CN110918979B - 一种磁芯粉末喷涂成膜剂及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁性材料领域，尤其涉及一种磁芯粉末喷涂成膜剂及其应用方法。所述成膜剂由以下质量百分比原料组成：CrO₃0.02～0.08wt％，H₃PO₄2.5～3.5wt％，三价铬盐0.025～0.095wt％，柠檬酸钠1.5～2.5wt％，十二硫醇2.5～5.0wt％，肌醇六磷酸1.5～2.0wt％，余量为水；所述应用方法为：将预冷的成膜剂与预热的铁硅铝磁粉混合，恒温搅拌至铁硅铝磁粉呈干粉状态，清洗即可。本发明磁芯粉末喷涂成膜剂所形成的包覆绝缘膜具有更高的致密性，其直接体现在铁硅铝磁粉腐蚀电位绝对值和腐蚀电流绝对值降低，即形成包覆绝缘膜后的铁硅铝磁粉腐蚀难度增大、腐蚀速率降低。

Description

一种磁芯粉末喷涂成膜剂及其应用方法

技术领域

本发明涉及磁性材料领域，尤其涉及一种磁芯粉末喷涂成膜剂及其应用方法。

背景技术

随着电子信息产业的飞速发展，为了适应电子器件小型化、低损耗、高功率的发展趋势，对金属磁粉芯也提出了更高的要求。在众多的金属磁粉芯中，铁硅铝磁粉芯因具有高饱和磁感应强度、低损耗、低成本等优点，在开关电源变压器磁芯、线路滤波器、脉冲回扫变压器、储能滤波电感器等中得到了广泛的应用。但铁硅铝磁粉芯的高频涡流损耗较高，限制了其在高频领域的应用。

铁硅铝磁粉芯进行表面绝缘包覆可有效可阻隔粉末颗粒之间的接触，从而增大电阻率，降低磁粉芯的涡流损耗、提高金属磁粉芯铁硅铝的叠加性能、品质因数以及机械性能从而改善磁粉芯的高频性能。

在传统铁硅铝磁芯磁粉绝缘包覆成膜剂在包覆中通过磷酸处理得到一种或者几种难溶性的磷酸盐沉积在铁硅铝颗粒表面，即是磷化膜。但是现有的磷化膜存在一定的孔隙率，在微观上表现并不致密，增加了磁粉的涡流损耗，从而降低了磁性能。

因此，开发一种能够形成致密绝缘膜的成膜剂是有效提高铁硅铝磁粉性能的方法。

发明内容

为解决现有的铁硅铝绝缘包覆成膜剂在包覆过程中所形成的膜层不均，存在孔隙率，导致磁粉的涡轮损耗增加、磁性能下降等问题，本发明提供了一种磁芯粉末喷涂成膜剂及其应用方法。本发明的目的在于：提高绝缘包覆膜的致密性；减少成膜过程中的热应力导致膜层脱离或开裂等问题发生；提高膜层韧性，使得膜层更不易开裂；降低铁硅铝磁粉腐蚀电位绝对值和腐蚀电流绝对值。

本发明的具体技术方案如下。

一种磁芯粉末喷涂成膜剂，

所述成膜剂由以下质量百分比原料组成：

CrO₃ 0.02～0.08wt％，H₃PO₄ 2.5～3.5wt％，三价铬盐0.025～0.095wt％，柠檬酸钠1.5～2.5wt％，十二硫醇2.5～5.0wt％，肌醇六磷酸1.5～2.0wt％，余量为水。

在上述成分中，三氧化铬和三价铬盐两者起到协同作用，本身三氧化铬即是铬酐，其溶于水后形成具有氧化性的Cr₂O₇ ^2-，能够将单质铁氧化形成铁离子，自身则形成三价铬离子，并且随着成膜进行pH值逐渐升高而形成氢氧化铬胶体沉积成膜，而加入三价铬盐后，本身存在的三价铬能够在pH值上升时首先形成氢氧化铬胶体，所形成的胶体能够对六价铬进行吸附和结合，形成Cr³⁺/Cr⁶⁺膜，所形成的Cr³⁺/Cr⁶⁺膜能够具有更强的韧性，不易开裂。

