CN114156035A - 一种气雾化铁硅铝磁粉芯及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气雾化铁硅铝磁粉芯及其制备方法，属于软磁材料技术领域。本发明气雾化铁硅铝磁粉芯制备原料包括铁硅铝合金熔体、铁硅合金熔体、铁硅锆合金熔体、绝缘剂、粘结剂、脱模剂，其中，铁硅锆合金熔体按重量百分比计其组成为硅6.8％‑9.0％、锆4.2％‑6.5％、锰0.3％‑0.8％、余量为铁及其他不可避免的杂质。本发明改进了传统的铁硅铝磁粉芯的制备方法，在铁硅铝合金粉末中掺入了少量铁硅合金粉末及铁硅锆合金粉末，最终制备得到一种新型铁硅铝磁粉芯，该新型铁硅铝磁粉芯适用频率广、损耗低、成型性能好，并且保留了传统的铁硅铝磁粉芯优越性价比的优势，增强了铁硅铝磁粉芯的适用性。
Description
技术领域
本发明属于软磁材料技术领域，具体涉及一种气雾化铁硅铝磁粉芯及其制备方法。
背景技术
能对磁场作出某种方式反应的材料称为磁性材料，按照磁化的难易程度分为软磁材料和硬磁材料，磁性材料一般都具有高的饱和磁感应强度。硬磁材料由于具有高的饱和磁感而具有高的磁能积，而软磁材料由于具有高的饱和磁感而具有高的磁导率。软磁材料因其具有磁电转换的能力从而在各个科技领域应用愈加广泛。目前使用的软磁材料主要有：金属软磁材料、铁氧体软磁材料、非晶微晶软磁材料和金属磁粉芯。
金属磁粉芯主要包括铁粉芯、铁硅磁粉芯、铁硅铝磁粉芯、高磁通粉芯、铁镍钼合金粉芯等。其中，铁镍钼合金粉芯因其极高的导磁率和饱和磁通密度等优异性能为金属磁粉芯中优良特性的代表，但因其过高的成本，仅在国防军工或高科技产品中使用。铁硅铝磁粉芯性能虽不及铁镍钼合金粉芯，但其制作成本仅为铁镍钼合金粉芯几分之一，因其优越的性价比迅速占领了市场。由于需求量的剧增，促使人们对其生产工艺及产品质量进一步改进提高。
有鉴于此，研制一种优良性能的铁硅铝磁粉芯便成了热门研究课题。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提供了一种气雾化铁硅铝磁粉芯及其制备方法，具体是通过如下技术方案实现的：
一种气雾化铁硅铝磁粉芯，包括以下制备原料：
铁硅铝合金熔体、铁硅合金熔体、铁硅锆合金熔体、绝缘剂、粘结剂、脱模剂；
其中，铁硅铝合金熔体、铁硅合金熔体、铁硅锆合金熔体是采用真空中频感应电炉分别熔炼，按重量百分比计其组成分别为：铁硅铝合金熔体为硅10.5％-11.2％、铝5.2％-5.5％、硼1.2％-1.9％、钒0.2％-0.6％、余量为铁及其他不可避免的杂质，铁硅合金熔体为硅1.5％-5.6％、磷0.5％-1.5％、余量为铁及其他不可避免的杂质，铁硅锆合金熔体为硅6.8％-9.0％、锆4.2％-6.5％、锰0.3％-0.8％、余量为铁及其他不可避免的杂质。
进一步地，所述粘结剂为醇酸树脂。
一种气雾化铁硅铝磁粉芯的制备方法，包括如下步骤：
1)将铁硅铝合金熔体、铁硅合金熔体、铁硅锆合金熔体分别气雾化制成粉末，筛分后选择粒度分布100-270目范围内的粉末，三种粉末分别经过热处理后混合得到复合粉备用；
2)将复合粉与绝缘剂、粘结剂、脱模剂混合搅拌，真空干燥后压制成型，最后在惰性气氛下退火处理，冷却后表面喷涂得到铁硅铝磁粉芯。
进一步地，步骤1)筛分后的粉末粒度分布为：100-160目占总质量的15％-35％，160-230目占总质量的55％-75％，230-270目占总质量的10％。
气雾化制成的粉末具有典型的球状颗粒形貌，所得粉末颗粒表面光滑、分散性好且粒度分布较宽，本发明选取了100-270目范围的粉末并以160-230目为主要部分，其有利于在粉末表面形成均匀包覆层，在后续压制过程容易得到相对较高的压坯密度，降低成型压力。
进一步地，步骤1)所述热处理的条件分别为：铁硅铝合金粉末于850-920℃下保温30-35min后随炉冷却、铁硅合金粉末于790-850℃下保温20-30min后随炉冷却、铁硅锆合金粉末于800-840℃下保温30-35min后随炉冷却。
