CN110838398A - 一种复合软磁材料及其制备方法 - Google Patents

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刘先松
胡锋
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Abstract

本发明公开了一种复合软磁材料及其制备方法，涉及复合软磁材料技术领域，将金属磁性粉末与低熔点绝缘材料混合制作粉芯，将粉芯置于真空炉或气氛保护炉中，以200‑700℃热处理5分钟‑5小时后获得复合软磁材料成品。本发明绝缘材料其中起到绝缘和粘接剂作用，更加节省物料，制作工艺方面更加简单，在复合后的材料抗压稳定性更高。

Description

一种复合软磁材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及软磁材料技术领域，具体涉及一种复合软磁材料及其制备方法。
背景技术
软磁材料有许多应用，诸如用作电感器、电机中的定子和转子、致动器、传感器和变压器芯中的芯材料。
软磁复合材料采用粉末冶金技术制造，由表面绝缘的金属粉末颗粒(如纯铁粉)组成，可以一步压制成具有复杂形状的部件，并具有良好的三维各向同性磁性能，以及中高频率下较低的涡流损耗，能在一些具有复杂形状和磁路的电机和较高频率下工作的电机中用作铁芯材料，取得广泛应用的同时能给电源电机设计带来革命性的变化。随着电子器件小型化和高频化的发展，微电机、小功率电机和抗电磁干扰元件等被广泛应用于汽车、机器人、办公和家庭自动化设备中，具有独特性能的软磁复合材料在这些领域的应用将产生巨大的经济效益。
现有软磁复合材料生产，通过绝缘包覆方式，在每个颗粒上都有一层电绝缘层。使用传统的粉末冶金过程，将金属磁性粉末与绝缘的颗粒可选择地连同润滑剂和/或粘合剂进行混合压制，现有软磁复合材料粉体的制备方法工艺复杂，生产成本高，生产效率低，而且产品质量较低，难以满足更高的使用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合软磁材料，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种复合软磁材料，所述复合软磁材料由金属磁性粉末和低熔点玻璃粉组成。
所述低熔点玻璃粉占所述复合软磁材料重量百分比为0.5-10％。
所述低熔点玻璃粉占所述复合软磁材料重量百分比为2％。
所述金属磁性粉末为Fe、Fe-Ni-Mo、Fe-Si、Fe-Si-Cr、Fe-Si-Al金属粉、非晶、纳米晶态合金粉或坡莫合金粉及它们之间的混合粉。
所述低熔点玻璃粉主要成分为熔点为300-700℃的不含铅的玻璃粉，或B2O3或H3BO3粉。
复合软磁材料的制备方法，以金属磁性粉末为原料，添加金属磁性粉和低熔点玻璃粉混合均匀，其中混物中低熔点玻璃粉为重量百分比为0.5-10％，再添加金属磁性粉和低熔点玻璃粉混合物重量百分比为0.3-1％的脱模剂，在500-5000MPa压力下将粉料成型为所要产品形状的粉芯，将粉芯置于真空炉或气氛保护炉中，以200-700℃热处理5分钟-5小时后获得粉芯材料成品。
所述的脱模剂为硬脂酸锌。
所述处理温度为500℃。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明采用低熔点绝缘材料，在其热处理过程中发生软化后固化而将金属粉末连结为一体，相比现有技术通过采用有机粘接剂将绝缘材料和金属粉末材料在一定温度控制之下固化连接为一体，材料上本发明绝缘材料其中起到绝缘和粘接剂作用，更加节省物料，也更容易获得具有高饱和磁化强度的粉芯材料。制作工艺方面更加简单，不存在老化问题，在复合后的材料抗压稳定性更高。
附图说明
图1为本发明添加2wt％低熔点玻璃粉的FeSi粉芯损耗分离图；
图2为本发明添加1wt％B2O3的FeSiCr粉芯损耗分离图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，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。
实施例1：
以粒径为30-100μm的球形FeSi6.5wt％粉为原料，添加2wt％的低熔点玻璃粉作为绝缘剂和粘接剂混合均匀，玻璃粉的熔点为400℃，平均粒径为5μm。额外添加0.5wt％硬脂酸锌作为脱模剂，在1200MPa压力下将粉料成型为外径为27mm，内径为15mm，高约为8mm的环状粉芯。将FeSi粉芯置于真空炉中，以450℃热处理1小时后获得粉芯材料成品。