此外，磷酸、十二硫醇和肌醇六磷酸三者之间也产生了良好的协同效果，本身氢离子在该溶液体系中即具有将单质铁氧化形成亚铁离子的能力，本身还原形成氢自由基或氢气，因此随着成膜过程的进行，成膜剂体系的pH值会逐渐上升，且传统磷酸或复合磷酸成膜剂体系中也存在着同样的现象，磷酸会与二价铁离子形成一代磷酸盐Fe(H₂PO₄)₂，并在最终转化形成Fe₃(PO₄)₂沉积，但是，在该沉积过程中，由于氢气的不断产生，导致磷化膜出现裂缝甚至脱落的现象，因此需要对该现象进行抑制。在加入十二硫醇和肌醇六磷酸后，十二硫醇和肌醇六磷酸能够对磷化膜的裂缝进行填充，填充主要由填充剂肌醇六磷酸引发，但肌醇六磷酸和十二硫醇两者通过协同进行共填充。另一方面，十二硫醇还具有与三价铬离子配位的能力，能够进一步引导三价铬离子进入至磷化膜的裂缝中，进而产生Cr³⁺/Cr⁶⁺膜不但会覆盖在磷化膜表面，在肌醇六磷酸的引发和十二硫醇的协同带动作用下，Cr³⁺/Cr⁶⁺膜会与磷化膜产生更加紧密的结合，对磷化膜裂缝进行填充修补，至形成完整致密的包覆绝缘膜。

在原料中还加入有柠檬酸钠，是因为柠檬酸钠是可以作为pH缓冲剂使用，其在不引入杂质的基础上，能够稍微对成膜过程进行抑制，避免氢气产生速度过快导致磷化膜和Cr³⁺/Cr⁶⁺膜而非裂缝，能够进一步确保绝缘包覆膜的品质。

作为优选，

所述三价铬盐为硫酸铬和氯化铬中的任意一种或多种。

上述三价铬盐均为常见的可溶性三价铬盐，原料来源广泛，并且在本发明成膜剂体系中效果较优。

作为优选，

所述成膜剂由以下质量百分比原料组成：

CrO₃ 0.05wt％，H₃PO₄ 3.5wt％，CrCl₃ 0.05wt％，柠檬酸钠2.0wt％，十二硫醇3.5wt％，肌醇六磷酸1.5wt％，余量为水。

上述为成膜剂的较优配比。

作为优选，

所述成膜剂由以下方法进行制备：

将柠檬酸钠和十二硫醇加入至水中，置于冷水浴中恒温静置后，加入CrO₃、H₃PO₄、三价铬盐和肌醇六磷酸。

加入柠檬酸钠和十二硫醇之后进行预冷，再加入其他原料物质，能够提高成膜剂的稳定性，并且避免各组分之间发生副反应导致杂质产生和有效成分的减少。

作为优选，

所述冷水浴温度为4～12℃；

所述恒温静置时长为10～15min。

在上述条件下所制得的成膜剂更加稳定。

一种磁芯粉末喷涂成膜剂的应用方法，

所述方法为：

将预冷的成膜剂与预热的铁硅铝磁粉混合，恒温搅拌至铁硅铝磁粉呈干粉状态，清洗即可。

预冷的成膜剂和预热后的铁硅铝磁粉混合具有较大的温差有利于成膜，对铁硅铝进行预热能够有效促进成膜反应的进行，而对成膜剂进行预冷能够保持成膜剂的稳定同时抑制在初始成膜阶段氢气的形成同时有利于磷化膜和Cr³⁺/Cr⁶⁺膜的致密沉积，提高包覆绝缘膜的致密性。