进一步地，步骤1)所述三种粉末热处理后混合的质量比为：铁硅铝合金粉末：铁硅合金粉末：铁硅锆合金粉末＝(10-18)：3：(1.4-3.2)。
传统的铁硅铝磁粉芯是采用铁硅铝合金制成的粉末生产的，虽然铁硅铝合金的成本低，但是其制得的铁硅铝磁粉芯在磁电性能及力学性能上仍存在不足。而铁硅合金的磁滞损耗较低，适合在工频或音频的高磁场下使用。本发明人研究发现，在铁硅铝合金中掺入少量硼和钒，另按比例与一定量的铁硅合金粉末及本发明气雾化制备的铁硅锆合金粉末混合，使用该混合粉可制备一种新型铁硅铝磁粉芯，该磁粉芯适用频率广、损耗低、成型性能好，克服了现有铁硅铝磁粉芯性能上的不足，增强了铁硅铝磁粉芯的适用性。另外，本发明仍以铁硅铝合金粉末为主要制造原料，合理的控制了制备成本，保留了传统的铁硅铝磁粉芯优越性价比的优势。
进一步地，步骤2)所述绝缘剂为氧化铝、氧化钙、氧化硅中的至少一种，混合添加量为所述复合粉质量的1.8％-4.2％。
进一步地，步骤2)所述粘结剂混合添加量为所述复合粉质量的1.1％-3.5％；所述脱模剂混合添加量为所述复合粉质量的0.6％-1.0％。
进一步地，步骤2)所述压制后成品的密度为8.2-9.2g/cm3。
进一步地，步骤2)所述退火处理的温度为580-650℃，退火时间为60-110min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明改进了传统的铁硅铝磁粉芯的制备方法，在铁硅铝合金粉末中掺入了少量铁硅合金粉末及铁硅锆合金粉末，最终制备得到一种新型铁硅铝磁粉芯，该新型铁硅铝磁粉芯适用频率广、损耗低、成型性能好，克服了传统的铁硅铝磁粉芯性能上的不足，增强了铁硅铝磁粉芯的适用性。
2.本发明新型铁硅铝磁粉芯保留了传统的铁硅铝磁粉芯优越性价比的优势，在众多技术领域有着更好的应用前景。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
一种气雾化铁硅铝磁粉芯：
1.采用真空中频感应电炉分别熔炼铁硅铝合金熔体、铁硅合金熔体、铁硅锆合金熔体；按重量百分比计硅铝合金熔体组成为硅10.8％、铝5.4％、硼1.8％、钒0.5％、余量为铁及其他不可避免的杂质，铁硅合金熔体组成为硅4.5％、磷0.6％、余量为铁及其他不可避免的杂质，铁硅锆合金熔体组成为硅7.8％、锆5.5％、锰0.5％、余量为铁及其他不可避免的杂质。
2.将铁硅铝合金熔体、铁硅合金熔体、铁硅锆合金熔体分别气雾化制成粉末，筛分后选择粒度分布100-270目范围内的粉末(具体为100-160目占总质量的25％，160-230目占总质量的65％，230-270目占总质量的10％)；然后进行热处理：铁硅铝合金粉末于880℃下保温35min后随炉冷却、铁硅合金粉末于800℃下保温25min后随炉冷却、铁硅锆合金粉末于820℃下保温30min后随炉冷却，三种粉末热处理后按质量比16：3：2.8混合得到复合粉。
3.将复合粉与其质量3.0％的氧化铝、2.8％的醇酸树脂、0.8％的硬脂酸钙混合搅拌，真空干燥后压制成密度为8.5g/cm3的型坯，最后在惰性气氛下于620℃退火75min，冷却后表面喷涂得到铁硅铝磁粉芯。
对本实施例制得的铁硅铝磁粉芯样品性能进行检测：损耗为170mW/cm3(50kHz、50mT)，饱和磁通密度1140mT，适用频率范围0.08kHz-8 MHz。
实施例2
一种气雾化铁硅铝磁粉芯：
1.采用真空中频感应电炉分别熔炼铁硅铝合金熔体、铁硅合金熔体、铁硅锆合金熔体；按重量百分比计硅铝合金熔体组成为硅11.2％、铝5.2％、硼1.9％、钒0.2％、余量为铁及其他不可避免的杂质，铁硅合金熔体组成为硅4.5％、磷0.6％、余量为铁及其他不可避免的杂质，铁硅锆合金熔体组成为硅9.0％、锆4.2％、锰0.5％、余量为铁及其他不可避免的杂质。
