤效应，且其表面包覆着一层绝缘介质膜，磁粉芯的电阻率高、涡流损耗低，广泛应用于绿色照明、电子产品的电感和线圈、通信元器件以及高频微磁器件等领域。
随着电子电力、信息产业科技的不断进步，电子设备和器件不断向微型化、高频化及大电流方向发展，这就要求磁粉芯在中高频工况下具有高有效磁导率、低损耗和良好的直流偏置等能力。其中，如何进一步提高磁粉芯有效磁导率一直是提升产品综合性能的重要指标。
为获得较高有效磁导率的磁粉芯，前人主要采用粉末颗粒配比及外磁场处理工艺等方法来实现。专利文献1(CN103219119A)公开了一种μ90高磁导率Fe基非晶磁粉芯的制备方法。其内容包括：以成分为Fe82Si2B14C2的Fe基非晶合金为例，采用-100目～+140目粉末占20％，-140目～+200目粉末占80％的质量配比制备非晶磁粉芯时，其有效磁导率为91.2@100KHz,0.3V；采用-100目～+140目粉末占30％，-140目～+200目粉末占70％的质量配比制备时，非晶磁粉芯有效磁导率为97.8@100KHz,0.3V；采用-100目～+140目粉末占10％，-140目～+200目粉末占90％的质量配比制备时，非晶磁粉芯有效磁导率为83.2@100KHz,0.3V。同样的，专利文献2(CN106128681A)和专利文件3(CN103107014A)公开了一种铁基非晶磁粉芯及其制备方法和一种制备合金软磁粉芯的方法。其内容包括：采用-140～+170目粉末占30％，-170～+200目粉末占40％和-200～+270目粉末40％的质量配比制非晶磁粉芯时，其高频磁导率为88；采用-170～+200目粉末占70％和-200～+270目粉末30％的质量配比制非晶磁粉芯时，其高频磁导率为70；采用-200～+270目粉末占60％和-270～+325目粉末40％的质量配比制非晶磁粉芯时，其高频磁导率为66。由此可知，磁粉末颗粒粉末合理配比将对磁粉芯的有效磁导率产生重要影响。然而，为获得较大的磁导率，需加入目数较小的粗粉，不利于产品的压制成型，进而降低了产品合格率。
期刊文献1(Z.Li,et al.Fe78Si9B13amorphous powder core with improvedmagnetic properties.J.Mater.Sci:Mater.Electron.,2017,28(2):1180-1185.)中公开了一种基于粉末磁场预处理来提高非晶磁粉芯磁性能的方法。其方法为：在压制粉芯之前，将200-300目的非晶磁粉末在400℃、0.5T工况下进行真空预处理。结果表明，与未预处理工艺相比，预处理后非晶磁粉芯的有效磁导率由34提高至37。期刊文献2(Z.Li,etal.Enhanced soft magnetic properties of Fe-based amorphous powder cores bylongitude magnetic field annealing.J.Alloy.Compd.,2017,706:1-6.)中公开了一种基于纵磁场退火热处理来提高非晶磁粉芯磁性能的方法。其方法为：退火过程(400℃，30min)中，在沿磁粉芯圆周方向上加载大小为30Oe的纵磁场。结果表明，与未加纵磁场工艺相比，纵磁场退火热处理后非晶磁粉芯的有效磁导率由61提高至66。由此可知，外磁场退火热处理工艺对磁粉芯有效磁导率的提高作用有限(约8％)，且外磁场退火工艺的实施将增加产品生产成本。
此外，由于压制过程的固有特性，磁粉芯的横断面上中心的磁粉之间空隙与其表层相比较大，不利于磁粉芯产品有效磁导率的提高。鉴于此，有必要研发并提出一种提高金属软磁粉芯有效磁导率的新方法，规避现有工艺的缺点，进一步提高现有电子元器件产品综合性能，以符合当前电子行业发展趋势。
