CN113451027B - 一种铁基软磁复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铁基软磁复合材料及其制备方法，属于软磁复合材料制备技术领域。上述制备方法包括：对纯铁粉进行球磨处理；对纯铁粉进行绝缘层包覆；然后常温压制成型；将压制后的样品置于退火炉中，充氮气稳定至0.02‑0.04MPa，加热至250‑270℃，升温速率为15‑18℃/分钟；然后降低升温速率至3‑5℃/分钟，加热至400‑450℃保温；然后以15‑18℃/分钟的升温速率升温至550‑600℃，保温5‑20分钟，然后样品随炉冷至200℃以下出炉。本发明通过多级热处理方法，使材料在热处理过程中最大程度的排出内部的润滑剂等有机物，减少气孔、非磁杂质等缺陷的存在；保持粉料表面绝缘包覆层的均匀完整性。

Description

一种铁基软磁复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及软磁复合材料制备技术领域，具体提供一种铁基软磁复合材料及其制备方法。
背景技术
软磁复合材料(SMC)是在软磁粉末表面包覆一层具有高电阻率的绝缘包覆层后通过模压成型、退火热处理工艺制成。SMC材料具有磁导率高、饱和磁化强度高、损耗低、磁热性能三维各向同性等优异性能，在高效电机及高频传感器、电抗器等电子元器件等领域应用广泛。尤其纯铁基SMC材料以雾化铁粉、还原铁粉等纯铁粉为原料，价格低廉，具有极大的市场推广价值，而近年来YASA电机上铁基SMC电机定子的成功应用使SMC材料的制备技术成为国际上软磁材料的研究热点。
铁基SMC材料的性能主要由粉料表面的绝缘包覆层及磁体内部缺陷决定；其中，绝缘包覆层的性质决定了磁体电阻率大小，从而影响磁体的涡流损耗，缺陷情况决定了磁体中阻碍磁畴运动的阻力大小，从而影响磁导率及磁滞损耗。而磁体中绝缘包覆层及气孔、残余应力等缺陷存在情况与SMC材料的热处理工艺息息相关。磁体热处理工艺需要在排出润滑剂等有机物、减少气孔、消除压制残余应力的同时保持粉料表面包覆层的均匀完整性。
目前SMC材料所使用的退火热处理工艺主要是在惰性气氛保护下进行450-650℃的一步热处理或200-350℃、450-650℃的两步热处理方法。
将SMC磁体在氮气等惰性气氛的保护下在450-650℃条件下进行一步退火热处理，直接升温到最终热处理温度，导致在压制过程中添加的润滑剂无法有效排出，从而滞留在磁体内部形成气孔及非磁杂质等缺陷，阻碍磁体充磁退磁过程中的磁畴运动，带来低磁导率及高损耗。
将SMC磁体在惰性气氛保护下进行200-350℃、450-650℃保温的两步退火热处理方法，虽然增加了第一步退火工艺，但第一步200-350℃保温为使磁体内部的润滑剂等有机物充分排出，但此温度低于润滑剂的完全分解温度，造成杂质残留，不能完全排除。另外，在密闭的惰性气氛氛围中排出磁体的有机物无法排出炉体，在后期降温过程中附着在磁体表面，造成表面脏污。
一方面，因为纯铁粉的本征电阻率低，因此其表面高电阻率绝缘包覆层的均匀完整性对降低铁基SMC材料的涡流损耗至关重要。绝缘包覆层可通过磷酸钝化、溶胶凝胶、水热法、机械混合等方法形成，但随后的模压成型过程中，绝缘包覆层会发生变形、破裂，尤其是压坯表面的包覆层会因为压制摩擦力而丢失。目前的去应力退火热处理工艺可以去除压制过程中的残余应力，但如果温度过高，例如超过650℃，绝缘包覆层会因高温分解而遭到进一步破坏，同时在模压成型过程中表面被破坏的包覆层得不到补充而使最终磁体表面铁粉直接裸露在外，使得磁体电阻率降低，涡流损耗升高。
另一方面，在模压成型过程中，由于脱模力的作用，包覆层由于摩擦等作用不可避免的被破坏掉，使磁粉裸露在外；同时在热处理过程中，包覆层在加热时进一步遭到分解破坏。最终得到的SMC定子表面的磁粉包覆层缺失，磁粉直接裸露在空气中，导致定子件抗腐蚀能力差，有些在装配过程中就出现生锈，或者装配后在应用过程中表面生锈快，导致定子性能降低或者加快其失效过程。
