CN111375782B - 一种铁镍钼软磁粉末的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属基软磁材料技术领域，为解决传统铁镍钼软磁粉末的制备工艺复杂、能耗高、设备成本高、磁性能差的问题，提供了一种铁镍钼软磁粉末的制备方法，包括以下步骤：(1)将铁红、碳酸镍、氧化钼和分散剂、弥散剂混合均匀，得料浆；(2)喷雾造粒，得造粒料；(3)预热处理；(4)还原热处理；(5)退火，冷却、过筛，即得铁镍钼软磁粉末。采用本发明的制备方法制备的铁镍钼合金粉末具有粒径细、粒径分布好、综合磁性能好，工艺成本低的特点，是一种性价比优良的制备方法，十分适合大批量生产。

Description

一种铁镍钼软磁粉末的制备方法

技术领域

本发明涉及金属基软磁材料技术领域，尤其涉及一种铁镍钼软磁粉末的制备方法。

背景技术

软磁材料是现代经济社会发展中一类重要的基础性功能材料，软磁材料在器件中起到能量传递转换和耦合的作用，具备电磁转换功能，因而广泛用于通讯、电力设备、信息技术、自动控制等领域。软磁材料又可以分为金属软磁材料、软磁复合材料、铁氧体软磁材料。其中软磁复合材料即由金属软磁粉末颗粒经过绝缘包覆、退火、压制成型等工艺制备成不同形状的磁粉芯。因此金属软磁粉末的制造技术是制备性能良好的磁粉芯的基础。

铁镍基础上添加加一定量的钼，调节镍以及铁元素所占的比例形成了铁镍钼软磁合金，铁镍钼磁粉芯又称为钼坡莫磁粉芯，钼坡莫磁粉芯的合金粉末原料中典型成分的含量为镍为81％，铁为17％，钼为2％，在所有磁粉芯中磁导率范围最广，最大磁导率可达500以上，具有低磁损耗数值、高的电阻率和优良的直流叠加特性。在目前现有的磁粉芯中综合性能最优，在电感器、变压器、以及各种滤波器等领域有着广泛的应用。由于典型成分中由于含有大量的贵金属镍以及制备工艺，因此制备铁镍钼磁粉成本较高。

目前制备铁镍软磁粉的方法主要有铸锭法、水雾化法、气雾化法、速冷法。铸锭法是铸锭好的块状合金通过多级破碎将合金细粉碎化得到合金粉末，该方法工艺周期长、工艺成本高。水雾化法利用高压水流作用于熔融的金属合金，发生喷射雾化，使得金属合金形成细粉，该法生产周期较短，成本较铸锭法低，但制备的合金粉形状不够规则、直流偏置性能较差、损耗较高。气雾化法是利用具有一定气压及流速的惰性气流作用于熔融的金属合金流，气流的动能转化为液态金属合金的表面能，使得金属合金破碎能细小的金属液滴而快速冷却凝固得到合金粉末。该法制备的合金粉末呈规则的球形，损耗较水雾化法低，但粉末磁导率较水雾化法低。速冷法是将熔融后的母合金浇铸在水冷的铜棍上得到薄片的微晶带材，再经过球磨细粉碎得到合金粉末，该法工艺复杂，成本较高。还有一些例如CVD气相沉积、液相还原等方法虽然能得到较细的颗粒，但缺点也十分明显：杂质的混入，工艺控制难度极大，副产物排放等问题是限制其大规模应用的软肋。目前使用较为广泛的是气雾化法和水雾化法。

中国专利文献上公开了“一种铁镍钼软磁合金薄片的制备方法”，其申请公布号为CN107177745A，该发明先将铁钼在真空感应熔炼炉中融化浇注成钼铁中间合金块，将铁钼中间块按比例和镍等金属块在真空感应熔炼炉内，熔炼熔化后采用速凝浇注形成合金薄片，制备的合金薄片可以直接用于制粉，此法是利用速凝法制备铁镍钼合金粉，无须热轧可以直接合金薄片球磨制粉，但是工艺还是比较复杂，设备成本高，另外也没有列出合金粉的性能参数。

