CN112700940A - 一种铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料及其制备方法，磁芯材料具有以下分子式：FeaNibMcBdCeCuf，a+b+c+d+f＝100，M元素为Nb、Co、Cr、La中的一种或几种，磁芯材料外还具有纳米BaTiO3层，所述纳米BaTiO3层外采用化学气象沉积一层聚对二甲苯薄膜。所述纳米BaTiO3层中的纳米BaTiO3的粒径为15nm～30nm，所述纳米BaTiO3层的厚度为5mm～10mm。本发明提供的磁粉芯材料具有0.8T～1.2T饱和磁感强度以及较高的初始磁导率和优异的最大磁导率、机械强度和韧性；在中低频率下具有较低的磁损率；在空气中进行热处理时不会发生氧化，且绝缘性良好。
Description
技术领域
本发明属于磁性材料技术领域，具体涉及一种铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料及其制备方法。
背景技术
磁性是物质最基本的物理属性之一，普遍存在于各种物质之间，且多种多样，因此磁性材料得到了人们的广泛研究及各类应用。磁性材料按其使用用途分为软磁材料、永磁材料和功能磁性材料，而软磁材料又分为传统软磁材料和新型软磁材料。传统软磁材料包括纯铁、硅钢、坡莫合金和软磁铁氧体；新型软磁材料包括非晶态软磁合金、纳米晶软磁合金和软磁复合材料。非晶纳米晶软磁材料具有非常优异的综合软磁性能，包括高饱和磁化强度、低矫顽力、高磁导率和低损耗等优点，符合当今社会绿色、节能、环保和高效的时代需求，是我国战略性持续发展的新兴产业之一，广泛应用于社会各行各业，主要应用于电力电子和电子信息等高新技术领域。随着这些高新技术领域的发展和进步，对软磁材料提出了更为严苛的要求要求材料能够高频化、大电流化、微型化、集成化且成本较低。因此，急需一种磁损率较低，较强饱和磁感强度，绝缘性和机械强度、韧性较好的铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料。
发明内容
本发明针对上述缺陷，提供一种具有0.8T～1.2T饱和磁感强度以及较高的初始磁导率和优异的最大磁导率、机械强度和韧性的铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料及其制备方法。
本发明提供如下技术方案：一种铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料，所述磁芯材料具有以下分子式：FeaNibMcBdCeCuf，a+b+c+d+f＝100，所述M元素为Nb、Co、Cr、La中的一种或几种，所述磁芯材料外还具有纳米BaTiO3层，所述纳米BaTiO3层外采用化学气象沉积一层厚度为3μm～7μm的聚对二甲苯薄膜。
进一步地，所述的Fe原子百分含量为38≤a≤45。
进一步地，所述的Ni原子百分含量为30≤a≤42。
进一步地，所述M的原子百分含量为10≤c≤15。
进一步地，所述B的原子百分含量为5≤d≤7。
进一步地，所述C的原子百分含量为1≤e≤3。
进一步地，所述Cu的原子百分含量为0.45≤f≤0.10。
进一步地，所述纳米BaTiO3层中的纳米BaTiO3的粒径为15nm～30nm，所述纳米BaTiO3层的厚度为5mm～10mm。
进一步地，所述磁粉芯材料具有0.8T～1.2T的饱和磁感应强度。
本发明还提供上述铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照所述分子式FeaNibMcBdCeCuf的铁镍基非晶软磁合金磁芯成分进行配料，将配料后的混合物熔炼成钢液，调整所述钢液的温度至180℃～350℃，使所述钢液的液位高度在700mm～800mm；
2)采用单铜辊于25m/s～35m/s的速率进行喷涂快淬法使所述步骤1)得到的钢液冷却得到铁镍基非晶合金薄带，喷涂所用的喷嘴与所述单铜辊的距离为150μm～180μm；
3)将所述步骤2)得到的铁镍基非晶合金薄带加热至200℃～300℃后，与所述纳米BaTiO3包裹至加热后的铁镍基非晶合金薄带表面，采用模具限制所述纳米BaTiO3层的厚度，得到具有纳米BaTiO3层的磁芯材料；
4)将所述步骤3)得到的具有纳米BaTiO3层的磁芯材料采用硅烷偶联剂进行偶联处理，然后采用化学气相沉积法沉积一层厚度为3μm～7μm的聚对二甲苯薄膜，形成所述带有聚对二甲苯绝缘薄膜包覆的具有纳米BaTiO3层的铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料。
本发明的有益效果为：
1、本发明提供的分子式为FeaNibMcBdCeCuf的铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料，保证铁的原子百分含量为38～45，Ni的的原子百分含量为30～42，增加了铁和镍的含量进而使最终获得的软磁合金磁粉芯材料具有0.8T～1.2T饱和磁感强度以及较高的初始磁导率和优异的最大磁导率、机械强度和韧性。