目前，解决SMC磁体生锈问题均是在热处理后增加一道喷涂工艺，在磁体表面涂覆一层绝缘漆来解决，例如在CN 104028747A、CN162236A、CN 104070161B等专利中均提到了喷涂工艺。但是，现有的工艺存在以下问题：增加工艺流程，增加成本；在喷涂过程中雾化的绝缘漆易造成环境污染；表面绝缘漆会降低定子磁体的导磁性能，某些电机定子由于尺寸精度等特殊要求表面不允许进行绝缘漆层的喷涂。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种铁基软磁复合材料及其制备方法。通过多级热处理方法，使材料在热处理过程中最大程度的排出内部的润滑剂等有机物，减少气孔、非磁杂质等缺陷的存在；保持粉料表面绝缘包覆层的均匀完整性，提高其抗蚀性能，降低涡流损耗。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下:
一方面，本发明提供一种铁基软磁复合材料制备方法，包括：
步骤1：对纯铁粉进行球磨处理；
步骤2：对纯铁粉进行绝缘层包覆，制备绝缘铁粉；
步骤3：向绝缘铁粉中添加润滑剂，然后600-1100MPa的压力下常温压制成型；
步骤4：将压制后的样品置于退火炉中，对炉腔进行抽真空至10-4-10-3Pa，然后充氮气稳定至0.02-0.04MPa，开始加热至250-270℃，升温速率为15-18℃/分钟；然后降低升温速率至3-5℃/分钟，加热至400-450℃，保温30分钟，保温过程中打开炉体出气阀，将挥发的有机物排出炉体，并加大氮气流量至0.06-0.1MPa，维持退火炉压力为0.04Mpa；然后关闭出气阀，以15-18℃/分钟的升温速率升温至550-600℃，保温5-20分钟，然后样品随炉冷至200℃以下出炉。
400-450℃为有机物的挥发区间，降低升温速率可以使有机物有效排出，防止因为升温太快导致有机物无法排除在磁体内形成杂质残留；值得注意的是，在保温过程中必须加大氮气气流量并打开出气阀将挥发的有机物排出炉体。550-600℃消除磁体中的压制残余应力，降低磁体的磁滞损耗，此温度不能过低，否则残余应力过大；也不能过高破坏绝缘包覆层的完整性。
进一步的，所述步骤4中，样品随炉冷却过程中，降温至480-500℃后向炉体中通入水蒸气，保温3-5分钟；然后开启炉体出气阀，向炉体内通入氮气排除水蒸气，待氮气气压稳定至0.04MPa后关闭出气阀，然后随炉冷却至200℃以下出炉。
通入水蒸气使样品表面形成一层微米级的抗腐蚀的氧化膜，从而提高耐腐蚀性能；然后开启炉体出气阀，向炉体内通入氮气排除水蒸气后炉冷降温，以防在降温过程中附着在磁体表面的水蒸气使其生锈。
进一步的，上述铁基软磁复合材料制备方法还包括步骤5：将出炉后的磁体在乙醇溶液中超声震动10-30分钟去除表面污垢，然后将磁体置于60-80℃磷酸乙醇溶液中，保温20-30分钟；将磁体取出后70-80℃烘干，然后置于退火炉内，抽真空至10-4-10-3Pa，然后充入氮气稳定至0.02-0.04MPa，加热至180-250℃时效热处理，保温30-60分钟后冷却出炉即可。
在样品热处理出炉后去除表面残留污垢，在磷酸热溶液中将磁体表面裸露的铁粉重新包裹钝化，然后通过低温时效热处理，在不破坏心部包覆层的情况下，使表面附着的磷酸通过浓度梯度向内部扩散，并使钝化层更加稳定。
优选的，所述步骤1中，纯铁粉为水雾化铁粉或还原铁粉，纯度＞99.0％，粒径为75-200μm，表观密度为3.0-4.5g/cm3。
优选的，所述球磨过程中，球料比为3:1-6:1，球磨机转速为300-500转/分钟，球磨处理时间为5-10分钟。
本发明采用机械球磨方法对纯铁粉进行预处理，用以去除铁粉尖锐边角，并露出新鲜表面，以便于更好的附着包覆剂。
进一步的，所述步骤2具体为：将正磷酸与乙醇按1:60-1:80的体积比稀释均匀后与纯铁粉均匀混合，在50-80℃下干燥40-60分钟，在铁粉表面形成磷酸钝化层，将粉料取出后过80目筛，将结块或团聚的粉料打散，然后将环氧树脂或硅树脂与乙醇稀释成1:15-1:30溶液后与磷酸钝化后的粉末均匀混合，在50-80℃下再干燥40-60分钟，取出过筛，制成绝缘铁粉。
优选的，所述步骤3中，润滑剂为硬脂酸锌，添加量为绝缘铁粉重量的0.3-0.7％。
