CN114360882A - 一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯及其制备方法与应用。本发明使用等离子体在特定气体下处理Fe‑基非晶合金粉末和FeSi‑基晶态合金粉末的混合粉末，获得表面生成一层纳米氧化物绝缘膜的功能基元；然后在特定比例下把FeSi‑基晶态合金与Fe‑基非晶合金的功能基元粉末混合，经压制和烧结，形成兼具纳米晶和微米晶的双尺度软磁内核，最终得到高磁感高电阻率的复合磁粉芯。本发明工艺简单、环保、成本低廉，制备的功能基元表面绝缘包覆层厚度薄、均匀，包覆完整，可明显改善磁粉芯综合需求特性，可广泛应用于多种领域的中高频电子器件。

Description

一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯及 其制备方法与应用

技术领域

本发明属于软磁材料、粉末冶金等技术领域，具体涉及一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的高磁感高电阻率磁粉芯及其制备方法与应用，具体为使用放电等离子体在特定气体环境下处理软磁粉末，使粉末表面生成一层纳米绝缘膜，进而结合压制和烧结工艺得到高磁感高电阻率的复合磁粉芯。

背景技术

自19世纪发现铁是可用软磁材料以来，科学家们一直在不断探索新的成分来改进和优化以Fe为基底的软磁材料。1900年硅钢的发明是软磁材料的一个重要里程碑，至今硅钢仍然是主流的软磁材料，是大型变压器和各种电机的首选功能材料。然而，硅钢的低电阻率使其在工作频率增加时遭受巨大涡流损耗，因而具有更优异性能的磁粉芯成为了替代硅钢的理想材料。随着现代技术的更新换代，电气化在许多行业的使用越来越广泛，并且电子器件的小型化逐渐成为趋势，如3C产品、航空航天、通信电子、医疗器械、新能源汽车等领域，其具体应用的目标器件包括5G通信器件、5G通信基站、智能控温器、变压器、电动机、互感器、扼流圈、电感器、执行元器件、发电机、复杂阻尼器等。因此，需要制造出高磁感高电阻率等优异性能的磁粉芯，以满足电子器件不断小型化、高频化的性能需求。

磁粉芯软磁复合材料是近年来材料领域的研究重点。通常，磁粉芯软磁复合材料的制备包括以下步骤：(1)气/水雾化制备软磁材料粉末，其成分一般包括硅、镍、铝或钴等；(2)绝缘包覆软磁粉末颗粒；(3)混合绝缘包覆软磁粉末与润滑剂；(4)压制混合粉末制取生坯；(5)在400至900℃的温度下烧结，获得磁粉芯软磁复合材料。磁粉芯软磁复合材料在服役过程中，其被绝缘包覆的软磁粉末内部将形成非常小的涡流路径，因此一个被绝缘包覆的软磁粉末可以称为功能基元。进而，如果每个功能基元具有低的涡流损耗和较高的电阻率，则磁粉芯软磁复合材料将具有高电阻率。

磁粉芯软磁复合材料具有高电阻率和三维各向同性铁磁行为，以及在中高频较低的总磁损耗，因而广泛用于电子器件。目前，磁粉芯使用的材料最常见的是铁或铁合金，例如：Fe-P、Fe-Si或Fe-Co。但是，由于难以获得大晶粒尺寸，以及需兼顾加工特性所需的较多包覆剂，磁粉芯软磁复合材料的磁导率U_i被限制在100H/m以内。

提升磁粉芯软磁复合材料磁导率U_i的途径之一是调控功能基元的绝缘包覆层，包括优化包覆剂的种类、厚度以及包覆均匀性。目前，磁粉芯的包覆通常使用绝缘剂和粘接剂混合包覆，其中绝缘剂包括Al₂O₃、SiO₂、有机硅树脂、磷酸盐类、硅酸盐类、云母粉等，粘接剂一般为环氧类树脂。然而，现有绝缘包覆剂还存在以下问题：(1)需要混合搅拌，然后烘干，再破碎分离，工序较多；(2)包覆层厚度不均匀、包覆剂分布不均匀，致使磁损耗增大；(3)包覆层厚度难以精准控制，使得磁粉芯的磁导率大幅降低。因此，含有绝缘包覆剂的功能基元难以满足磁粉芯应用目标器件种类繁多、追求更高综合性能的多种需求。

另一方面，为了降低矫顽力和减少磁损耗，通常需对功能基元压坯进行烧结来消除内应力。但在烧结过程中，高温往往使得功能基元的绝缘包覆层部分蒸发，从而降低了功能基元之间的绝缘性能，进而使得涡流路径增大，最终致使电阻率降低。于是，具有“功能基元”的磁粉芯在工作过程中涡流损耗增加，从而能耗增大。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的高磁感高电阻率磁粉芯的制备方法，纳米氧化物包覆均匀、厚度可控、耐高温。具体为使用放电等离子体在特定气氛下处理Fe-基非晶合金粉末和FeSi-基晶态合金粉末的混合粉末，使其表面生成一层纳米氧化物绝缘膜；处理后把FeSi-基晶态合金粉末与Fe-基非晶合金粉末按特定比例混合，经压制和烧结，得到具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯。