中国专利文献上公开了“钼镍铁磁芯粉末的制备方法及用该粉末制造该磁性的方法”，其授权公告号为CN1124624C，该发明将金属铁、镍、钼放入熔炼，熔炼后熔体自由滴落同时喷入氮气，合金粉末冷却后迅速凝结成球形粉末。该法为气雾化制粉，在镍、钼等贵金属含量较大的情况下熔炼的烧损相当大，材料成本、设备成本都较高，另外熔炼成分偏析也会存在，颗粒尺寸较大，磁性能不够理想。

发明内容

本发明为了克服传统铁镍钼软磁粉末的制备工艺复杂、能耗高、设备成本高、磁性能差的问题，提供了一种工艺简单、对设备无特殊要求、磁性能优异的铁镍钼软磁粉末的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种铁镍钼软磁粉末的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铁红、碳酸镍、氧化钼和分散剂、弥散剂混合均匀，得料浆；该步骤所述混合是将原料通过研磨混合均匀，混合设备可以为砂磨机或球磨机；镍源优先选用碳酸镍，碳酸镍在较低的温度下即可以分解为氧化镍，在预热处理时即可以同步实现，降低生产成本；

(2)将料浆进行喷雾造粒，得造粒料；

(3)将造粒料于惰性气氛中进行预热处理；预热处理是为了碳酸镍的热处理分解以及将混合均匀后的几种物料更好的结合，促进晶粒相互融合，热处理设备可以是钟罩炉或者推板窑，能进行惰性气体保护的设备即可；

(4)将步骤(3)处理后的造粒料于还原气体气氛中还原热处理，得铁镍钼合金粉末；所述还原气体不包括CO；所述还原气体优选为氢气、氨气分解气；还原设备可以是可以通还原气氛的回转窑，也可以是真空管式炉；该步骤利用气体还原扩散，将混合均匀的料中的氧化铁、氧化镍还原成金属铁、镍、钼，还原的金属在高温下通过扩散反应生成铁镍钼合金；排除采用CO还原氧化镍是因为Ni和CO反应生成剧毒易挥发的四羰基镍Ni(CO)₄，很难解毒，易发生危险；

(5)将铁镍钼合金粉末退火，冷却、过筛(100目)，即得铁镍钼软磁粉末。

本发明铁镍钼软磁粉末的制备方法具有所需装备简单，无需熔炼、CVD等设备，工艺成本更低，制备的磁粉既非雾化法的球形，也非铸锭法的尖锐不规则形，而是介于两者之间，既能满足压制成型高密度制造高磁导率软磁材料的需求，又能避免绝缘包覆时尖锐形刺破包覆层所带来的电阻率下降影响磁性能，同时该法制备的铁镍钼软磁粉末具有更细的粒度，因此损耗性能尤佳，是制造磁粉芯的理想原料粉。采用本发明的制备方法制备的铁镍钼合金粉末具有粒径细、粒径分布好、综合磁性能好，工艺成本低的特点，是一种性价比优良的制备方法，十分适合大批量生产。

作为优选，步骤(1)中，所述铁红、碳酸镍和氧化钼的粒径D50为3～10μm，纯度≥99％。

作为优选，步骤(1)中，所述分散剂选自葡萄糖酸钙、山梨糖醇、聚丙烯酸中的一种或两种。

作为优选，所述分散剂在料浆中的添加量为0.1～1wt％。分散剂的添加量过多，在烧结工序中可能会存在部分残留在分散剂粉体中，影响磁性能；分散剂的添加量过少，会降低浆料粉体的表面能，起不到助磨效果。

作为优选，步骤(1)中，所述弥散剂选自水和乙醇中的一种或两种。

作为优选，步骤(1)中，所述料浆的粒径D50为1～3μm。

作为优选，步骤(3)中，预热处理过程中控制体系氧含量≦400PPM。

作为优选，步骤(3)中，预热处理过程按照以下温度曲线进行：室温～100℃升温时间10～60min，100℃保温10～100min；100～300℃升温时间10～100min，300℃保温10～100min；300～1100℃升温时间200～500min，1100℃保温时间10～120min，1100℃降温至室温。