优选的，所述磷酸乙醇溶液是磷酸与乙醇体积比1:15-1:30的溶液。
另一方面，本发明还提供一种铁基软磁复合材料，通过上述方法制备而成。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
(1)通过本发明提供的热处理方法可有效排出铁基SMC材料压制过程中添加的润滑剂，减少磁体内的气孔及非磁性杂质残留，保证磁体化学纯度从而获得高磁性能；另外，可以在保证表面绝缘包覆层完整的前提下，有效去除压制残余应力，保证充磁、退磁过程中磁畴运动不受阻碍看，从而获得良好的损耗特性；
(2)本发明退火处理后又通入水蒸气，可以取消现有技术中为防止腐蚀的喷漆工艺，降低成本，保护环境，同时避免因为绝缘漆涂层带来的磁性能降低等问题；通过氮气高温处理后去除压制残余应力，降低磁体损耗，然后通过蒸汽处理在表面形成微米级氧化膜，在保持磁体高磁性能的同时提高磁体抗腐蚀能力，从而得到不需要绝缘漆层、但具有高抗蚀性的SMC材料，满足其在装配过程及后期使用中不因生锈而导致性能降低的期望；
(3)本发明在热处理后又进行进一步绝缘包覆，可有效恢复压制及热处理过程中铁基SMC磁体表面被破坏的绝缘包覆层，使表面裸露的纯铁粉重新被高电阻率的磷酸层包覆起来，通过此步骤，可在保持高磁性能的同时有效提高磁体电阻率，降低材料损耗尤其是高频损耗，最终获得高电阻率低损耗的纯铁基SMC磁体。
附图说明
图1为本发明实施例1中压制成型样品的热失重图谱。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明中，所使用的材料及试剂未有特殊说明的，均可从商业途径得到。
本发明提供一种铁基软磁复合材料及其制备方法，具体实施例如下。
实施例1
一种铁基软磁复合材料制备方法，包括：
1、取水雾化铁粉(纯度＞99.0％，粒径为75-200μm，表观密度为3.0g/cm3)进行机械球磨预处理，球料比为5:1，球磨机转速为450转/分钟，预处理时间为8分钟；
2、将体积比1:60的正磷酸-乙醇溶液与预处理后的铁粉混合后60℃干燥60分钟，过筛；将1:20的环氧树脂-乙醇溶液与磷酸包覆铁粉均匀混合，再次60℃干燥60分钟后过筛获得无机-有机复合包覆粉；
3、在粉料中加入0.5wt％的硬脂酸锌润滑剂混合均匀；采用1000MPa压力压制成型；
4、将压制后的样品置于退火炉中抽真空至10-3Pa后充入氮气稳定至0.04MPa，开始加热，由室温到250℃，升温速率为15℃/分钟；然后降低升温速率至3℃/分钟，加热至420℃保温30分钟，在保温过程中加大氮气气流量，为0.06MPa，并打开出气阀，将挥发的有机物排出炉体，维持退火炉压力为0.04Mpa；然后关闭出气阀，以15℃/分钟的升温速率升温至600℃，保温15分钟后，随炉冷至200℃以下出炉。
对压制成形后的样品进行热重分析，得到结果如图1所示，可以看出SMC材料的热失重主要发生在250-450℃之间，说明低温度区间为润滑剂的挥发温度，所以此温度区间的退火工艺参数决定了最终材料的性能，根据此结果设计本发明的退火工艺。
实施例2
一种铁基软磁复合材料制备方法，包括：
1、取水雾化铁粉(纯度＞99.0％，粒径为75-200μm，表观密度为3.0g/cm3)进行机械球磨预处理，球料比为3:1，球磨机转速为500转/分钟，预处理时间为5分钟；
2、将1:80的正磷酸-乙醇溶液与预处理后的铁粉混合后80℃干燥40分钟，过筛；将1:15的环氧树脂-乙醇溶液与磷酸包覆铁粉均匀混合，再次50℃干燥60分钟后过筛获得无机-有机复合包覆粉；
3、在粉料中加入0.5wt％的硬脂酸锌润滑剂混合均匀；采用900MPa压力压制成型；
4、将压制后的样品置于退火炉中抽真空至10-3Pa后充入氮气稳定至0.04MPa，开始加热，由室温到260℃，升温速率为15℃/分钟；然后降低升温速率至4℃/分钟，加热至400℃保温30分钟，在保温过程中加大氮气气流量，为0.08MPa，并打开出气阀，将挥发的有机物排出炉体，维持退火炉压力为0.04Mpa；然后关闭出气阀，以15℃/分钟的升温速率升温至600℃，保温15分钟后，随炉冷至200℃以下出炉。
实施例3
一种铁基软磁复合材料制备方法，包括：
