CN111524676B - 一种低成本高通量的磁芯材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于软磁材料技术领域，具体涉及一种低成本高通量的磁芯材料及制备方法。一种低成本高通量的磁芯材料，其特征在于，包括组分铁、镍和X，其中X为硅或铝；当X为硅时各组分的质量百分百为镍30％～45％，硅0.5％～8.0％，其余为铁；当X为铝时各组分的质量百分百为镍30％～45％，铝0.3％～5.5％，其余为铁。本发明克服了现存技术的不足，即使镍的含量减少也可以做到和50％含量的镍一样的性能。本发明制作的磁芯具有和现有铁镍材质磁芯一样的损耗和直流叠加性能。
Description
技术领域
本发明属于软磁材料技术领域，具体涉及一种低成本高通量的磁芯材料及制备方法。
背景技术
金属软磁粉芯具有高的饱和磁通密度，高的有效导磁率，以及良好的磁性能稳定性，被广泛地应用于通讯、计算机、家电、变压器、逆变器以及新能源汽车等领域。其中，高通量软磁粉芯具有最高的直流偏置性能，且饱和磁感应强度高，损耗低，因此具有很大市场应用。但是由于铁镍作为传统的高通量软磁粉芯，其原材料镍的价格太高，所以在一定程度上限制了高通量磁芯的应用与发展。
铁镍合金材料因其铁50％，镍50％的组成具有最好的磁性特性，这种高通量特性使其广泛应用于大功率电子设备中。现在使用的铁镍磁芯的镍的含量是50％，原料费用大部分由镍占据。为了降低成本而减少镍的含量的话，磁导率就会降低，矫顽力就会变大，导致损耗增高，磁通密度减小，直流叠加特性变差，这样失去铁镍合金材料低损耗，高通量的特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本高通量的磁芯材料及制备方法，减少了镍的含量，降低了成本，既保留了原有高通量磁芯的优异性能，又大大地降低了成本，应用前景极为广阔。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种低成本高通量的磁芯材料，其特征在于，包括组分铁、镍和X，其中X为硅或铝；当X为硅时各组分的质量百分百为镍30％～45％，硅0.5％～8.0％，其余为铁；当X为铝时各组分的质量百分百为镍30％～45％，铝0.3％～5.5％，其余为铁。
一种低成本高通量磁芯的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、铁镍X粉末的制备：将铁锭、镍锭、X锭放入熔炼炉，采用高压气体冲击合金熔融液进行雾化，然后快速冷却得到铁镍X合金粉末；
S2、合金粉末的预处理：将铁镍X合金粉末放入球磨机中，然后加入酒精进行球磨；
S3、合金粉末的绝缘处理：将铁镍X合金粉末与绝缘剂混合，然后加入水和水玻璃混合后加热炒干；
S4、压制成型：向步骤S3中绝缘好的粉末中加入脱模剂，进行压制成型，其中成型压力为16～21吨/cm2；
S5、热处理：将压制好的磁芯放入氮气和氢气的混合气氛中进行烧结；
S6、表面涂装：磁芯表面采用环氧树脂粉末进行旋涂。
作为优选，所述步骤S1中的铁镍X合金粉末，颗粒呈球形，粒度在150目以下。
作为优选，所述步骤S2中的球磨时间为30min-180min，转速为300-800r/min。
作为优选，所述步骤S3中绝缘剂为高岭土。
作为优选，所述高岭土的用量为合金粉末重量的0.2～1.2％，水玻璃的用量为合金粉末重量的0.2～0.8％，水的用量为合金粉末重量的10％～15％，加热温度控制在100℃以下。
作为优选，所述步骤S4中的脱模剂为微晶蜡。
作为优选，所述步骤S5中氮气和氢气的体积比例为1:3，烧结温度为650～850℃，保温时间为30～120min。
本发明的有益效果是：本发明克服了现存技术的不足，即使镍的含量减少也可以做到和50％含量的镍一样的性能。本发明制作的磁芯具有和现有铁镍材质磁芯一样的损耗和直流叠加性能。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
一种低成本高通量的磁芯材料，包括组分铁、镍和X，其中X为硅或铝；当X为硅时各组分的质量百分百为镍30％～45％，硅0.5％～8.0％，其余为铁；当X为铝时各组分的质量百分百为镍30％～45％，铝0.3％～5.5％，其余为铁。
一种低成本高通量磁芯的制备方法，包括以下步骤：