2.将铁硅铝合金熔体、铁硅合金熔体、铁硅锆合金熔体分别气雾化制成粉末，筛分后选择粒度分布100-270目范围内的粉末(具体为100-160目占总质量的25％，160-230目占总质量的65％，230-270目占总质量的10％)；然后进行热处理：铁硅铝合金粉末于880℃下保温35min后随炉冷却、铁硅合金粉末于800℃下保温25min后随炉冷却、铁硅锆合金粉末于820℃下保温30min后随炉冷却，三种粉末热处理后按质量比16：3：2.8混合得到复合粉。
3.将复合粉与其质量3.0％的氧化铝、2.8％的醇酸树脂、0.8％的硬脂酸钙混合搅拌，真空干燥后压制成密度为8.5g/cm3的型坯，最后在惰性气氛下于620℃退火75min，冷却后表面喷涂得到铁硅铝磁粉芯。
对本实施例制得的铁硅铝磁粉芯样品性能进行检测：损耗为184mW/cm3(50kHz、50mT)，饱和磁通密度1120mT，适用频率范围0.08kHz-7 MHz。
实施例3
一种气雾化铁硅铝磁粉芯：
1.采用真空中频感应电炉分别熔炼铁硅铝合金熔体、铁硅合金熔体、铁硅锆合金熔体；按重量百分比计硅铝合金熔体组成为硅10.8％、铝5.4％、硼1.8％、钒0.5％、余量为铁及其他不可避免的杂质，铁硅合金熔体组成为硅4.5％、磷0.6％、余量为铁及其他不可避免的杂质，铁硅锆合金熔体组成为硅7.8％、锆5.5％、锰0.5％、余量为铁及其他不可避免的杂质。
2.将铁硅铝合金熔体、铁硅合金熔体、铁硅锆合金熔体分别气雾化制成粉末，筛分后选择粒度分布100-270目范围内的粉末(具体为100-160目占总质量的15％，160-230目占总质量的75％，230-270目占总质量的10％)；然后进行热处理：铁硅铝合金粉末于880℃下保温35min后随炉冷却、铁硅合金粉末于800℃下保温25min后随炉冷却、铁硅锆合金粉末于820℃下保温30min后随炉冷却，三种粉末热处理后按质量比18：3：3.2混合得到复合粉。
3.将复合粉与其质量3.0％的氧化铝、2.8％的醇酸树脂、0.8％的硬脂酸钙混合搅拌，真空干燥后压制成密度为8.5g/cm3的型坯，最后在惰性气氛下于620℃退火75min，冷却后表面喷涂得到铁硅铝磁粉芯。
对本实施例制得的铁硅铝磁粉芯样品性能进行检测：损耗为168mW/cm3(50kHz、50mT)，饱和磁通密度1210mT，适用频率范围0.06kHz-9 MHz。
对比例
1.采用真空中频感应电炉分别熔炼铁硅铝合金熔体、铁硅合金熔体；按重量百分比计硅铝合金熔体组成为硅10.8％、铝5.4％、硼1.8％、钒0.5％、余量为铁及其他不可避免的杂质，铁硅合金熔体组成为硅4.5％、磷0.6％、余量为铁及其他不可避免的杂质。
2.将铁硅铝合金熔体、铁硅合金熔体分别气雾化制成粉末，筛分后选择粒度分布100-270目范围内的粉末(具体为100-160目占总质量的25％，160-230目占总质量的65％，230-270目占总质量的10％)；然后进行热处理：铁硅铝合金粉末于880℃下保温35min后随炉冷却、铁硅合金粉末于800℃下保温25min后随炉冷却，两种粉末热处理后按质量比16：3混合得到复合粉。
3.将复合粉与其质量3.0％的氧化铝、2.8％的醇酸树脂、0.8％的硬脂酸钙混合搅拌，真空干燥后压制成密度为8.5g/cm3的型坯，最后在惰性气氛下于620℃退火75min，冷却后表面喷涂得到铁硅铝磁粉芯。
对本对比例制得的铁硅铝磁粉芯样品性能进行检测：损耗为199mW/cm3(50kHz、50mT)，饱和磁通密度841mT，适用频率范围0.2kHz-1.5MHz。
综上，由实施例1-3铁硅铝磁粉芯样品性能检测数据可知，本发明制得的新型铁硅铝磁粉芯损耗低，磁电性能好；对比实施例1和对比例铁硅铝磁粉芯样品性能检测数据可知，原料复合粉缺少铁硅锆合金粉末后，制得的铁硅铝磁粉芯其损耗小幅度增加，饱和磁通降低，而适用频率范围明显缩小。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本申请的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，其均应涵盖在本申请请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种气雾化铁硅铝磁粉芯，其特征在于，包括以下制备原料：