作为优选，步骤(4)中，还原热处理的温度为600～1100℃；还原热处理的温度太低，还原作用弱，氧化铁、氧化镍还原成金属的还原率低，扩散反应速度慢，生成合金相少，影响粉体纯度；还原热处理的温度过高，晶粒长大程度会加剧，不利于最后粉料的粒度控制，因此，需要严格控制该步骤的还原热处理的温度区间在上述范围内。

作为优选，步骤(4)中，还原率可以通过氧含量测试仪进行测试，所述铁镍钼合金粉末的氧含量≦0.5wt％。

作为优选，步骤(5)中，退火温度为400～800℃；退火过程采用还原性气体保护，所述还原性气体优选为氢气、氨气的分解气。退火的作用是去除内应力以及合金粉内部的氧。

因此，本发明具有如下有益效果：采用本发明的制备方法制备的铁镍钼合金粉末具有粒径细、粒径分布好、综合磁性能好，工艺成本低的特点，是一种性价比优良的制备方法，十分适合大批量生产。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。

实施例1

(1)将粒径D50为8μm的纯度99％氧化铁红和99％碳酸镍、99％氧化钼按Fe16Ni81Mo3的成分比例称重后加入砂磨机中，另外再加入料浆总质量的0.8wt％的山梨糖醇作为分散剂，加入砂磨机容积60％的水作为弥散剂，砂磨5h后，得粒径D50为2μm的料浆；

(2)将料浆通过泵打入喷雾塔中进行喷雾造粒，得造粒料；

(3)将造粒料装入匣钵放入推板窑中，推板窑抽除空气后充入氮气进行预热处理，处理温度曲线为室温-100℃升温时间50min，100℃保温50min),100℃-300℃升温时间(60min)，300℃保温(60min)，300℃-1100℃升温时间(400min)，1100℃保温时间(100min)，1100℃保温后至室温随炉冷却；预热处理过程中控制推板窑内氧含量300PPM；

(4)将预热处理后的粉末放入回转窑中，抽真空后充入氢气，窑转速1.5转/min，气体还原扩散处理温度1000℃，处理7h后，得铁镍钼合金粉末；将铁镍钼合金粉末随炉冷后取出检测氧含量为0.3％；

(5)将铁镍钼合金粉末在氢气气氛真空炉内600℃还原2h，退火去应力，将粉过100目筛后，得到铁镍钼软磁粉末。

实施例2

(1)将粒径D50为10μm纯度99％氧化铁红和99％碳酸镍、99％氧化钼按Fe17Ni81Mo2的成分比例称重后加入砂磨机中，另外再加入料浆总质量的0.1wt％的聚丙烯酸作为分散剂，加入砂磨机容积60％的乙醇作为弥散剂，砂磨5h后，得粒径D50为3μm的料浆；

(2)将料浆通过泵打入喷雾塔中进行喷雾造粒，得造粒料；

(3)将造粒料装入匣钵放入钟罩炉中，钟罩炉抽除空气后充入氮气进行预热处理，处理温度曲线为室温-100℃升温时间10min，100℃保温10min,100℃-300℃升温时间(100min)，300℃保温(10min)，300℃-1100℃升温时间(500min)，1100℃保温时间(120min)，1100℃保温后至室温随炉冷却；预热处理过程中控制钟罩炉内氧含量200PPM；

(4)将预热处理的粉末放入真空管式炉中，抽真空后充入氨气分解气，窑转速1.5转/min，气体还原扩散处理温度600℃，处理10h后得铁镍钼合金粉末；将铁镍钼合金粉末随炉冷后取出检测氧含量为0.3％；

(5)将铁镍钼合金粉末在氢气气氛真空炉内400℃还原3h，退火去应力，将粉过100目筛后，得到铁镍钼软磁粉末。

实施例3

(1)将粒径D50为3μm纯度99％氧化铁红和99％碳酸镍、99％氧化钼按Fe18Ni80Mo2的成分比例称重后加入砂磨机中，另外再分别加入料浆总质量的0.5wt％的山梨糖醇和0.5wt％的葡萄糖酸钙作为分散剂，加入砂磨机容积40％的水和20％的乙醇作为弥散剂，砂磨5h后，得粒径D50为1μm的料浆；