发明内容
为克服现有技术中的不足或缺陷，本发明的目的是提供了一种提高金属软磁粉芯高频有效磁导率的制备方法及产品。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种具有高频有效磁导率的金属软磁粉芯，所述金属软磁粉芯通过将已绝缘处理的低磁导率合金软磁粉末颗粒包裹在高频有效磁导率圆弧块磁粉芯外围，压制成复合磁粉芯，以降低非磁性气隙比例，减少磁通路长度增加，实现磁粉芯产品的高有效磁导率。
本发明的一种具有高频有效磁导率的金属软磁粉芯，所述金属软磁粉芯通过将已绝缘处理的低磁导率合金软磁粉末颗粒包裹在高频有效磁导率圆弧块磁粉芯外围压制而成，所述低磁导率合金软磁粉末颗粒为Fe78Si13B9、或者Fe-6.5wt.％Si、或者Fe-9.5±0.5wt.％Si-5.5±0.5wt.％Al中的任意一种。
进一步，所述高频有效磁导率圆弧块磁粉芯弧度范围为π/18-π/6，其材料选自高频磁导率为160-220的铁镍钼磁粉芯。
进一步，所述具有高频有效磁导率的金属软磁粉芯采用的制备方法包括如下步骤：
(1)制备低磁导率合金软磁粉末颗粒：采用水雾化、气雾化或者机械破碎中的一种方法制备低磁导率软磁合金粉末，并将所述低磁导率软磁合金粉末按一定粒径配比混合制成低磁导率合金软磁粉末颗粒；
(2)低磁导率合金软磁粉末颗粒的绝缘和包覆：采用一定量的钝化液将步骤1中所述低磁导率合金软磁粉末颗粒进行浸泡，并搅拌至干燥后，将其与一定量的耐高温无机粘结剂水溶液进行混合搅拌至干燥，最后加入一定量的润滑剂混匀，进而获得低磁导率合金软磁成品粉；
(3)高频有效磁导率圆弧块磁粉芯的制备：将高频磁导率为160-220的铁镍钼磁粉芯圆环产品加工分割成弧度范围为π/18-π/6的高频有效磁导率圆弧块铁镍钼磁粉芯；将加工好的高频有效磁导率圆弧块磁粉芯在真空或惰性气体保护条件下，浸泡至耐高温粘结剂中，保持3-8分钟，取出水洗吹干后，制得高频有效磁导率圆弧块磁粉芯成品；
(4)复合磁粉芯压制成型：将步骤(2)中所述的低磁导率合金软磁成品粉与步骤(3)中所述的高频有效磁导率圆弧块磁粉芯成品，依次放置在圆环模具中，室温条件下，压制成复合磁粉芯，其中所述低磁导率合金软磁成品粉占复合磁粉芯的质量百分比为70-90％，所述高频有效磁导率圆弧块磁粉芯成品占所述复合磁粉芯的质量百分比为10-30％；
(5)复合磁粉芯内润滑剂的燃烧去除：在温度为250-320℃条件下，保持100-200分钟后随炉冷却；
(6)复合磁粉芯的固化烧结：将步骤(5)燃烧去除润滑剂后的复合磁粉芯，在真空或惰性气体保护条件下，浸入至耐高温粘结剂中，保持3-8分钟，取出水洗吹干后，在温度为100-140℃条件下保持100-180分钟进行烧结固化；
(7)复合磁粉芯的退火热处理：将步骤(6)固化烧结后的复合磁粉芯，在真空或惰性气体保护下，置于温度范围为440-720℃区域保持30-50分钟后随炉冷却；
(8)将步骤(7)退火热处理后的复合磁粉芯进行倒角、热喷涂，形成所述具有高频有效磁导率的金属软磁粉芯。
进一步，步骤(2)中所述钝化液为磷酸丙酮溶液，其中，磷酸加入量为0.4-3wt％，磷酸与丙酮加入量比为1:1.5-1:3；所述的耐高温无机粘结剂水溶液为SiO2溶胶或水玻璃中的一种，加入量为1.0-3.5wt％，耐高温无机粘结剂与水的质量比为1:1.5-1:2.5；所述的润滑剂为硬脂酸锌，加入量为0.8-1.5wt％。
进一步，步骤(4)中复合磁粉芯的放置方法为：先将低磁导率合金软磁成品粉总质量的1/2倒入圆环模具中，再将高频有效磁导率圆弧块磁粉芯成品均匀布置在圆环模具的圆周上，最后将剩余1/2质量的低磁导率合金软磁成品粉导入圆环模具。
