CN113192715A - 一种具有冷水管的软磁粉芯及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有冷水管的软磁粉芯及制备方法，属于金属软磁粉芯的制备技术领域。软磁粉芯内设有冷却水管，冷却水管呈环状分布，冷却水管的两端位于软磁粉芯的外部。制备操作步骤是：（1）将铁基粉末筛分为三级，将三种粉料均匀混合，得到混合粉料；（2）在混合粉料中加入环氧树脂和硬脂酸锌，搅匀，得到泥料；（3）在模具的型腔内中部预先放置冷却水管，注入泥料并保压，得到内置冷却水管的软磁粉芯生胚；（4）将软磁粉芯生胚经过真空干燥固化，得到具有冷却水管的金属软磁粉芯；其中磁粉部分密度为5.81～7.18g/cm3。本发明软磁粉芯有效解决软磁粉芯在高频率条件下因涡流损耗升高而导致的严重发热问题，保持软磁粉芯的性能稳定、提高其使用寿命。

Description

一种具有冷水管的软磁粉芯及制备方法
技术领域
本发明属于金属软磁粉芯的制备技术领域，具体涉及一种水冷软磁粉芯的制备方法。
背景技术
软磁材料自面世以来就一直受到人们的广泛关注，其凭借优异的磁电性能在电子电力、信息通信、交通运输等领域得到大范围地应用。目前，电力电子器件正快速向着小型化、高频化、大功率和高效化发展，这也对软磁材料提出了更高的要求。
软磁材料在实际应用中，由于受到交变场的影响，会产生大量的损耗。通常磁性材料的损耗可分为三种：磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗。磁滞损耗是在磁化过程中软磁材料磁感应强度的变化滞后于磁场变化，形成磁滞回线而产生的损耗，主要受材料元素种类的影响。涡流损耗是软磁材料在交变磁场的作用下，根据电磁感应定律，磁通量的变化诱发感应电动势，在电阻率很低的合金软磁材料中产生非常明显的涡流而产生的焦耳热。在高频应用环境下，软磁元件的损耗主要为涡流损耗，其与频率呈现指数型关系，会随着频率的升高而急剧增大，导致元件的升温、过热甚至烧毁。而剩余损耗是指软磁材料总体损耗中扣除磁滞损耗与涡流损耗之后剩余的损耗，这一类损耗只有在MHz或更高的频率下才会产生重要影响，在常用频率下一般忽略不计。
对于块体软磁合金，由于其整体材料均匀，致密度好，因此其磁滞损耗通常较低，但这也导致其电阻率较低，在材料内部形成大的涡流，尤其是在高频条件下，大涡流会产生巨大的涡流损耗，并以热能的形式发散传播，导致元件的发热。为克服这一难题，人们开始利用软磁合金粉末通过粉末成型来制成软磁粉芯，借助粉末颗粒间的物理隔离以及在粉末表面进行钝化处理来增强绝缘效果，阻断大涡流的产生，有效降低了较高频下的涡流损耗。但随着频率继续升高，软磁材料的涡流损耗仍会急剧增大，导致严重的发热，影响整体材料的性能。
因此，开发一种水冷软磁粉芯的制备工艺对于粉芯高频应用下发热现象的改善及性能稳定具有重要的意义。
发明内容
为了解决现有金属软磁粉芯在较高频率下高损耗导致发热，从而影响性能与寿命的问题，本发明提供一种具有水冷管的软磁粉芯，同时提供一种具有水冷管的软磁粉芯的制备方法。
一种具有冷却水管的软磁粉芯包括软磁粉芯，所述软磁粉芯内设有冷却水管，冷却水管的中部在软磁粉芯中呈环状分布，冷却水管的两端位于软磁粉芯的外部；其中磁粉部分的密度为5.5～7.2g/cm3。
所述冷却水管为紫铜管，冷却水管的直径为2-5mm。
一种具有冷却水管的软磁粉芯的制备操作步骤如下：
（1）配制混合粉料
将铁基粉末筛分为三级，一级过150～220目筛、二级过400～425目筛、三级过2000～9000目筛；
分别取120～130g一级铁基粉末、10～30g二级铁基粉末和50～60g三级铁基粉末，在混料机中混合20～40min，得到混合粉料；
（2）制备泥料
在200g混合粉料中分别加入12～35g环氧树脂、0.8～1g硬脂酸锌，搅拌器均匀搅拌30～35min，得到泥料；
（3）制备生坯
将冷却水管的中部放在粉芯模具的型腔中部，冷却水管的两端位于粉芯模具的外部，在粉芯模具的型腔内壁喷涂脱模剂，在200～300MPa压强下将泥料注入粉芯模具的型腔内，并均匀包裹住冷却水管，模具温度120～130℃、保压时间2～3min，得到具有冷却水管的软磁粉芯生胚；
（4）制备金属软磁粉芯
将软磁粉芯生胚置于真空干燥箱中进行固化，固化温度为180～250℃、时间为3～4h；得到磁粉部分密度为5.5～7.2g/cm3的具有冷却水管的金属软磁粉芯。
所述铁基粉末为铁硅粉末或铁硅铝粉末或羰基铁粉或铁镍粉末或铁硅铬粉末中的一种以上。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
1.本发明具有冷却水管的软磁粉芯使用时，将冷却水管串联在冷却水回路中，实现利用冷却水增强软磁粉芯在高频高功率应用环境下的散热效果，避免因热量聚集而引起的过热、烧损；本发明具有冷却水管的软磁粉芯不仅可以显著提高软磁粉芯的性能稳定性与使用寿命，还能够有效保障软磁粉芯的器件安全，从而进一步拓宽软磁粉芯的应用领域。