1、取还原铁粉(纯度＞99.0％，粒径为75-200μm，表观密度为4.5g/cm3)进行机械球磨预处理，球料比为6:1，球磨机转速为300转/分钟，预处理时间为10钟；
2、将1:70的正磷酸-乙醇溶液与预处理后的铁粉混合后50℃干燥60分钟，过筛；将1:30的环氧树脂-乙醇溶液与磷酸包覆铁粉均匀混合，再次80℃干燥40分钟后过筛获得无机-有机复合包覆粉；
3、在粉料中加入0.7wt％的硬脂酸锌润滑剂混合均匀；采用800MPa压力压制成型；
4、将压制后的样品置于退火炉中抽真空至10-3Pa后充入氮气稳定至0.02MPa，开始加热，由室温到270℃，升温速率为18℃/分钟；然后降低升温速率至5℃/分钟，加热至450℃保温30分钟，在保温过程中加大氮气气流量，为0.1MPa，并打开出气阀，将挥发的有机物排出炉体，维持退火炉压力为0.04Mpa；然后关闭出气阀，以18℃/分钟的升温速率升温至550℃保温20分钟后，随炉冷至200℃以下出炉。
对比例1
将步骤4修改为：将压制后的样品置于退火炉中抽真空至10-3Pa后充入氮气稳定至0.04MPa，以升温速率15℃/分钟加热至600℃保温15分钟后随炉冷至200℃以下出炉；其余条件与实施例1相同。
对比例2
将步骤4修改为：将压制后的样品置于退火炉中抽真空至10-3Pa后充入氮气稳定至0.04MPa，开始加热，室温到300℃保温30分钟，然后以15℃/分钟的升温速率升温至600℃保温15分钟后随炉冷至200℃以下出炉；其余条件与实施例1相同。
对比例3
将步骤4修改为：将压制后的样品置于退火炉中抽真空至10-3Pa后充入氮气至0.04MPa，开始加热，由室温到250℃，升温速率为15℃/分钟；然后降低升温速率至3℃/分钟，加热至420℃保温30分钟，然后以15℃/分钟的升温速率升温至600℃保温15分钟后随炉冷至200℃以下出炉。
对比例4
将步骤4修改为：将压制后的样品置于退火炉中抽真空至10-3Pa后充入氮气0.04MPa，开始加热，由室温到250℃，升温速率为15℃/分钟；然后降低升温速率至3℃/分钟，加热至420℃保温30分钟，在保温过程中加大氮气气流量并打开出气阀将挥发的有机物排出炉体，维持退火炉压力为0.04Mpa；然后关闭出气阀，以15℃/分钟的升温速率升温至650℃保温15分钟后随炉冷至200℃以下出炉；其余条件与实施例1相同。
实施例4
一种铁基软磁复合材料制备方法，包括：
1、取水雾化铁粉(纯度＞99.0％，粒径为75-200μm，表观密度为3.0g/cm3)进行机械球磨预处理，球料比为3:1，球磨机转速为350转/分钟，预处理时间为6分钟；
2、将1:60的正磷酸-乙醇溶液与预处理后的铁粉混合后60℃干燥60分钟，过筛；将1:20的环氧树脂-乙醇溶液与磷酸包覆铁粉均匀混合，再次60℃干燥60分钟后过筛获得无机-有机复合包覆粉；
3、在粉料中加入0.4wt％的硬脂酸锌润滑剂混合均匀；采用1000MPa压力压制成型；
4、将压制后的样品置于退火炉中抽真空至10-3Pa后充入氮气至0.04MPa，开始加热，由室温到250℃，升温速率为15℃/分钟；然后降低升温速率至3℃/分钟，加热至420℃，保温30分钟，在保温过程中加大氮气气流量，为0.06MPa，并打开出气阀，将挥发的有机物排出炉体，维持退火炉压力为0.04Mpa；然后关闭出气阀，以15℃/分钟的升温速率升温至600℃，保温15分钟后，降温至500℃后通入水蒸气保温3分钟，然后打开出气阀，向炉体中通入氮气排除水蒸气，待氮气气压稳定至0.04MPa后，关闭出气阀，然后随炉冷至200℃以下后出炉。
实施例5
一种铁基软磁复合材料制备方法，包括：
1、取水雾化铁粉(纯度＞99.0％，粒径为75-200μm，表观密度为3.0g/cm3)进行机械球磨预处理，球料比为5:1，球磨机转速为500转/分钟，预处理时间为5分钟；
2、将1:80的正磷酸-乙醇溶液与预处理后的铁粉混合后50℃干燥60分钟，过筛；将1:30的环氧树脂-乙醇溶液与磷酸包覆铁粉均匀混合，再次80℃干燥40分钟后过筛获得无机-有机复合包覆粉；
3、在粉料中加入0.3wt％的硬脂酸锌润滑剂混合均匀；采用1000MPa压力压制成型；