进一步，步骤(4)压制成型过程中，压力范围为1600-2600MPa，保持时间范围为3-7s；步骤(4)所述铁镍钼磁粉芯圆环的横截面面积为复合磁粉芯圆环总横截面面积的1/4-1/3，且该铁镍钼磁粉芯圆环的内、外径和高度值均小于最终复合磁粉芯圆环的2/3。
进一步，步骤(3)、(6)和(7)中所述的惰性气体为氮气或氩气，步骤(8)中进行热喷涂所用材料为环氧树脂漆，喷涂厚度为0.3-0.5mm。
本发明提供一种提高金属软磁粉芯高频有效磁导率的制备方法，所述方法如下：采用水雾化、气雾化或者机械破碎中一种方法制备出低磁导率软磁合金粉末，并按一定粒径配比混合成低磁导率合金软磁粉末颗粒；将所述低磁导率合金软磁粉末颗粒进行绝缘和包覆处理，并制备高频有效磁导率圆弧块磁粉芯；随后将所述低磁导率合金软磁粉末颗粒和所述高频有效磁导率圆弧块磁粉芯压制成复合磁粉芯；将复合磁粉芯内的润滑剂通过燃烧去除，并进行固化烧结；最后对复合磁粉芯进行退火热处理、倒角、热喷涂。
进一步，所述方法具体包括如下步骤：
(1)制备低磁导率合金软磁粉末颗粒：采用水雾化、气雾化或者机械破碎中的一种方法制备低磁导率软磁合金粉末，并将所述低磁导率软磁合金粉末按一定粒径配比混合制成低磁导率合金软磁粉末颗粒；
(2)低磁导率合金软磁粉末颗粒的绝缘和包覆：采用一定量的钝化液将步骤1中所述低磁导率合金软磁粉末颗粒进行浸泡，并搅拌至干燥后，将其与一定量的耐高温无机粘结剂水溶液进行混合搅拌至干燥，最后加入一定量的润滑剂混匀，进而获得低磁导率合金软磁成品粉；
(3)高频有效磁导率圆弧块磁粉芯的制备：将高频磁导率为160-220的铁镍钼磁粉芯圆环产品加工分割成弧度范围为π/18-π/6的高频有效磁导率圆弧块铁镍钼磁粉芯；将加工好的高频有效磁导率圆弧块磁粉芯在真空或惰性气体保护条件下，浸泡至耐高温粘结剂中，保持3-8分钟，取出水洗吹干后，制得高频有效磁导率圆弧块磁粉芯成品；
(4)复合磁粉芯压制成型：将步骤(2)中所述的低磁导率合金软磁成品粉与步骤(3)中所述的高频有效磁导率圆弧块磁粉芯成品，依次放置在圆环模具中，室温条件下，压制成复合磁粉芯，其中所述低磁导率合金软磁成品粉占复合磁粉芯的质量百分比为70-90％，所述高频有效磁导率圆弧块磁粉芯成品占所述复合磁粉芯的质量百分比为10-30％；
(5)复合磁粉芯内润滑剂的燃烧去除：在温度为250-320℃条件下，保持100-200分钟后随炉冷却；
(6)复合磁粉芯的固化烧结：将步骤(5)燃烧去除润滑剂后的复合磁粉芯，在真空或惰性气体保护条件下，浸入至耐高温粘结剂中，保持3-8分钟，取出水洗吹干后，在温度为100-140℃条件下保持100-180分钟进行烧结固化；
(7)复合磁粉芯的退火热处理：将步骤(6)固化烧结后的复合磁粉芯，在真空或惰性气体保护下，置于温度范围为440-720℃区域保持30-50分钟后随炉冷却；
(8)将步骤(7)退火热处理后的复合磁粉芯进行倒角、热喷涂，形成所述具有高频有效磁导率的金属软磁粉芯。
进一步，所述低磁导率合金软磁粉末颗粒为Fe78Si13B9、或者Fe-6.5wt.％Si、或者Fe-9.5±0.5wt.％Si-5.5±0.5wt.％Al中的任意一种。
本发明提高金属软磁粉芯高频有效磁导率的制备方法及产品，其有益效果在于：通过将已绝缘处理的低磁导率合金软磁粉末颗粒包裹在高频有效磁导率的圆弧块软磁合金磁粉芯外围，压制成复合磁粉芯，以降低非磁性气隙比例，减少磁通路长度增加，实现磁粉芯产品的高有效磁导率。在此基础上，节约磁粉芯器件产品的铜线使用量，降低成本，提高生产效率。
附图说明
图1为具有提高的高频有效磁导率的金属软磁粉芯结构示意图；