2、本申请通过在磁粉芯材料外包裹的纳米BaTiO3层中的纳米BaTiO3是一种强介电化合物材料，具有高介电常数和低介电损耗，因此，将本申请自制备得到的分子式为FeaNibMcBdCeCuf的磁粉芯材料在中低频率下具有较低的磁损率。
3、本发明通过在最外层包裹一层聚对二甲苯绝缘层，聚对二甲苯活性分子的良好穿透力能在所包裹的具有纳米BaTiO3层的磁芯材料内部、底部，周围形成无针孔，厚度均匀的透明绝缘涂层，给具有纳米BaTiO3层的磁芯材料提供一个完整的优质防护涂层，抵御酸碱、盐雾、霉菌及各种腐蚀性气件的侵害能够保证最终获得的磁粉芯材料在空气中进行热处理时不会发生氧化，且绝缘性良好。
具体实施例方式
下面将结合本发明实施例，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
本实施例提供一种铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料，磁芯材料具有以下分子式：Fe40Ni42Cr10B7C0.9Cu0.1，磁芯材料外还具有厚度为5nm的纳米BaTiO3层，纳米BaTiO3层外采用化学气象沉积一层厚度为3μm的聚对二甲苯薄膜。
纳米BaTiO3层中的纳米BaTiO3的粒径为15nm。
本实施例还提供铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照分子式Fe40Ni42Cr10B7C0.9Cu0.1的铁镍基非晶软磁合金磁芯成分进行配料，将配料后的混合物熔炼成钢液，调整钢液的温度至180℃，使钢液的液位高度在700mm；
2)采用单铜辊于25m/s的速率进行喷涂快淬法使步骤1)得到的钢液冷却得到铁镍基非晶合金薄带，喷涂所用的喷嘴与单铜辊的距离为150μm；
3)将步骤2)得到的铁镍基非晶合金薄带加热至200℃后，与纳米BaTiO3包裹至加热后的铁镍基非晶合金薄带表面，采用模具限制纳米BaTiO3层的厚度为5mm，得到具有纳米BaTiO3层的磁芯材料；
4)将步骤3)得到的具有纳米BaTiO3层的磁芯材料采用硅烷偶联剂进行偶联处理，然后采用化学气相沉积法沉积一层厚度为3μm聚对二甲苯薄膜，形成带有聚对二甲苯绝缘薄膜包覆的具有纳米BaTiO3层的铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料。
经试验，本实施例提供的磁粉芯材料具有0.8T的饱和磁感应强度，最大磁导率为195mH/m，电阻率为120×10-8Ω·m，机械强度为47邵氏A，断裂伸长率为12.4％。
实施例2
本实施例提供一种铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料，磁芯材料具有以下分子式：Fe45Ni30(Nb0.3La0.7)15B7C2.55Cu0.45，磁芯材料外还具有纳米BaTiO3层，纳米BaTiO3层的厚度为8mm，纳米BaTiO3层外采用化学气象沉积一层厚度为5μm的聚对二甲苯薄膜。纳米BaTiO3层中的纳米BaTiO3的粒径为22nm。
本实施例还提供上述铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照分子式Fe45Ni30(Nb0.3La0.7)15B7C2.55Cu0.45的铁镍基非晶软磁合金磁芯成分进行配料，将配料后的混合物熔炼成钢液，调整钢液的温度至260℃，使钢液的液位高度在750mm；
2)采用单铜辊于30m/s的速率进行喷涂快淬法使步骤1)得到的钢液冷却得到铁镍基非晶合金薄带，喷涂所用的喷嘴与单铜辊的距离为165μm；
3)将步骤2)得到的铁镍基非晶合金薄带加热至250℃后，与纳米BaTiO3包裹至加热后的铁镍基非晶合金薄带表面，采用模具限制纳米BaTiO3层的厚度为8mm，得到具有纳米BaTiO3层的磁芯材料；
4)将步骤3)得到的具有纳米BaTiO3层的磁芯材料采用硅烷偶联剂进行偶联处理，然后采用化学气相沉积法沉积一层厚度为5μm的聚对二甲苯薄膜，形成带有聚对二甲苯绝缘薄膜包覆的具有纳米BaTiO3层的铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料。
经试验，本实施例提供的磁粉芯材料具有1.05T的饱和磁感应强度，最大磁导率为213mH/m，电阻率为132×10-8Ω·m，机械强度为52邵氏A，断裂伸长率为12.6％。
实施例3
一种铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料，其特征在于，磁芯材料具有以下分子式：Fe41.5Ni38(Nb0.5Co0.5)12.5B5C2.725Cu0.275，磁芯材料外还具有一层厚度为10mm的纳米BaTiO3层，纳米BaTiO3层外采用化学气象沉积一层厚度为7μm的聚对二甲苯薄膜。