4、将压制后的样品置于退火炉中抽真空至10-4Pa后充入氮气至0.04MPa，开始加热，由室温到270℃，升温速率为18℃/分钟；然后降低升温速率至5℃/分钟，加热至450℃，保温30分钟，在保温过程中加大氮气气流量，为0.08MPa，并打开出气阀，将挥发的有机物排出炉体，维持退火炉压力为0.04Mpa；然后关闭出气阀，以15℃/分钟的升温速率升温至580℃，保温20分钟后，降温至480℃后通入水蒸气保温3分钟，然后打开出气阀，向炉体中通入氮气排除水蒸气，待氮气气压稳定至0.04MPa后，关闭出气阀，然后随炉冷至200℃以下后出炉。
对比例5
将步骤4修改为：将压制后的样品置于退火炉中抽真空至10-3Pa后充入氮气至0.04MPa，开始加热，由室温到250℃，升温速率为15℃/分钟；然后降低升温速率至3℃/分钟，加热至420℃，保温30分钟，在保温过程中加大氮气气流量，为0.06MPa，并打开出气阀，将挥发的有机物排出炉体，维持退火炉压力为0.04Mpa；然后关闭出气阀，以15℃/分钟的升温速率升温至600℃，保温15分钟后，降温至500℃后通入水蒸气保温3分钟，然后随炉冷至200℃以下后出炉；其余条件与实施例4相同。
对比例6
将步骤4修改为：将压制后的样品置于退火炉中抽真空至10-3Pa后充入氮气至0.04MPa，开始加热，由室温到250℃，升温速率为15℃/分钟；然后降低升温速率至3℃/分钟，加热至420℃，保温30分钟，在保温过程中加大氮气气流量，为0.06MPa，并打开出气阀，将挥发的有机物排出炉体，维持退火炉压力为0.04Mpa；然后关闭出气阀，以15℃/分钟的升温速率升温至600℃，保温15分钟后，降温至500℃后通入水蒸气保温20分钟，然后打开出气阀，向炉体中通入氮气排除水蒸气，待氮气气压稳定至0.04MPa后，关闭出气阀，然后随炉冷至200℃以下后出炉；其余条件与实施例4相同。
对比例7
将步骤4修改为：将压制后的样品置于退火炉中抽真空至10-3Pa后充入氮气稳定至0.04MPa，开始加热，由室温到300℃保温30分钟，然后以15℃/分钟的升温速率升温至600℃，保温15分钟后，降温至500℃后通入水蒸气保温3分钟，然后打开出气阀，向炉体中通入氮气排除水蒸气，待氮气气压稳定至0.04MPa后，关闭出气阀，然后随炉冷至200℃以下后出炉；其余条件与实施例4相同。
实施例6
一种铁基软磁复合材料制备方法，包括：
1、取水雾化铁粉进行机械球磨预处理，球料比为4:1，球磨机转速为500转/分钟，预处理时间为6分钟；
2、将1:65的正磷酸-乙醇溶液与预处理后的水雾化均铁粉混合后在80℃的真空环境下干燥60分钟，过筛；将1:30的环氧树脂-乙醇溶液与磷酸包覆铁粉均匀混合，再次60℃干燥60分钟后过筛，获得复合包覆的绝缘铁粉；
3、在粉料中加入0.7wt％的硬脂酸锌润滑剂混合均匀；采用800MPa压力按照要求将绝缘铁粉压制成样品；
4、将压制后的样品置于退火炉中抽真空至10-3Pa后充入氮气至0.04MPa，开始加热，由室温到250℃，升温速率为15℃/分钟；然后降低升温速率至3℃/分钟，加热至420℃，保温30分钟，在保温过程中加大氮气气流量，为0.06MPa，并打开出气阀，将挥发的有机物排出炉体，维持退火炉压力为0.04Mpa；然后关闭出气阀，以15℃/分钟的升温速率升温至600℃，保温15分钟后，随炉冷至200℃以下出炉；
5、将出炉后的磁体在乙醇溶液中超声震动10分钟去除表面污垢，将磷酸与乙醇溶液配成1:20的溶液，通过水浴加热到80℃后，将磁体置于此溶液中静置20分钟；将磁体取出后80℃烘干然后置于退火炉内，抽真空至10-3Pa然后充入氮气稳定至0.04MPa，加热至200℃时效热处理，保温60分钟后冷却出炉。
实施例7
一种铁基软磁复合材料制备方法，包括：
1、取水雾化铁粉进行机械球磨预处理，球料比为6:1，球磨机转速为300转/分钟，预处理时间为10分钟；
2、将1:70的正磷酸-乙醇溶液与预处理后的水雾化均铁粉混合后在60℃的真空环境下干燥60分钟，过筛；将1:15的环氧树脂-乙醇溶液与磷酸包覆铁粉均匀混合，再次80℃干燥40分钟后过筛，获得复合包覆的绝缘铁粉；