其中：1、低磁导率合金软磁粉末颗粒；2、高频有效磁导率圆弧块磁粉芯。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的一种具有高频有效磁导率的金属软磁粉芯，所述金属软磁粉芯通过将已绝缘处理的低磁导率合金软磁粉末颗粒包裹在高频有效磁导率圆弧块磁粉芯外围压制而成，所述低磁导率合金软磁粉末颗粒为Fe78Si13B9、或者Fe-6.5wt.％Si、或者Fe-9.5±0.5wt.％Si-5.5±0.5wt.％Al中的任意一种。
进一步，所述高频有效磁导率圆弧块磁粉芯弧度范围为π/18-π/6，其材料选自高频磁导率为160-220的铁镍钼磁粉芯。
进一步，所述具有高频有效磁导率的金属软磁粉芯采用的制备方法包括如下步骤：
(1)制备低磁导率合金软磁粉末颗粒：采用水雾化、气雾化或者机械破碎中的一种方法制备低磁导率软磁合金粉末，并将所述低磁导率软磁合金粉末按一定粒径配比混合制成低磁导率合金软磁粉末颗粒；
(2)低磁导率合金软磁粉末颗粒的绝缘和包覆：采用一定量的钝化液将步骤1中所述低磁导率合金软磁粉末颗粒进行浸泡，并搅拌至干燥后，将其与一定量的耐高温无机粘结剂水溶液进行混合搅拌至干燥，最后加入一定量的润滑剂混匀，进而获得低磁导率合金软磁成品粉；
(3)高频有效磁导率圆弧块磁粉芯的制备：将高频磁导率为160-220的铁镍钼磁粉芯圆环产品加工分割成弧度范围为π/18-π/6的高频有效磁导率圆弧块铁镍钼磁粉芯；将加工好的高频有效磁导率圆弧块磁粉芯在真空或惰性气体保护条件下，浸泡至耐高温粘结剂中，保持3-8分钟，取出水洗吹干后，制得高频有效磁导率圆弧块磁粉芯成品；
(4)复合磁粉芯压制成型：将步骤(2)中所述的低磁导率合金软磁成品粉与步骤(3)中所述的高频有效磁导率圆弧块磁粉芯成品，依次放置在圆环模具中，室温条件下，压制成复合磁粉芯，其中所述低磁导率合金软磁成品粉占复合磁粉芯的质量百分比为70-90％，所述高频有效磁导率圆弧块磁粉芯成品占所述复合磁粉芯的质量百分比为10-30％；
(5)复合磁粉芯内润滑剂的燃烧去除：在温度为250-320℃条件下，保持100-200分钟后随炉冷却；
(6)复合磁粉芯的固化烧结：将步骤(5)燃烧去除润滑剂后的复合磁粉芯，在真空或惰性气体保护条件下，浸入至耐高温粘结剂中，保持3-8分钟，取出水洗吹干后，在温度为100-140℃条件下保持100-180分钟进行烧结固化；
(7)复合磁粉芯的退火热处理：将步骤(6)固化烧结后的复合磁粉芯，在真空或惰性气体保护下，置于温度范围为440-720℃区域保持30-50分钟后随炉冷却；
(8)将步骤(7)退火热处理后的复合磁粉芯进行倒角、热喷涂，形成所述具有高频有效磁导率的金属软磁粉芯。
本发明还提供一种提高金属软磁粉芯高频有效磁导率的制备方法，所述方法如下：采用水雾化、气雾化或者机械破碎中一种方法制备出低磁导率软磁合金粉末，并按一定粒径配比混合成低磁导率合金软磁粉末颗粒；将所述低磁导率合金软磁粉末颗粒进行绝缘和包覆处理，并制备高频有效磁导率圆弧块磁粉芯；随后将所述低磁导率合金软磁粉末颗粒和所述高频有效磁导率圆弧块磁粉芯压制成复合磁粉芯；将复合磁粉芯内的润滑剂通过燃烧去除，并进行固化烧结；最后对复合磁粉芯进行退火热处理、倒角、热喷涂。
实施例1
一种具有提高的高频有效磁导率的金属软磁粉芯，其通过以下步骤进行制备：
(1)取水雾化Fe78Si13B9非晶粉末500g，该粉末最大外径尺寸为75μm，平均外径尺寸(D50)为40μm；
(2)加入5g质量比为1:2的磷酸丙酮溶液，混合搅拌至干燥后，加入10g质量比为1:1.8的水玻璃溶液，混合搅拌至干燥，再加入5g硬脂酸锌，混合搅拌均匀后形成低磁导率成品粉，并称取50g以待用；