(2)将料浆通过泵打入喷雾塔中进行喷雾造粒，得造粒料；

(3)将得造粒料装入匣钵放入钟罩炉中，钟罩炉抽除空气后充入氮气进行预热处理，处理温度曲线为室温-100℃升温时间60min，100℃保温(100min),100℃-300℃升温时间(10min)，300℃保温(100min)，300℃-1100℃升温时间(200min)，1100℃保温时间(10min)，1100℃保温后至室温随炉冷却；预热处理过程中控制钟罩炉内氧含量400PPM；

(4)将预热处理的粉末放入回转窑中，抽真空后充入氢气，窑转速1.5转/min，气体还原扩散处理温度1100℃，处理5h后，得铁镍钼合金粉末；将铁镍钼合金粉末随炉冷后取出检测氧含量为0.5％；

(5)将合金粉在氢气气氛真空炉内800℃还原1h退火去应力，将粉过100目筛后，铁镍钼软磁粉末。

对比例1

将工业纯铁块、镍、钼块投入真空感应炉内冶炼，浇铸的硅铁合金成分为Fe17Ni81Mo2，熔炼温度为1650℃，熔炼时间1.5h，将熔炼好的合金块先进行粗破碎成小块后用颚式破碎机进行细破碎，再用振磨机破碎后在氢气气氛真空炉内1100℃还原5h退火去应力，将粉过60目筛后得到铁镍钼软磁粉末。

对比例2

将工业纯铁块、镍、钼块投入真空感应炉内冶炼，浇铸的硅铁合金成分为Fe17Ni81Mo2，熔炼温度为1650℃，熔炼时间1.5h,将熔炼好的合金块先进行粗破碎成小块后用颚式破碎机进行细破碎，再用振磨机破碎后在氢气气氛真空炉内1100℃还原5h退火去应力，将粉过60目筛后得到铁镍钼软磁粉末。

将实施例1-3和对比例1-2的铁镍钼软磁粉末的性能做检测，结果如表1所示：

表1.各实施例和对比例的铁镍钼软磁粉末的性能检测结果

将实施例1-3和对比例1-2的铁镍钼软磁粉末通过筛分配比、表面处理、绝缘包覆、压制成型、热处理、表面涂层等工序后制得μ60的铁镍钼软磁磁粉芯，测试磁粉芯的磁性能，结果如表2所示。

表2.各实施例和对比例的所得铁镍钼软磁磁粉芯的性能检测结果

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (4)

1.一种铁镍钼软磁粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将铁红、碳酸镍、氧化钼和分散剂、弥散剂混合均匀，得料浆；所述分散剂选自葡萄糖酸钙、山梨糖醇、聚丙烯酸中的一种或两种；所述弥散剂选自水和乙醇中的一种或两种；

（2）将料浆进行喷雾造粒，得造粒料；

（3）将造粒料于惰性气氛中进行预热处理；

预热处理过程中控制体系氧含量≦400PPM；

预热处理过程按照以下温度曲线进行：

室温~100℃升温时间10~60min，100℃保温10~100min；

100~300℃升温时间10~100min，300℃保温10~100min；

300~1100℃升温时间200~500min，1100℃保温时间10~120min，1100℃降温至室温；

（4）将步骤（3）处理后的造粒料于还原气体气氛中还原热处理，得铁镍钼合金粉末；所述还原气体不包括CO；所述还原气体为氢气或氨气分解气；还原热处理的温度为600~1100℃；所述铁镍钼合金粉末的氧含量≦0.5wt%；

（5）将铁镍钼合金粉末退火，冷却、过筛，即得铁镍钼软磁粉末；退火温度为400~800℃；退火过程采用还原性气体保护。

2.根据权利要求1所述的一种铁镍钼软磁粉末的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述铁红、碳酸镍和氧化钼的粒径D50为3~10µm，纯度≥99%。

3.根据权利要求1所述的一种铁镍钼软磁粉末的制备方法，其特征在于，所述分散剂在料浆中的添加量为0.1~1wt%。

4.根据权利要求1所述的一种铁镍钼软磁粉末的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述料浆的粒径D50为1~3µm。