作为优选，

所述成膜剂的预冷温度为4～12℃；

所述铁硅铝磁粉的预热温度为65～80℃；

所述恒温搅拌温度为60～80℃。

在上述条件下成膜效果较优，并且避免温差过大导致铁硅铝磁粉产生较大的应力导致性能下降。

作为优选，

所述成膜剂和铁硅铝磁粉混合时，所用成膜剂的体积和铁硅铝磁粉质量的比例为1L：(0.7～1.2)kg。

上述配比使用效果较优。

与现有技术相比而言，本发明的有益效果在于：所形成的包覆绝缘膜具有更高的致密性，其直接体现在铁硅铝磁粉腐蚀电位绝对值和腐蚀电流绝对值降低，即形成包覆绝缘膜后的铁硅铝磁粉腐蚀难度增大、腐蚀速率降低；所形成的包覆绝缘膜具有更优的韧性，具有良好的抗热震能力，能够有效避免使用过程中包覆绝缘膜的开裂、脱落问题发生。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作出进一步清楚详细的描述说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如无特殊说明，本发明实施例所用原料均为市售或本领域技术人员可获得的原料；如无特殊说明，本发明实施例所用方法均为本领域技术人员所掌握的方法。

实施例1

一种磁芯粉末喷涂成膜剂，其配料如下表表1所示。

表1：实施例1磁芯粉末喷涂成膜剂的配料表。

CrO<sub>3</sub>

H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>

CrCl<sub>3</sub>

柠檬酸钠

十二硫醇

肌醇六磷酸

去离子水

0.02wt％

2.5wt％

0.095wt％

1.5wt％

2.5wt％

1.5wt％

to 100wt％

其制备方法为：

将柠檬酸钠和十二硫醇加入至水中，置于4℃冷水浴中恒温静置10min，随后加入CrO₃、H₃PO₄、CrCl₃和肌醇六磷酸。

实施例2

一种磁芯粉末喷涂成膜剂，其配料如下表表2所示。

表2：实施例2磁芯粉末喷涂成膜剂的配料表。

CrO<sub>3</sub>

H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>

CrCl<sub>3</sub>

柠檬酸钠

十二硫醇

肌醇六磷酸

去离子水

0.08wt％

3.5wt％

0.025wt％

2.5wt％

5.0wt％

2.0wt％

to 100wt％

其制备方法为：

将柠檬酸钠和十二硫醇加入至水中，置于12℃冷水浴中恒温静置15min，随后加入CrO₃、H₃PO₄、CrCl₃和肌醇六磷酸。

实施例3

一种磁芯粉末喷涂成膜剂，其配料如下表表3所示。

表3：实施例3磁芯粉末喷涂成膜剂的配料表。

CrO<sub>3</sub>

H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>

CrCl<sub>3</sub>

柠檬酸钠

十二硫醇

肌醇六磷酸

去离子水

0.05wt％

2.5wt％

0.055wt％

2.0wt％

4.0wt％

2.0wt％

to 100wt％

其制备方法为：

将柠檬酸钠和十二硫醇加入至水中，置于8℃冷水浴中恒温静置15min，随后加入CrO₃、H₃PO₄、CrCl₃和肌醇六磷酸。

实施例4

一种磁芯粉末喷涂成膜剂，其配料如下表表4所示。

表4：实施例4磁芯粉末喷涂成膜剂的配料表。

CrO<sub>3</sub>

H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>

CrCl<sub>3</sub>

柠檬酸钠

十二硫醇

肌醇六磷酸

去离子水

0.035wt％

3.0wt％

0.075wt％

2.0wt％

2.5wt％

1.75wt％

to 100wt％