(3)取外径32.6mm、内径29.4mm、高度9.4mm、有效磁导率为167的铁镍钼磁粉芯圆环，利用线切割加工方式制备出3个弧度为π/12的铁镍钼磁粉芯圆弧块后，将其在真空或惰性气体保护条件下，浸泡在耐高温粘结剂中，并保持5分钟，取出水洗吹干后待用；
(4)取第(2)步中低磁导率成品粉25g倒入外径39.88mm、内径24.13mm、高度14.48mm的模腔中，再将第(3)步中的3个弧度为π/12的铁镍钼磁粉芯圆弧块均匀布置在模腔中心位置，最后再将第(2)步剩余的25g低磁导率成品粉倒入模腔中；以压强为1900Mpa，保持5s工况下压制成外径39.88mm、内径24.13mm、高度14.48mm的复合磁粉芯，其总质量为61.12g；
(5)将复合磁粉芯置于300℃条件下保持160分钟以燃烧去脂，冷却至室温后放置在水玻璃中；
(6)在真空条件下保持5分钟，取出水洗吹干后，在温度为120℃条件下保持150分钟进行烧结固化；
(7)将第(6)步经烧结固化后的复合磁粉芯在氮气保护、温度为450℃条件下退火30分钟；
(8)用环氧树脂漆喷涂，喷漆厚度为0.3mm，制得金属软磁粉芯成品。
实施例2
一种具有提高的高频有效磁导率的金属软磁粉芯，其通过以下步骤进行制备：
(1)取气雾化Fe-6.5wt.％Si粉末500g。该粉末由质量比为1.5:2.5:16的+200目、-200～+250目、-250～+350目的铁硅粉均匀混合而成；
(2)加入10g质量比为1:2.5的磷酸丙酮溶液，混合搅拌至干燥后，加入15g质量比为1:2的水玻璃溶液，混合搅拌至干燥，再加入6.5g硬脂酸锌，混合搅拌均匀后形成低磁导率成品粉，并称取46g以待用；
(3)取外径32.6mm、内径29.4mm、高度9.4mm、有效磁导率为196的铁镍钼磁粉芯圆环，利用线切割加工方式制备出2个弧度为π/6的铁镍钼磁粉芯圆弧块后，将其在真空或惰性气体保护条件下，浸泡在耐高温粘结剂中，并保持5分钟，取出水洗吹干后待用；
(4)取第(2)步中低磁导率成品粉23g倒入外径39.88mm、内径24.13mm、高度14.48mm的模腔中，再将第(3)步中的2个弧度为π/6的铁镍钼磁粉芯圆弧块均匀布置在模腔中心位置，最后再将第(2)步剩余的23g低磁导率成品粉倒入模腔中；以压强为2000Mpa，保持5s工况下压制成外径39.88mm、内径24.13mm、高度14.48mm的复合磁粉芯，其总质量为61.56g；
(5)将该复合磁粉芯置于290℃条件下保持170分钟以燃烧去脂，冷却至室温后放置在水玻璃中；
(6)在真空条件下保持4分钟，取出水洗吹干后，在温度为120℃条件下保持150分钟进行烧结固化；
(7)将第(6)步经烧结固化后的复合磁粉芯在氮气保护、温度为680℃条件下退火30分钟；
(8)用环氧树脂漆喷涂，喷漆厚度为0.4mm，制得金属软磁粉芯成品。
实施例3
一种具有提高的高频有效磁导率的金属软磁粉芯，其通过以下步骤进行制备：
(1)取机械破碎Fe-9.5±0.5wt.％Si-5.5±0.5wt.％Al粉末500g。该粉末由质量比为2:2:6的+200目、-200～+325目、-325目的铁硅粉均匀混合而成；
(2)加入12.5g质量比为1:2.5的磷酸丙酮溶液，混合搅拌至干燥后，加入12.5g质量比为1:2的水玻璃溶液，混合搅拌至干燥，再加入6g硬脂酸锌，混合搅拌均匀后形成低磁导率成品粉，并称取54g以待用；
(3)取外径32.6mm、内径29.4mm、高度9.4mm、有效磁导率为190的铁镍钼磁粉芯圆环，利用线切割加工方式制备出3个弧度为π/18的铁镍钼磁粉芯圆弧块后，将其在真空或惰性气体保护条件下，浸泡在耐高温粘结剂中，并保持5分钟，取出水洗吹干后待用；