纳米BaTiO3层中的纳米BaTiO3的粒径为17.5nm。
本实施例还提供上述铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照分子式Fe41.5Ni38(Nb0.5Co0.5)12.5B5C2.725Cu0.275的铁镍基非晶软磁合金磁芯成分进行配料，将配料后的混合物熔炼成钢液，调整钢液的温度至350℃，使钢液的液位高度在800mm；
2)采用单铜辊于35m/s的速率进行喷涂快淬法使步骤1)得到的钢液冷却得到铁镍基非晶合金薄带，喷涂所用的喷嘴与单铜辊的距离为180μm；
3)将步骤2)得到的铁镍基非晶合金薄带加热至300℃后，与纳米BaTiO3包裹至加热后的铁镍基非晶合金薄带表面，采用模具限制纳米BaTiO3层的厚度为10mm，得到具有纳米BaTiO3层的磁芯材料；
4)将步骤3)得到的具有纳米BaTiO3层的磁芯材料采用硅烷偶联剂进行偶联处理，然后采用化学气相沉积法沉积一层厚度为5μm的聚对二甲苯薄膜，形成带有聚对二甲苯绝缘薄膜包覆的具有纳米BaTiO3层的铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料。
经试验，本实施例提供的磁粉芯材料具有1.2T的饱和磁感应强度，，最大磁导率为241mH/m，电阻率为136×10-8Ω·m，机械强度为57邵氏A，断裂伸长率为13.5％。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料，其特征在于，所述磁芯材料具有以下分子式：FeaNibMcBdCeCuf，a+b+c+d+f＝100，所述M元素为Nb、Co、Cr、La中的一种或几种，所述磁芯材料外还具有纳米BaTiO3层，所述纳米BaTiO3层外采用化学气象沉积一层厚度为3μm～7μm的聚对二甲苯薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料，其特征在于，所述的Fe原子百分含量为38≤a≤45。
3.根据权利要求1所述的一种铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料，其特征在于，所述的Ni原子百分含量为30≤a≤42。
4.根据权利要求1所述的一种铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料，其特征在于，所述M的原子百分含量为10≤c≤15。
5.根据权利要求1所述的一种铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料，其特征在于，所述B的原子百分含量为5≤d≤7。
6.根据权利要求1所述的一种铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料，其特征在于，所述C的原子百分含量为1≤e≤3。
7.根据权利要求1所述的一种铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料，其特征在于，所述Cu的原子百分含量为0.45≤f≤0.10。
8.根据权利要求1所述的一种铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料，其特征在于，所述纳米BaTiO3层中的纳米BaTiO3的粒径为15nm～30nm，所述纳米BaTiO3层的厚度为5mm～10mm。
9.根据权利要求1所述的一种铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料，其特征在于，所述磁粉芯材料具有0.8T～1.2T的饱和磁感应强度。
10.根据权利要求1-9任一所述的铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照所述分子式FeaNibMcBdCeCuf的铁镍基非晶软磁合金磁芯成分进行配料，将配料后的混合物熔炼成钢液，调整所述钢液的温度至180℃～350℃，使所述钢液的液位高度在700mm～800mm；
2)采用单铜辊于25m/s～35m/s的速率进行喷涂快淬法使所述步骤1)得到的钢液冷却得到铁镍基非晶合金薄带，喷涂所用的喷嘴与所述单铜辊的距离为150μm～180μm；
3)将所述步骤2)得到的铁镍基非晶合金薄带加热至200℃～300℃后，与所述纳米BaTiO3包裹至加热后的铁镍基非晶合金薄带表面，采用模具限制所述纳米BaTiO3层的厚度，得到具有纳米BaTiO3层的磁芯材料；
4)将所述步骤3)得到的具有纳米BaTiO3层的磁芯材料采用硅烷偶联剂进行偶联处理，然后采用化学气相沉积法沉积一层厚度为3μm～7μm的聚对二甲苯薄膜，形成所述带有聚对二甲苯绝缘薄膜包覆的具有纳米BaTiO3层的铁镍基非晶软磁合金磁粉芯材料。
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