其制备方法为：

将柠檬酸钠和十二硫醇加入至水中，置于10℃冷水浴中恒温静置15min，随后加入CrO₃、H₃PO₄、CrCl₃和肌醇六磷酸。

实施例5

一种磁芯粉末喷涂成膜剂，其配料如下表表5所示。

表5：实施例5磁芯粉末喷涂成膜剂的配料表。

CrO<sub>3</sub>

H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>

CrCl<sub>3</sub>

柠檬酸钠

十二硫醇

肌醇六磷酸

去离子水

0.05wt％

3.5wt％

0.05wt％

2.0wt％

3.5wt％

1.5wt％

to 100wt％

其制备方法为：

将柠檬酸钠和十二硫醇加入至水中，置于8℃冷水浴中恒温静置15min，随后加入CrO₃、H₃PO₄、CrCl₃和肌醇六磷酸。

实施例6

一种磁芯粉末喷涂成膜剂，其配料如下表表6所示。

表6：实施例6磁芯粉末喷涂成膜剂的配料表。

CrO<sub>3</sub>

H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>

CrCl<sub>3</sub>

柠檬酸钠

十二硫醇

肌醇六磷酸

去离子水

0.05wt％

3.5wt％

0.05wt％

2.0wt％

3.5wt％

1.5wt％

to 100wt％

其制备方法为：

将柠檬酸钠和十二硫醇加入至水中，置于12℃冷水浴中恒温静置15min，随后加入CrO₃、H₃PO₄、CrCl₃和肌醇六磷酸。

实施例7

一种磁芯粉末喷涂成膜剂的应用方法，所述方法为：

将预冷至4℃的成膜剂与预热至65℃的铁硅铝磁粉以体积和质量比1L：0.8kg的比例混合，60℃恒温搅拌至铁硅铝磁粉呈干粉状态，无水乙醇冲洗并60℃烘干清洗即可；

其中，所用成膜剂由实施例1所制得。

实施例8

一种磁芯粉末喷涂成膜剂的应用方法，所述方法为：

将预冷至12℃的成膜剂与预热至80℃的铁硅铝磁粉以体积和质量比1L：1.2kg的比例混合，80℃恒温搅拌至铁硅铝磁粉呈干粉状态，无水乙醇冲洗并60℃烘干清洗即可；

其中，所用成膜剂由实施例2所制得。

实施例9

一种磁芯粉末喷涂成膜剂的应用方法，所述方法为：

将预冷至8℃的成膜剂与预热至70℃的铁硅铝磁粉以体积和质量比1L：0.7kg的比例混合，70℃恒温搅拌至铁硅铝磁粉呈干粉状态，无水乙醇冲洗并60℃烘干清洗即可；

其中，所用成膜剂由实施例3所制得。

实施例10

一种磁芯粉末喷涂成膜剂的应用方法，所述方法为：

将预冷至10℃的成膜剂与预热至75℃的铁硅铝磁粉以体积和质量比1L：1.0kg的比例混合，75℃恒温搅拌至铁硅铝磁粉呈干粉状态，无水乙醇冲洗并60℃烘干清洗即可；

其中，所用成膜剂由实施例4所制得。

实施例11

一种磁芯粉末喷涂成膜剂的应用方法，所述方法为：

将预冷至8℃的成膜剂与预热至75℃的铁硅铝磁粉以体积和质量比1L：1.2kg的比例混合，75℃恒温搅拌至铁硅铝磁粉呈干粉状态，无水乙醇冲洗并60℃烘干清洗即可；

其中，所用成膜剂由实施例5所制得。

实施例12

一种磁芯粉末喷涂成膜剂的应用方法，所述方法为：

将预冷至12℃的成膜剂与预热至80℃的铁硅铝磁粉以体积和质量比1L：1.0kg的比例混合，80℃恒温搅拌至铁硅铝磁粉呈干粉状态，无水乙醇冲洗并60℃烘干清洗即可；

其中，所用成膜剂由实施例6所制得。

对比例1

无包覆绝缘处理的铁硅铝磁粉。

对比例2

采用浓度为2.0wt％的磷酸水溶液作为成膜剂，以实施例12应用方法进行包覆绝缘处理。

对比例3

采用浓度为2.0wt％的磷酸水溶液作为成膜剂，不对成膜剂进行预冷，直接将常温(20±0.5℃)的成膜剂与80℃铁硅铝磁粉以体积和质量比1L：1.0kg的比例混合，80℃恒温搅拌至铁硅铝磁粉呈干粉状态，无水乙醇冲洗并60℃烘干清洗即可。