(4)取第(2)步中低磁导率成品粉27g倒入外径39.88mm、内径24.13mm、高度14.48mm的模腔中，再将第(3)步中的3个弧度为π/18的铁镍钼磁粉芯圆弧块均匀布置在模腔中心位置，最后再将第(2)步剩余的27g低磁导率成品粉倒入模腔中；以压强为2100Mpa，保持5s工况下压制成外径39.88mm、内径24.13mm、高度14.48mm的复合磁粉芯，其总质量为61.44g；
(5)将该复合磁粉芯置于310℃条件下保持140分钟以燃烧去脂，冷却至室温后放置在水玻璃中；
(6)在真空条件下保持4分钟，取出水洗吹干后，在温度为122℃条件下保持150分钟进行烧结固化；
(7)将第(6)步经烧结固化后的复合磁粉芯在氮气保护、温度为700℃条件下退火30分钟；
(8)用环氧树脂漆喷涂，喷漆厚度为0.4mm，制得金属软磁粉芯成品。
对比例1
取水雾化Fe78Si13B9非晶粉末500g，该粉末最大外径尺寸为75μm，平均外径尺寸为40μm，加入7.5g质量比为1:2的磷酸丙酮溶液，混合搅拌至干燥后，加入10g质量比为1:1.8的水玻璃溶液，混合搅拌至干燥，再加入5g硬脂酸锌，混合搅拌均匀，以压强为1900Mpa，保持5s工况下压制成外径39.88mm、内径24.13mm、高度14.48mm的标准磁环，总质量为60.04g；之后，将该磁粉芯置于300℃条件下保持160分钟以燃烧去脂，冷却至室温后放置在水玻璃中，并在真空条件下保持5分钟，取出水洗吹干后，在温度为120℃条件下保持150分钟进行烧结固化；再将磁粉芯在氮气保护、温度为450℃条件下退火30分钟；最后制得对比例1的金属磁粉芯样品。
对比例2
取气雾化Fe-6.5wt.％Si粉末500g。该粉末由质量比为2:2:6的+200目、-200～+250目、-250～+350目的铁硅粉均匀混合而成。加入10g质量比为1:2.5的磷酸丙酮溶液，混合搅拌至干燥后，加入15g质量比为1:2的水玻璃溶液，混合搅拌至干燥，再加入6.5g硬脂酸锌，混合搅拌均匀，以压强为2000Mpa，保持5s工况下压制成外径39.9mm、内径23.1mm、高度15.4mm的标准磁环，其总质量为60.94g；之后，将该磁粉芯置于290℃条件下保持170分钟以燃烧去脂，冷却至室温后放置在水玻璃中，并在真空条件下保持4分钟，取出水洗吹干后，在温度为120℃条件下保持150分钟进行烧结固化；再将磁粉芯在氮气保护、温度为680℃条件下退火30分钟；最后制得对比例2的金属磁粉芯样品。
对比例3
取机械破碎Fe-9.5±0.5wt.％Si-5.5±0.5wt.％Al粉末500g。该粉末由质量比为3:5:12的+200目、-200～+325目、-325目的铁硅粉均匀混合而成。加入12.5g质量比为1:2.5的磷酸丙酮溶液，混合搅拌至干燥后，加入12.5g质量比为1:2的水玻璃溶液，混合搅拌至干燥，再加入6g硬脂酸锌，混合搅拌均匀，以压强为2100Mpa，保持5s工况下压制成外径39.9mm、内径23.1mm、高度15.4mm的标准磁环，总质量为61.23g；之后，将该磁粉芯置于310℃条件下保持140分钟以燃烧去脂，冷却至室温后放置在水玻璃中，并在真空条件下保持4分钟，取出水洗吹干后，在温度为122℃条件下保持150分钟进行烧结固化；再将磁粉芯在氮气保护、温度为700℃条件下退火30分钟；最后用环氧树脂漆喷涂，喷漆厚度为0.3mm，制得对比例3的金属磁粉芯样品。
验证例
针对上述实施例1-3和对比例1-3的样品，在100KHz，1V，线圈直径为1.22mm，匝数为30条件下采用同惠电感测量仪TH2775B测试其感量大小，并利用式(1)来获得样品的高频有效磁导率。表1列出了不同样品的感量与高频有效磁导率情况。由表可知，采用本发明提供方法制备的具有高频有效磁导率的金属软磁粉芯，磁粉芯的高频有效磁导率值可提高15％以上。