磁测量结果表明，材料的比饱和磁化强度达到203emu/g，初始磁导率为51，100kHz和100mT下的损耗为2300kW/m3。图1给出的是该样品测量得到的一个周期内的功耗与频率间的关系，从图中可以发现，较低的斜率显示FeSi粉芯具有相对较小的涡流损耗，表明低熔点玻璃的确起到了良好的绝缘效果。
实施例2：
以市场上商用FeSiCr粉为基础原料，添加1wt％B2O3作为绝缘剂和粘接剂混合均匀。额外添加0.5wt％硬脂酸锌作为脱模剂，在500MPa压力下将粉料压制为径为20mm，内径为10mm，高约为5mm的环状粉芯。将粉芯置于氮气保护烧结炉中，以500℃热处理30分钟后获得粉芯材料成品。
磁性测试得到，粉芯的初始磁导率为38，100kHz，100mT下的损耗约为4800kW/m3。图2给出的是该样品测量得到的一个周期内的功耗与频率间的关系，从图中可以发现，较低的斜率显示FeSiCr粉芯具有相对较小的涡流损耗，表明B2O3起到了良好的绝缘效果。粉芯的总损耗相对较大，但涡流损耗占比较低，主要是磁滞损耗的贡献。
实施例3：
采用安泰科技的纳米晶粉，添加3wt％的B-Si-P-O玻璃粉作为绝缘剂和粘接剂，混合均匀。另外添加0.5wt％的硬脂酸锌作为脱模剂，在700MPa压力下将混合粉料压制为外径为20mm，内径为10mm，高约为5mm的环状粉芯。在600℃温度下真空热处理30分钟。得到纳米晶粉芯材料。
磁性测量表明，纳米晶粉芯的磁导率为18，100kHz和100mT下的功耗为2100kW/m3。纳米晶粉芯的最大优势是可以应用到MHz频段。但由于粉料细，存在一定的掉渣现象。提高热处理温度可以改善掉渣问题，但磁性会快速变差。
实施例4：
采用安泰科技的纳米晶粉，添加10wt％的H3BO3作为绝缘剂和粘接剂，混合均匀。另外添加0.5wt％的硬脂酸锌作为脱模剂，在5000MPa压力下将混合粉压制为外径为10mm，内径为6mm，高约为4mm的环状粉芯。在700℃温度下真空热处理5分钟。得到纳米晶粉芯材料。
磁性测量表明，纳米晶粉芯的磁导率为8，100kHz和30mT下的功耗为2500kW/m3。纳米晶粉不存在掉渣现象，但磁弛豫频率下降到600kHz左右，而且饱和磁化强度也偏低。
实施例5：
以平均粒径为50μm的球形高纯Fe粉为原料，添加0.5wt％的低熔点玻璃粉作为绝缘剂和粘接剂混合均匀，玻璃粉平均粒径为3μm。额外添加0.5wt％硬脂酸锌作为脱模剂，在2000MPa压力下将粉料成型为外径为21mm，内径为15mm，高约为6mm的环状粉芯。将粉芯置于真空炉中，以200℃热处理5小时后获得粉芯材料成品。
磁测量结果表明，材料的比饱和磁化强度达到211emu/g，初始磁导率为42，100kHz和100mT下的损耗为4700kW/m3。低温热处理有利于改善磁性的频率稳定性，但无法获得高强度粉芯。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种复合软磁材料，其特征在于，所述复合软磁材料由金属磁性粉末和低熔点玻璃粉组成。
2.根据权利要求1所述的一种复合软磁材料，其特征在于，所述低熔点玻璃粉占所述复合软磁材料重量百分比为0.5-10％。
3.根据权利要求2所述的一种复合软磁材料，其特征在于，所述低熔点玻璃粉占所述复合软磁材料重量百分比为2％。
4.根据权利要求1或2所述的一种复合软磁材料，其特征在于，所述金属磁性粉末为Fe、Fe-Ni-Mo、Fe-Si、Fe-Si-Cr、Fe-Si-Al金属粉、非晶、纳米晶态合金粉或坡莫合金粉及它们之间的混合粉。
5.根据权利要求1或2所述的一种复合软磁材料，其特征在于，所述低熔点玻璃粉主要成分为熔点为300-700℃的不含铅的玻璃粉，或B2O3或H3BO3粉。
6.根据权利要求1-3其中之一所述复合软磁材料的制备方法，其特征在于，以金属磁性粉末为原料，添加金属磁性粉和低熔点玻璃粉混合均匀，其中混合物中低熔点玻璃粉为重量百分比为0.5-10％，在添加金属磁性粉和低熔点玻璃粉混合物重量百分比为0.3-1％的脱模剂，在500-5000MPa压力下将粉料成型为所要产品形状的粉芯，将粉芯置于真空炉或气氛保护炉中，以200-700℃热处理5分钟-5小时后获得粉芯材料成品。
7.根据权利要求6所述复合软磁材料的制备方法，其特征在于，所述的脱模剂为硬脂酸锌。
8.根据权利要求6所述复合软磁材料的制备方法，其特征在于，所述处理温度为500℃。
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张达理等: "低熔点玻璃粉包覆FeSiAl合金的结构和电磁性能", 《材料研究学报》 *

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