2.本发明使用的原料粉末为一定粒径比的级配粉，其在低成型压强下也可以获得良好的密度，因此可以舍弃现有的GPa级别的大压强成型，避免内置的水冷管在大成型压强下被压损破坏，最终获得结构完整、性能优良的水冷软次粉芯。
附图说明
图1为具有冷却水管的软磁粉芯的结构示意图。
图2为具有冷却水管的软磁粉芯的外观图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。
实施例1
一种具有冷却水管的软磁粉芯的制备方法操作步骤如下：
（1）配制混合粉料
将铁镍粉末筛分为三级，一级铁镍粉末过150～220目筛、二级铁镍粉末过400～425目筛、三级铁镍粉末过2000～9000目筛；
取130g一级铁镍粉末、10g二级铁镍粉末和60g三级铁镍粉末，得到200g粉料；
将三个粒度级别的铁镍粉末倒入混料机中混合35min，得到混合粉料。
（2）制备泥料
在200g混合粉料中分别加入12g环氧树脂、0.8g硬脂酸锌，搅拌器均匀搅拌30min，得到泥料。
（3）制备生坯
在条块粉芯模具型腔中央位置放置一定尺寸的水冷管，并在模具内壁喷涂脱模剂，在300MPa压强下把配置好的粉料注入粉芯模具型腔内并均匀包裹铜管，模具温度120℃，保压时间3min，得到水冷软磁粉芯生胚。
（4）制备金属软磁粉芯
将生胚置于真空干燥箱中进行固化，固化温度为200℃、时间为3h。固化后得到水冷金属软磁粉芯，所述水冷金属软磁粉芯内的磁粉部分密度为7.18g/cm3。参见图1，水冷软磁粉芯的原理模型图，紫铜水冷管在粉芯中心环绕一圈，内通循环冷却水，待粉芯工作时将其所产生的热量引出，避免磁环过热。参见图2，水冷软磁粉芯实物外貌图，粉芯整体密实、完整且不同级别粉末分布较为均匀，未在磁环表面出现明显颗粒聚集。
实施例2
一种具有冷却水管的软磁粉芯的制备方法操作步骤如下：
（1）配制混合粉料
将铁硅铝粉末筛分为两级，一级铁硅铝粉末过250～300目筛、二级铁硅铝粉末过400～450目筛，三级为羰基铁粉过2500～11000目筛；
取120g一级铁硅粉末、30g二级铁硅粉末和50g三级铁硅粉末，得到200g粉料；
将三个粒度级别的铁基粉末倒入混料机中混合40min，得到混合粉料。
（2）制备泥料
在200g混合粉料中分别加入20g环氧树脂、1g硬脂酸锌，搅拌器均匀搅拌35min，得到泥料。
（3）制备生坯
在条块粉芯模具型腔中央位置放置一定尺寸的水冷管，并在模具内壁喷涂脱模剂，在320MPa压强下把配置好的粉料注入粉芯模具型腔内并均匀包裹铜管，模具温度130℃，保压时间2min，得到水冷软磁粉芯生胚。
（4）制备金属软磁粉芯
将生胚置于真空干燥箱中进行固化，固化温度为230℃、时间为3h。固化后得到水冷金属软磁粉芯；所述水冷金属软磁粉芯内的磁粉部分密度为5.81g/cm3。
本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种具有冷却水管的软磁粉芯，包括软磁粉芯，其特征在于：所述软磁粉芯内设有冷却水管，冷却水管的中部在软磁粉芯中呈环状分布，冷却水管的两端位于软磁粉芯的外部；其中磁粉部分的密度为5.5～7.2g/cm3。
2.根据权利要求1所述的一种具有冷却水管的软磁粉芯，其特征在于：所述冷却水管为紫铜管，冷却水管的直径为2-5mm。
3.根据权利要求1所述的一种具有冷却水管的软磁粉芯的制备方法，其特征在于操作步骤如下：
（1）配制混合粉料
将铁基粉末筛分为三级，一级过150～220目筛、二级过400～425目筛、三级过2000～9000目筛；
分别取120～130g一级铁基粉末、10～30g二级铁基粉末和50～60g三级铁基粉末，在混料机中混合20～40min，得到混合粉料；
（2）制备泥料
在200g混合粉料中分别加入12～35g环氧树脂、0.8～1g硬脂酸锌，搅拌器均匀搅拌30～35min，得到泥料；
（3）制备生坯
将冷却水管的中部放在粉芯模具的型腔中部，冷却水管的两端位于粉芯模具的外部，在粉芯模具的型腔内壁喷涂脱模剂，在200～300MPa压强下将泥料注入粉芯模具的型腔内，并均匀包裹住冷却水管，模具温度120～130℃、保压时间2～3min，得到具有冷却水管的软磁粉芯生胚；
（4）制备金属软磁粉芯
将软磁粉芯生胚置于真空干燥箱中进行固化，固化温度为180～250℃、时间为3～4h；得到磁粉部分密度为5.5～7.2g/cm3的具有冷却水管的金属软磁粉芯。
4.根据权利要求3所述的一种具有冷却水管的软磁粉芯的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述铁基粉末为铁硅粉末或铁硅铝粉末或羰基铁粉或铁镍粉末或铁硅铬粉末中的一种以上。
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