式中，AL为感量，μH；μe为有效磁导率；N为线圈匝数；Ae为磁性有效截面积，cm2；Le为磁路长度，cm。
表1不同样品的感量与高频有效磁导率情况

Claims (10)

1.一种具有高频有效磁导率的金属软磁粉芯，其特征在于，所述金属软磁粉芯通过将已绝缘处理的低磁导率合金软磁粉末颗粒包裹在高频有效磁导率圆弧块磁粉芯外围压制而成，所述低磁导率合金软磁粉末颗粒为Fe78Si13B9、或者Fe-6.5wt.％Si、或者Fe-9.5±0.5wt.％Si-5.5±0.5wt.％Al中的任意一种。
2.根据权利要求1所述具有高频有效磁导率的金属软磁粉芯，其特征在于，所述高频有效磁导率圆弧块磁粉芯弧度范围为π/18-π/6，其材料选自高频磁导率为160-220的铁镍钼磁粉芯。
3.根据权利要求1或2所述具有高频有效磁导率的金属软磁粉芯，其特征在于，其制备方法包括如下步骤：
(1)制备低磁导率合金软磁粉末颗粒：采用水雾化、气雾化或者机械破碎中的一种方法制备低磁导率软磁合金粉末，并将所述低磁导率软磁合金粉末按一定粒径配比混合制成低磁导率合金软磁粉末颗粒；
(2)低磁导率合金软磁粉末颗粒的绝缘和包覆：采用一定量的钝化液将步骤1中所述低磁导率合金软磁粉末颗粒进行浸泡，并搅拌至干燥后，将其与一定量的耐高温无机粘结剂水溶液进行混合搅拌至干燥，最后加入一定量的润滑剂混匀，进而获得低磁导率合金软磁成品粉；
(3)高频有效磁导率圆弧块磁粉芯的制备：将高频磁导率为160-220的铁镍钼磁粉芯圆环产品加工分割成弧度范围为π/18-π/6的高频有效磁导率圆弧块铁镍钼磁粉芯；将加工好的高频有效磁导率圆弧块磁粉芯在真空或惰性气体保护条件下，浸泡至耐高温粘结剂中，保持3-8分钟，取出水洗吹干后，制得高频有效磁导率圆弧块磁粉芯成品；
(4)复合磁粉芯压制成型：将步骤(2)中所述的低磁导率合金软磁成品粉与步骤(3)中所述的高频有效磁导率圆弧块磁粉芯成品，依次放置在圆环模具中，室温条件下，压制成复合磁粉芯，其中所述低磁导率合金软磁成品粉占复合磁粉芯的质量百分比为70-90％，所述高频有效磁导率圆弧块磁粉芯成品占所述复合磁粉芯的质量百分比为10-30％；
(5)复合磁粉芯内润滑剂的燃烧去除：在温度为250-320℃条件下，保持100-200分钟后随炉冷却；
(6)复合磁粉芯的固化烧结：将步骤(5)燃烧去除润滑剂后的复合磁粉芯，在真空或惰性气体保护条件下，浸入至耐高温粘结剂中，保持3-8分钟，取出水洗吹干后，在温度为100-140℃条件下保持100-180分钟进行烧结固化；
(7)复合磁粉芯的退火热处理：将步骤(6)固化烧结后的复合磁粉芯，在真空或惰性气体保护下，置于温度范围为440-720℃区域保持30-50分钟后随炉冷却；
(8)将步骤(7)退火热处理后的复合磁粉芯进行倒角、热喷涂，形成所述具有高频有效磁导率的金属软磁粉芯。
4.根据权利要求3所述具有高频有效磁导率的金属软磁粉芯，其特征在于，步骤(2)中所述钝化液为磷酸丙酮溶液，其中，磷酸加入量为0.4-3wt％，磷酸与丙酮加入量比为1:1.5-1:3；所述的耐高温无机粘结剂水溶液为SiO2溶胶或水玻璃中的一种，加入量为1.0-3.5wt％，耐高温无机粘结剂与水的质量比为1:1.5-1:2.5；所述的润滑剂为硬脂酸锌，加入量为0.8-1.5wt％。
5.根据权利要求3所述具有高频有效磁导率的金属软磁粉芯，其特征在于，步骤(4)中复合磁粉芯的放置方法为：先将低磁导率合金软磁成品粉总质量的1/2倒入圆环模具中，再将高频有效磁导率圆弧块磁粉芯成品均匀布置在圆环模具的圆周上，最后将剩余1/2质量的低磁导率合金软磁成品粉导入圆环模具。