该方法可获得Fe-基纳米晶和FeSi-基微米晶双尺度软磁内核，从而可提升磁粉芯的饱和磁感应强度B_m和磁导率U_i，同时纳米氧化物绝缘包覆层使磁粉芯具有高电阻率，因而其具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯展现出全面、综合的高性能，可适用于多种类型场合。

本发明的另一目的在于提供上述方法制得的一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的高磁感高电阻率磁粉芯。

本发明的再一目的在于提供上述一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的高磁感高电阻率磁粉芯在中高频领域电子器件的应用。

本发明所述具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的高磁感高电阻率磁粉芯可应用于如3C产品、航空航天、通信电子、医疗器械、新能源汽车等领域，其具体应用的目标器件包括5G通信器件、5G通信基站、智能控温器、变压器、电动机、互感器、扼流圈、电感器、执行元器件、发电机、阻尼器等。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯制备方法，包括以下步骤：

(1)表面纳米氧化：将Fe-基非晶合金粉末和FeSi-基晶态合金粉末混合，进行放电等离子体表面纳米氧化处理，处理条件为：氧气和氢气中的至少一种气体氛围，电压131±5V，电流1.1～1.9A，转速500～1100r/min，每次放电处理时间为1.5～4h，每次放电处理完毕相隔20～40分钟再进行下次放电处理，直到放电处理次数达到5～10次，得到具有纳米氧化物/双尺度软磁内核的功能基元粉末；

(2)功能基元粉末压制成型：将步骤(1)具有纳米氧化物/双尺度软磁内核的功能基元粉末与润滑剂混合均匀，压制成型，得到具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元粉末的高致密磁粉芯压坯；

(3)磁粉芯烧结成型：将步骤(2)具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元粉末的高致密磁粉芯压坯，在惰性气体氛围中烧结成型，得到高磁感高电阻率的复合磁粉芯。

优选地，步骤(1)所述FeSi-基晶态合金粉末占Fe-基非晶合金粉末和FeSi-基晶态合金粉末总质量的55～95％，更优选为70～80％。

优选地，步骤(1)所述Fe-基非晶合金粉末元素含量Fe70～90at.％，余量由以下成分中的两种或两种以上元素组成：Si、Co、B、C、P、Cu、Ni、Mo、Al、Ta、Nb和Sn元素；所述Fe-基非晶合金粉末的粒径为15～100μm。

优选地，步骤(1)所述FeSi-基晶态合金粉末元素含量Fe70～90at.％，Si 15～0.1at.％，余量由以下成分中的一种或一种以上元素组成：Co、B、C、P、Cu、Ni、Mo、Al、Ta、Nb和Sn元素；所述FeSi-基晶态合金粉末的粒径为15～100μm。

更优选地，步骤(1)所述Fe-基非晶合金粉末为Fe₈₃Si₅B₈P₃Cu₁、Fe₈₃Si₅B₈Cu₄、Fe₇₈Si₁₀B₆Nb₆中的至少一种；所述FeSi-基晶态合金粉末为Fe₈₁Si₁₀Cr₉、Fe₈₂Si₁₁Ni₇、Fe₈₀Si₁₁Al₉中的至少一种。

优选地，步骤(1)所述Fe-基非晶合金粉末和FeSi-基晶态合金粉末由原料配料，制棒，旋转电极气雾化法制取合金粉末以及筛分所得。

优选地，步骤(1)所述放电等离子体处理的设备为Plasma-BM-S型放电等离子体系统。

优选地，步骤(1)所述放电等离子体处理在不锈钢罐中进行，在放电等离子体处理前，需先用高纯惰性气体净化气氛，然后再通入氧气和氢气中的至少一种气体。

优选地，步骤(1)所述放电等离子体处理的条件为：氧气和氢气中的至少一种气体氛围，电压132～135V，电流1.4～1.7A，转速900～1000r/min，每次放电处理时间为2.5～4h，每次放电处理完毕相隔20～40分钟再进行下次放电处理，直到放电处理次数达到5～10次。

优选地，步骤(2)所述润滑剂为MoS₂和硬脂酸锌中的至少一种，所述润滑剂质量占具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的复合粉末质量的0.2～0.5％。

优选地，步骤(2)所述压制成型的压力为2～4GPa，压制时间为10～30s。

优选地，步骤(3)所述烧结处理的温度为350～500℃，更优选为400～450℃，时间为30min～1h，更优选为30～40min。

优选地，步骤(3)所得具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯还可以进行喷漆处理，喷漆材料为环氧树脂或聚酯混合物，喷涂厚度为80～280μm；更优选为80～100μm。