S1、铁镍X粉末的制备：将铁锭、镍锭、X锭放入熔炼炉，采用高压气体冲击合金熔融液进行雾化，然后快速冷却得到铁镍X合金粉末；其中铁镍X合金粉末，颗粒呈球形，粒度在150目以下。制备出来的磁芯损耗更低。
S2、合金粉末的预处理：将铁镍X合金粉末放入球磨机中，然后加入酒精进行球磨；球磨时间为30min-180min，转速为300-800r/min。球磨预处理去除附着的小颗粒粉末，还有将球型模样的粉末做出一定外观变化，便于成型，而且处理后，制备的磁芯直流叠加性能更好。
S3、合金粉末的绝缘处理：将铁镍X合金粉末与高岭土混合，然后加入水和水玻璃混合后加热炒干；所述高岭土的用量为合金粉末重量的0.2～1.2％，水玻璃的用量为合金粉末重量的0.2～0.8％，水的用量为合金粉末重量的10％～15％，加热温度控制在100℃以下。
S4、压制成型：向步骤S3中绝缘好的粉末中加入微晶蜡，进行压制成型，其中成型压力为16～21吨/cm2。
S5、热处理：将压制好的磁芯放入氮气和氢气的混合气氛中进行烧结，氮气起保护作用，氢气起还原作用；其中氮气和氢气的体积比例为1:3，烧结温度为650～850℃，保温时间为30～120min。
S6、表面涂装：磁芯表面采用环氧树脂粉末进行旋涂。
实施例1
取质量份695的铁锭、300镍锭、5硅锭放入熔炼炉，采用高压气体冲击合金熔融液进行雾化，然后快速冷却得到铁镍硅合金粉末。将铁镍硅合金粉末放入球磨机中，然后加入酒精进行球磨，球磨时间为180min，转速为500r/min。将铁镍硅合金粉末与高岭土混合，然后加入水和水玻璃混合后加热炒干；其中高岭土的用量为合金粉末重量的1.2％，水玻璃的用量为合金粉末重量的0.8％，水的用量为合金粉末重量的15％，加热温度为90℃。向绝缘好的粉末中加入微晶蜡，进行压制成型，其中成型压力为20吨/cm2。将压制好的磁芯放入氮气和氢气的混合气氛中进行烧结，其中氮气和氢气的体积比例为1:3，烧结温度为850℃，保温时间为120min。磁芯表面采用环氧树脂粉末进行旋涂。
实施例2
取质量份570的铁锭、400镍锭、30硅锭放入熔炼炉，采用高压气体冲击合金熔融液进行雾化，然后快速冷却得到铁镍硅合金粉末。将铁镍硅合金粉末放入球磨机中，然后加入酒精进行球磨，球磨时间为150min，转速为800r/min。将铁镍硅合金粉末与高岭土混合，然后加入水和水玻璃混合后加热炒干；其中高岭土的用量为合金粉末重量的1％，水玻璃的用量为合金粉末重量的0.8％，水的用量为合金粉末重量的12％，加热温度为90℃。向绝缘好的粉末中加入微晶蜡，进行压制成型，其中成型压力为20吨/cm2。将压制好的磁芯放入氮气和氢气的混合气氛中进行烧结，其中氮气和氢气的体积比例为1:3，烧结温度为850℃，保温时间为100min。磁芯表面采用环氧树脂粉末进行旋涂。
实施例3
取质量份470的铁锭、450镍锭、80硅锭放入熔炼炉，采用高压气体冲击合金熔融液进行雾化，然后快速冷却得到铁镍硅合金粉末。将铁镍硅合金粉末放入球磨机中，然后加入酒精进行球磨，球磨时间为150min，转速为800r/min。将铁镍硅合金粉末与高岭土混合，然后加入水和水玻璃混合后加热炒干；其中高岭土的用量为合金粉末重量的1％，水玻璃的用量为合金粉末重量的0.8％，水的用量为合金粉末重量的12％，加热温度为90℃。向绝缘好的粉末中加入微晶蜡，进行压制成型，其中成型压力为20吨/cm2。将压制好的磁芯放入氮气和氢气的混合气氛中进行烧结，其中氮气和氢气的体积比例为1:3，烧结温度为850℃，保温时间为100min。磁芯表面采用环氧树脂粉末进行旋涂。
实施例4
取质量份697的铁锭、300镍锭、3铝锭放入熔炼炉，采用高压气体冲击合金熔融液进行雾化，然后快速冷却得到铁镍铝合金粉末。将铁镍铝合金粉末放入球磨机中，然后加入酒精进行球磨，球磨时间为180min，转速为500r/min。将铁镍铝合金粉末与高岭土混合，然后加入水和水玻璃混合后加热炒干；其中高岭土的用量为合金粉末重量的1.2％，水玻璃的用量为合金粉末重量的0.8％，水的用量为合金粉末重量的15％，加热温度为90℃。向绝缘好的粉末中加入微晶蜡，进行压制成型，其中成型压力为20吨/cm2。将压制好的磁芯放入氮气和氢气的混合气氛中进行烧结，其中氮气和氢气的体积比例为1:3，烧结温度为850℃，保温时间为120min。磁芯表面采用环氧树脂粉末进行旋涂。
实施例5