6.根据权利要求3所述具有高频有效磁导率的金属软磁粉芯，其特征在于，步骤(4)压制成型过程中，压力范围为1600-2600MPa，保持时间范围为3-7s；步骤(4)所述铁镍钼磁粉芯圆环的横截面面积为复合磁粉芯圆环总横截面面积的1/4-1/3，且该铁镍钼磁粉芯圆环的内、外径和高度值均小于最终的复合磁粉芯圆环的2/3。
7.根据权利要求3所述具有高频有效磁导率的金属软磁粉芯，其特征在于，步骤(3)、(6)和(7)中所述的惰性气体为氮气或氩气，步骤(8)中进行热喷涂所用材料为环氧树脂漆，喷涂厚度为0.3-0.5mm。
8.一种提高金属软磁粉芯高频有效磁导率的制备方法，其特征在于，所述方法如下：采用水雾化、气雾化或者机械破碎中一种方法制备出低磁导率软磁合金粉末，并按一定粒径配比混合成低磁导率合金软磁粉末颗粒；将所述低磁导率合金软磁粉末颗粒进行绝缘和包覆处理，并制备高频有效磁导率圆弧块磁粉芯；随后将所述低磁导率合金软磁粉末颗粒和所述高频有效磁导率圆弧块磁粉芯压制成复合磁粉芯；将复合磁粉芯内的润滑剂通过燃烧去除，并进行固化烧结；最后对复合磁粉芯进行退火热处理、倒角、热喷涂。
9.根据权利要求1所述提高金属软磁粉芯高频有效磁导率的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
(1)制备低磁导率合金软磁粉末颗粒：采用水雾化、气雾化或者机械破碎中的一种方法制备低磁导率软磁合金粉末，并将所述低磁导率软磁合金粉末按一定粒径配比混合制成低磁导率合金软磁粉末颗粒；
(2)低磁导率合金软磁粉末颗粒的绝缘和包覆：采用一定量的钝化液将步骤1中所述低磁导率合金软磁粉末颗粒进行浸泡，并搅拌至干燥后，将其与一定量的耐高温无机粘结剂水溶液进行混合搅拌至干燥，最后加入一定量的润滑剂混匀，进而获得低磁导率合金软磁成品粉；
(3)高频有效磁导率圆弧块磁粉芯的制备：将高频磁导率为160-220的铁镍钼磁粉芯圆环产品加工分割成弧度范围为π/18-π/6的高频有效磁导率圆弧块铁镍钼磁粉芯；将加工好的高频有效磁导率圆弧块磁粉芯在真空或惰性气体保护条件下，浸泡至耐高温粘结剂中，保持3-8分钟，取出水洗吹干后，制得高频有效磁导率圆弧块磁粉芯成品；
(4)复合磁粉芯压制成型：将步骤(2)中所述的低磁导率合金软磁成品粉与步骤(3)中所述的高频有效磁导率圆弧块磁粉芯成品，依次放置在圆环模具中，室温条件下，压制成复合磁粉芯，其中所述低磁导率合金软磁成品粉占复合磁粉芯的质量百分比为70-90％，所述高频有效磁导率圆弧块磁粉芯成品占所述复合磁粉芯的质量百分比为10-30％；
(5)复合磁粉芯内润滑剂的燃烧去除：在温度为250-320℃条件下，保持100-200分钟后随炉冷却；
(6)复合磁粉芯的固化烧结：将步骤(5)燃烧去除润滑剂后的复合磁粉芯，在真空或惰性气体保护条件下，浸入至耐高温粘结剂中，保持3-8分钟，取出水洗吹干后，在温度为100-140℃条件下保持100-180分钟进行烧结固化；
(7)复合磁粉芯的退火热处理：将步骤(6)固化烧结后的复合磁粉芯，在真空或惰性气体保护下，置于温度范围为440-720℃区域保持30-50分钟后随炉冷却；
(8)将步骤(7)退火热处理后的复合磁粉芯进行倒角、热喷涂，形成所述具有高频有效磁导率的金属软磁粉芯。
10.根据权利要求8所述的提高金属软磁粉芯高频有效磁导率的制备方法，其特征在于，所述低磁导率合金软磁粉末颗粒为Fe78Si13B9、或者Fe-6.5wt.％Si、或者Fe-9.5±0.5wt.％Si-5.5±0.5wt.％Al中的任意一种。
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