3、在粉料中加入0.3wt％的硬脂酸锌润滑剂混合均匀；采用1000MPa压力按照要求将绝缘铁粉压制成样品；
4、将压制后的样品置于退火炉中抽真空至10-3Pa后充入氮气至0.02MPa，开始加热，由室温到250℃，升温速率为18℃/分钟；然后降低升温速率至5℃/分钟，加热至400℃，保温30分钟，在保温过程中加大氮气气流量，为0.08MPa，并打开出气阀，将挥发的有机物排出炉体，维持退火炉压力为0.04Mpa；然后关闭出气阀，以18℃/分钟的升温速率升温至550℃，保温15分钟后，随炉冷至200℃以下出炉；
5、将出炉后的磁体在乙醇溶液中超声震动30分钟去除表面污垢，将磷酸与乙醇溶液配成1:15的溶液，通过水浴加热到80℃后，将磁体置于此溶液中静置30分钟；将磁体取出后70℃烘干然后置于退火炉内，抽真空至10-3Pa，然后充入氮气稳定至0.04MPa，加热至200℃时效热处理，保温60分钟后冷却出炉。
对比例8
将步骤5修改为：将磷酸与乙醇溶液配成1:20的溶液，将出炉后的磁体置于此溶液中静置20分钟；将磁体取出后80℃烘干然后置于退火炉内，抽真空至10-3Pa然后充入氮气稳定至0.04MPa，加热至200℃时效热处理保温60分钟后冷却出炉；其余条件与实施例6相同。
对比例9
将步骤5修改为：将出炉后的磁体在乙醇溶液中超声震动10分钟去除表面污垢，将磷酸与乙醇溶液配成1:20的溶液后，室温下将磁体置于此溶液中静置20分钟；将磁体取出后80℃烘干然后置于退火炉内，抽真空至10-3Pa然后充入氮气稳定至0.04MPa，加热至200℃时效热处理保温60分钟后冷却出炉；其余条件与实施例6相同。
对比例10
将步骤4修改为：将压制后的样品置于退火炉中抽真空至10-3Pa，充入氮气稳定至0.04MPa，开始加热室温到300℃保温30分钟，然后以15℃/分钟的升温速率升温至600℃，保温15分钟，然后随炉冷至200℃以下后出炉；其余条件与实施例6相同。
实施例8
一种铁基软磁复合材料制备方法，包括：
1、取水雾化铁粉进行机械球磨预处理，球料比为4:1，球磨机转速为500转/分钟，预处理时间为6分钟；
2、将1:65的正磷酸-乙醇溶液与预处理后的水雾化均铁粉混合后在80℃的真空环境下干燥60分钟，过筛；将1:30的环氧树脂-乙醇溶液与磷酸包覆铁粉均匀混合，再次60℃干燥60分钟后过筛获得复合包覆的绝缘铁粉；
3、在粉料中加入0.7wt％的硬脂酸锌润滑剂混合均匀；采用800MPa压力按照要求将绝缘铁粉压制成样品；
4、将压制后的样品置于退火炉中抽真空至10-3Pa后充入氮气至0.04MPa，开始加热，由室温到250℃，升温速率为15℃/分钟；然后降低升温速率至3℃/分钟，加热至420℃，保温30分钟，在保温过程中加大氮气气流量，为0.09MPa，并打开出气阀，将挥发的有机物排出炉体，维持退火炉压力为0.04Mpa；然后关闭出气阀，以15℃/分钟的升温速率升温至600℃，保温15分钟后，降温至500℃后通入水蒸气保温3分钟，然后打开出气阀，向炉体中通入氮气排除水蒸气，待氮气气压稳定至0.04MPa后，关闭出气阀，然后随炉冷至200℃以下后出炉；
5、将出炉后的磁体在乙醇溶液中超声震动10分钟去除表面污垢，将磷酸与乙醇溶液配成1:20的溶液，通过水浴加热到80℃后，将磁体置于此溶液中静置20分钟；将磁体取出后80℃烘干然后置于退火炉内，抽真空至10-3Pa，然后充入氮气稳定至0.04MPa，加热至200℃时效热处理保温60分钟后冷却出炉。
对上述实施例1-8和对比例1-10制备的软磁复合材料进行性能测试，结果见表1。
表1
Figure BDA0002425958340000131
Figure BDA0002425958340000141
由上表可知，一次升温至热处理温度(对比例1)过程中，有机物难以挥发带来磁体内部缺陷，磁体磁导率低、损耗高；二次升温至热处理温度(对比例2)过程中，第一步温度低于400℃时，性能有改善但仍不理想；当热处理过程中通入的氮气不进行流动时(对比例3)，润滑剂等挥发物质在随炉冷却过程中易黏附在样品表面，导致损耗升高，电阻率降低；同时，热处理过程中，温度过高(对比例4)磁体绝缘包覆层被破坏性能下降。