取质量份570的铁锭、400镍锭、30硅锭放入熔炼炉，采用高压气体冲击合金熔融液进行雾化，然后快速冷却得到铁镍铝合金粉末。将铁镍铝合金粉末放入球磨机中，然后加入酒精进行球磨，球磨时间为150min，转速为800r/min。将铁镍铝合金粉末与高岭土混合，然后加入水和水玻璃混合后加热炒干；其中高岭土的用量为合金粉末重量的1％，水玻璃的用量为合金粉末重量的0.8％，水的用量为合金粉末重量的12％，加热温度为90℃。向绝缘好的粉末中加入微晶蜡，进行压制成型，其中成型压力为20吨/cm2。将压制好的磁芯放入氮气和氢气的混合气氛中进行烧结，其中氮气和氢气的体积比例为1:3，烧结温度为850℃，保温时间为100min。磁芯表面采用环氧树脂粉末进行旋涂。
实施例6
取质量份495的铁锭、450镍锭、55硅锭放入熔炼炉，采用高压气体冲击合金熔融液进行雾化，然后快速冷却得到铁镍铝合金粉末。将铁镍铝合金粉末放入球磨机中，然后加入酒精进行球磨，球磨时间为150min，转速为800r/min。将铁镍铝合金粉末与高岭土混合，然后加入水和水玻璃混合后加热炒干；其中高岭土的用量为合金粉末重量的1％，水玻璃的用量为合金粉末重量的0.8％，水的用量为合金粉末重量的12％，加热温度为90℃。向绝缘好的粉末中加入微晶蜡，进行压制成型，其中成型压力为20吨/cm2。将压制好的磁芯放入氮气和氢气的混合气氛中进行烧结，其中氮气和氢气的体积比例为1:3，烧结温度为850℃，保温时间为100min。磁芯表面采用环氧树脂粉末进行旋涂。
对比例
取质量份500的铁锭和500的镍锭放入熔炼炉，采用高压气体冲击合金熔融液进行雾化，然后快速冷却得到铁镍合金粉末。将铁镍合金粉末与高岭土混合，然后加入水和水玻璃混合后加热炒干；其中高岭土的用量为合金粉末重量的1％，水玻璃的用量为合金粉末重量的0.8％，水的用量为合金粉末重量的12％，加热温度为90℃。向绝缘好的粉末中加入微晶蜡，进行压制成型，其中成型压力为20吨/cm2。将压制好的磁芯放入氮气和氢气的混合气氛中进行烧结，其中氮气和氢气的体积比例为1:3，烧结温度为850℃，保温时间为100min。磁芯表面采用环氧树脂粉末进行旋涂。
经检测，实施例1至6以及对比例制得的磁芯的磁性能如表1所示。
表1
由表1可知，使用本方法制备的磁芯导磁率均在60左右，与对比例相当；直流偏置性能在100Oe条件下为85％以上，与对比例相当；功率损耗在100KHz，1000Gs下为720mW/cm3以下，都与对比例相近，性能处于行业的领先水平。到达了降低成本的目的。
以上说明仅为本发明的应用实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种低成本高通量的磁芯材料，其特征在于，组成为铁、镍和铝；按总质量百分百计各组分为：镍30%~45%，铝0.3%~5.5%，其余为铁；
所述低成本高通量磁芯的制备方法包括以下步骤：
S1、铁镍铝粉末的制备：将铁锭、镍锭、铝锭放入熔炼炉，采用高压气体冲击合金熔融液进行雾化，然后快速冷却得到铁镍铝合金粉末；
S2、合金粉末的预处理：将铁镍铝合金粉末放入球磨机中，然后加入酒精进行球磨；
S3、合金粉末的绝缘处理：将铁镍铝合金粉末与绝缘剂混合，然后加入水和水玻璃混合后加热炒干；
S4、压制成型：向步骤S3中绝缘好的粉末中加入脱模剂，进行压制成型，其中成型压力为16~21吨/cm2；
S5、热处理：将压制好的磁芯放入氮气和氢气的混合气氛中进行烧结；氮气和氢气的体积比例为1:3，烧结温度为650~850℃，保温时间为30~120min；
S6、表面涂装：磁芯表面采用环氧树脂粉末进行旋涂。
2.根据权利要求1所述的一种低成本高通量的磁芯材料，其特征在于，所述步骤S1中的铁镍铝合金粉末，颗粒呈球形，粒度在150目以下。
3.根据权利要求1所述的一种低成本高通量的磁芯材料，其特征在于，所述步骤S2中的球磨时间为30min-180min，转速为300-800 r/min。
4.根据权利要求1所述的一种低成本高通量的磁芯材料，其特征在于，所述步骤S3中绝缘剂为高岭土。
5.根据权利要求4所述的一种低成本高通量的磁芯材料，其特征在于，所述高岭土的用量为合金粉末重量的0.2~1.2％，水玻璃的用量为合金粉末重量的0.2~0.8％，水的用量为合金粉末重量的10％~15％，加热温度控制在100℃以下。
6.根据权利要求1所述的一种低成本高通量的磁芯材料，其特征在于，所述步骤S4中的脱模剂为微晶蜡。
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