对比例4

与实施例12相同，所不同的是：成膜剂中不添加肌醇六磷酸，其余除去离子水以外的组分含量相同，去离子水补足至100wt％。

对比例5

与实施例12相同，所不同的是：成膜剂中不添加十二硫醇，其余除去离子水以外的组分含量相同，去离子水补足至100wt％。

对比例6

与实施例12相同，所不同的是：成膜剂中不添加CrCl₃，其余除去离子水以外的组分含量相同，去离子水补足至100wt％。

对比例7

与实施例12相同，所不同的是：成膜剂中不添加十二硫醇和肌醇六磷酸，其余除去离子水以外的组分含量相同，去离子水补足至100wt％。

对比例8

与实施例12相同，所不同的是：成膜剂中不添加氧化铬和氯化铬，其余除去离子水以外的组分含量相同，去离子水补足至100wt％。

包覆绝缘膜的绝缘性能测试：

应用CHI650型电化学工作站在3.5wt％NaCl溶液中进行常温极化曲线测试，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，工作电极为由实施例7～12和对比例1～8所制得进行包覆绝缘处理的铁硅铝磁粉以常规工艺制成的铁硅铝合金电极，扫描速率为5mV/s，以自腐蚀电位为基点从－500mV扫到+500mV。

测试结果如下表表7所示。

表7：包覆绝缘膜的绝缘性能测试结果。

从上表检测结果可明显看出，本发明磁芯粉末喷涂成膜剂具有非常优异的绝缘包覆效果，能够大幅度提高铁硅铝磁粉抗腐蚀能力。

Claims (8)

1.一种磁芯粉末喷涂成膜剂，其特征在于，

所述成膜剂由以下质量百分比原料组成：

CrO₃ 0.02～0.08wt％，H₃PO₄ 2.5～3.5wt％，三价铬盐0.025～0.095wt％，柠檬酸钠1.5～2.5wt％，十二硫醇2.5～5.0wt％，肌醇六磷酸1.5～2.0wt％，余量为水。

2.根据权利要求1所述的一种磁芯粉末喷涂成膜剂，其特征在于，

所述三价铬盐为硫酸铬和氯化铬中的任意一种或多种。

3.根据权利要求2所述的一种磁芯粉末喷涂成膜剂，其特征在于，

所述成膜剂由以下质量百分比原料组成：

CrO₃ 0.05wt％，H₃PO₄ 3.5wt％，CrCl₃ 0.05wt％，柠檬酸钠2.0wt％，十二硫醇3.5wt％，肌醇六磷酸1.5wt％，余量为水。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种磁芯粉末喷涂成膜剂，其特征在于，

所述成膜剂由以下方法进行制备：

将柠檬酸钠和十二硫醇加入至水中，置于冷水浴中恒温静置后，加入CrO₃、H₃PO₄、三价铬盐和肌醇六磷酸。

5.根据权利要求4所述的一种磁芯粉末喷涂成膜剂，其特征在于，

所述冷水浴温度为4～12℃；

所述恒温静置时长为10～15min。

6.一种如权利要求1至5任一所述磁芯粉末喷涂成膜剂的应用方法，其特征在于，

所述方法为：

将预冷的成膜剂与预热的铁硅铝磁粉混合，恒温搅拌至铁硅铝磁粉呈干粉状态，清洗即可。

7.根据权利要求6所述的一种磁芯粉末喷涂成膜剂的应用方法，其特征在于，

所述成膜剂的预冷温度为4～12℃；

所述铁硅铝磁粉的预热温度为65～80℃；

所述恒温搅拌温度为60～80℃。

8.根据权利要求6或7所述的一种磁芯粉末喷涂成膜剂的应用方法，其特征在于，

所述成膜剂和铁硅铝磁粉混合时，所用成膜剂的体积和铁硅铝磁粉质量的比例为1L：(0.7～1.2)kg。