与常规退火工艺相比，增加蒸汽退火步骤后，不会带来磁性能及损耗降低，但能显著提高电阻率，但是当蒸汽退火时间增加到20分钟时，磁体磁化强度下降，损耗显著增高，说明磁体内部发生氧化，导致磁体性能下降。
普通常规热处理下材料电阻率比较低，去应力退火后添加磷酸沉浸时效热处理步骤，可有效补充磁体表面被破坏的包覆层，从实施例和对比例结果可以看出，磷酸沉浸前必须去除磁体表面污垢，且磷酸溶液水浴加热后效果更佳，与常规退火相比，材料电阻率显著提高，损耗尤其是高频损耗明显下降。
综上可知，本发明通过多级热处理方法，使材料在热处理过程中最大程度的排出内部的润滑剂等有机物，减少气孔、非磁杂质等缺陷的存在；并通过表面水蒸气氧化处理和/或磷酸溶液浸泡，保持粉料表面绝缘包覆层的均匀完整性，提高其抗蚀性能，降低涡流损耗、提高电阻率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种铁基软磁复合材料制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：对纯铁粉进行球磨处理；
步骤2：对纯铁粉进行绝缘层包覆，制备绝缘铁粉：将正磷酸与乙醇按1:60-1:80的体积比稀释均匀后与纯铁粉均匀混合，在50-80℃下干燥40-60分钟，在铁粉表面形成磷酸钝化层，将粉料取出后过80目筛，然后将环氧树脂或硅树脂与乙醇稀释成1:15-1:30溶液后与磷酸钝化后的粉末均匀混合，在50-80℃下再干燥40-60分钟，取出过筛，制成绝缘铁粉；
步骤3：向绝缘铁粉中添加润滑剂，然后600-1100MPa的压力下常温压制成型；
步骤4：将压制后的样品置于退火炉中，对炉腔进行抽真空至10-4-10-3Pa，然后充氮气稳定至0.02-0.04MPa，开始加热至250-270℃，升温速率为15-18℃/分钟；然后降低升温速率至3-5℃/分钟，加热至400-450℃，保温30分钟，保温过程中打开炉体出气阀，将挥发的有机物排出炉体，并加大氮气流量维持退火炉压力为0.04Mpa；然后关闭出气阀，以15-18℃/分钟的升温速率升温至550-600℃，保温5-20分钟，然后样品随炉冷至200℃以下出炉；
步骤5：将出炉后的磁体在乙醇溶液中超声震动10-30分钟去除表面污垢，然后将磁体置于60-80℃磷酸乙醇溶液中，保温20-30分钟；将磁体取出后70-80℃烘干，然后置于退火炉内，抽真空至10-4-10-3Pa，然后充入氮气稳定至0.02-0.04MPa，加热至180-250℃时效热处理，保温30-60分钟后冷却出炉即可。
2.根据权利要求1所述的铁基软磁复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤4中，样品随炉冷却过程中，降温至480-500℃后向炉体中通入水蒸气，保温3-5分钟；然后开启炉体出气阀，向炉体内通入氮气排除水蒸气，待氮气气压稳定至0.04MPa后关闭出气阀，然后随炉冷却至200℃以下出炉。
3.根据权利要求2所述的铁基软磁复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤1中，纯铁粉为水雾化铁粉或还原铁粉，纯度＞99.0%，粒径为75-200μm，表观密度为3.0-4.5g/cm3。
4.根据权利要求3所述的铁基软磁复合材料制备方法，其特征在于，所述球磨过程中，球料比为3:1-6:1，球磨机转速为300-500转/分钟，球磨处理时间为5-10分钟。
5.根据权利要求4所述的铁基软磁复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤3中，润滑剂为硬脂酸锌，添加量为绝缘铁粉重量的0.3-0.7%。
6.根据权利要求5所述的铁基软磁复合材料制备方法，其特征在于，所述磷酸乙醇溶液是磷酸与乙醇体积比1:15-1:30的溶液。
7.根据权利要求6所述的铁基软磁复合材料制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：取水雾化铁粉进行机械球磨预处理，球料比为4:1，球磨机转速为500转/分钟，预处理时间为6分钟；