铁硅铝合金熔体、铁硅合金熔体、铁硅锆合金熔体、绝缘剂、粘结剂、脱模剂；
其中，铁硅铝合金熔体、铁硅合金熔体、铁硅锆合金熔体是采用真空中频感应电炉分别熔炼，按重量百分比计其组成分别为：铁硅铝合金熔体为硅10.5％-11.2％、铝5.2％-5.5％、硼1.2％-1.9％、钒0.2％-0.6％、余量为铁及其他不可避免的杂质，铁硅合金熔体为硅1.5％-5.6％、磷0.5％-1.5％、余量为铁及其他不可避免的杂质，铁硅锆合金熔体为硅6.8％-9.0％、锆4.2％-6.5％、锰0.3％-0.8％、余量为铁及其他不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述一种气雾化铁硅铝磁粉芯，其特征在于，所述粘结剂为醇酸树脂。
3.如权利要求1或2所述气雾化铁硅铝磁粉芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将铁硅铝合金熔体、铁硅合金熔体、铁硅锆合金熔体分别气雾化制成粉末，筛分后选择粒度分布100-270目范围内的粉末，三种粉末分别经过热处理后混合得到复合粉备用；
2)将复合粉与绝缘剂、粘结剂、脱模剂混合搅拌，真空干燥后压制成型，最后在惰性气氛下退火处理，冷却后表面喷涂得到铁硅铝磁粉芯。
4.根据权利要求3所述气雾化铁硅铝磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤1)筛分后的粉末粒度分布为：100-160目占总质量的15％-35％，160-230目占总质量的55％-75％，230-270目占总质量的10％。
5.根据权利要求3所述气雾化铁硅铝磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤1)所述热处理的条件分别为：铁硅铝合金粉末于850-920℃下保温30-35min后随炉冷却、铁硅合金粉末于790-850℃下保温20-30min后随炉冷却、铁硅锆合金粉末于800-840℃下保温30-35min后随炉冷却。
6.根据权利要求3所述气雾化铁硅铝磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤1)所述三种粉末热处理后混合的质量比为：铁硅铝合金粉末：铁硅合金粉末：铁硅锆合金粉末＝(10-18)：3：(1.4-3.2)。
7.根据权利要求3所述气雾化铁硅铝磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤2)所述绝缘剂为氧化铝、氧化钙、氧化硅中的至少一种，混合添加量为所述复合粉质量的1.8％-4.2％。
8.根据权利要求3所述气雾化铁硅铝磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤2)所述粘结剂混合添加量为所述复合粉质量的1.1％-3.5％；所述脱模剂混合添加量为所述复合粉质量的0.6％-1.0％。
9.根据权利要求3所述气雾化铁硅铝磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤2)所述压制后成品的密度为8.2-9.2g/cm3。
10.根据权利要求3所述气雾化铁硅铝磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤2)所述退火处理的温度为580-650℃，退火时间为60-110min。
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