步骤2：将1:65的正磷酸-乙醇溶液与预处理后的水雾化均铁粉混合后在80℃的真空环境下干燥60分钟，过筛；将1:30的环氧树脂-乙醇溶液与磷酸包覆铁粉均匀混合，再次60℃干燥60分钟后过筛获得复合包覆的绝缘铁粉；
步骤3：在粉料中加入0.7wt%的硬脂酸锌润滑剂混合均匀；采用800MPa压力按照要求将绝缘铁粉压制成样品；
步骤4：将压制后的样品置于退火炉中抽真空至10-3Pa后充入氮气至0.04MPa，开始加热，由室温到250℃，升温速率为15℃/分钟；然后降低升温速率至3℃/分钟，加热至420℃，保温30分钟，在保温过程中加大氮气气流量，为0.09MPa，并打开出气阀，将挥发的有机物排出炉体，维持退火炉压力为0.04Mpa；然后关闭出气阀，以15℃/分钟的升温速率升温至600℃，保温15分钟后，降温至500℃后通入水蒸气保温3分钟，然后打开出气阀，向炉体中通入氮气排除水蒸气，待氮气气压稳定至0.04MPa后，关闭出气阀，然后随炉冷至200℃以下后出炉；
步骤5：将出炉后的磁体在乙醇溶液中超声震动10分钟去除表面污垢，将磷酸与乙醇溶液配成1:20的溶液，通过水浴加热到80℃后，将磁体置于此溶液中静置20分钟；将磁体取出后80℃烘干然后置于退火炉内，抽真空至10-3Pa，然后充入氮气稳定至0.04MPa，加热至200℃时效热处理保温60分钟后冷却出炉。
8.一种铁基软磁复合材料，其特征在于，通过权利要求1-7任一所述的方法制备而成。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114147424B (zh) * 2021-11-29 2023-09-26 常州贺斯特科技股份有限公司 两相流冷板的制备方法
CN115938718B (zh) * 2023-03-09 2023-05-30 天通控股股份有限公司 一种直插式一体成型共烧电感及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108447642A (zh) * 2018-05-18 2018-08-24 同济大学 一种软磁复合材料的制备方法
CN110136910A (zh) * 2019-06-11 2019-08-16 上海海事大学 一种高磁导率低损耗铁基软磁复合材料及其制备方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09260126A (ja) * 1996-01-16 1997-10-03 Tdk Corp 圧粉コア用鉄粉末、圧粉コアおよびその製造方法
CN104008844B (zh) * 2014-01-20 2017-05-10 横店集团东磁股份有限公司 一种软磁合金材料的制备加工方法
CN106158340B (zh) * 2016-08-10 2018-02-27 华南理工大学 一种Fe‑Si‑Al粉芯环形磁体及其制备方法
CN109590460B (zh) * 2018-12-17 2021-03-23 浙江工业大学 一种软磁复合材料及其制备方法
CN110277238B (zh) * 2019-07-16 2021-03-12 山东精创磁电产业技术研究院有限公司 一种高饱和磁通密度、高强度软磁复合材料及其制备方法
CN110405201B (zh) * 2019-08-15 2021-09-17 中南大学 一种磁粉表面梯度包覆结构、包覆方法及软磁复合材料

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108447642A (zh) * 2018-05-18 2018-08-24 同济大学 一种软磁复合材料的制备方法
CN110136910A (zh) * 2019-06-11 2019-08-16 上海海事大学 一种高磁导率低损耗铁基软磁复合材料及其制备方法

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