所得具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯喷漆处理是为了防止磁粉芯受到空气、湿度氧化侵蚀和掉粉现象，导致性能下降。

优选地，步骤(3)所得具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯中，纳米晶粒尺寸为10～50nm。

上述方法制得的一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯。

上述一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯在中高频(大于30MHz)领域电子器件的应用。

优选地，所述中高频(大于30MHz)领域为3C产品、航空航天、通信电子、医疗器械、新能源汽车等领域，其具体应用的目标器件包括5G通信器件、5G通信基站、智能控温器、变压器、电动机、互感器、扼流圈、电感器、执行元器件、发电机、阻尼器等。

本发明所述方法，在步骤(1)放电等离子体放电处理过程中，高频交流电在铁芯电极棒与不锈钢磨槽之间可以产生高电压，高压会将放电室(放电屏障和研磨槽之间)内的气体击穿，从而产生冷放电等离子体。粉末表面被高速高温的脉冲电子冲击(温度可高达10⁴K)，使得粉末表面获得高能活化和高原子扩散能力，进而与特定气体(氧气和氢气中的至少一种)结合生成纳米氧化物绝缘包覆层。同时，在放电等离子体处理过程中将粉末闭孔打开，并清除大部分粉末表面的卫星粉，从而提升功能基元磁粉芯压坯的致密度。在步骤(3)的烧结处理过程中，Fe-基非晶合金粉末开始晶化生成纳米晶、FeSi-基晶态合金粉末晶粒长大为微米晶，从而形成双尺度软磁内核。通过以上过程，最终得到具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)采用本发明方法制备的具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯，每个功能基元粉末的表面绝缘包覆层均匀，厚度尺寸可达纳米级，几乎不存在绝缘层团聚、粉末未包覆等现象。因此，在提升磁粉芯电阻率的同时，保证磁导率和磁感强度的最大化。

(2)与常规的有机溶剂包覆相比，本发明工艺简单，环保，成本低廉，制备的功能基元表面的绝缘包覆层厚度薄、均匀，包覆完整，可明显改善磁粉芯综合需求特性。

附图说明

图1为本发明放电处理后粉末表面均匀包覆一层纳米绝缘层的示意图。

图2为本发明等离子处理包覆的绝缘层与对比例中有机包覆剂包覆层的对比。

图3为实施例1和对比例1所得喷漆磁粉芯的磁导率。

图4为实施例1和对比例1所得喷漆磁粉芯的磁感强度。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例和对比例中放电等离子体处理的设备为Plasma-BM-S型放电等离子体机。

实施例1

(1)制粉：把纯铁、纯硅、纯硼、纯铜、铁磷二元合金按设计的原子百分比Fe₈₃Si₅B₈P₃Cu₁配料、制棒，通过旋转电极气雾化法制取合金粉末，对粉末进行筛分处理，获得粒径(15～100μm)适合于压制烧结用的Fe₈₃Si₅B₈P₃Cu₁非晶粉末。同样的，Fe₈₁Si₁₀Cr₉粉末使用上述同样的方法获得。将两种粉末分别通过300目的筛子筛选。

(2)软磁合金粉末的放电等离子体表面纳米氧化：将Fe₈₃Si₅B₈P₃Cu₁非晶粉末和Fe₈₁Si₁₀Cr₉粉末按照质量比3：7的比例放入不锈钢罐中，然后用压力为2×10⁵Pa的高纯氩气对磨槽内的气氛进行3次净化，然后通入氧气。等离子放电处理工作中所使用的参数设置：电流控制在1.5A，电压控制在135V，每次放电处理时间为2h，电机转速1000r/min，每次放电处理完毕一次后相隔30min，继续启动下一次放电，直到次数达到8次。在放电等离子体机对合金粉末放电处理过程中，高频交流电在铁芯电极棒与不锈钢磨槽之间可以产生高电压，高压会将放电室(放电屏障和研磨槽之间)内的气体击穿，从而产生冷放电等离子体。粉末表面被高速高温的脉冲电子冲击(温度可高达10⁴K)，使得粉末表面获得高能活化和粉体原子扩散能力提高，与特定气体结合生成纳米绝缘包覆层。同时，在放电等离子体处理过程中将Fe₈₃Si₅B₈P₃Cu₁非晶粉末和Fe₈₁Si₁₀Cr₉粉末中的部分闭孔中空粉末打开和清除大部分的粘在粉体表面的卫星粉，可以提升压制粉末的致密度。

(3)表面纳米氧化软磁合金粉末的压制成型：将步骤(2)所得的包覆处理后的复合粉末与硬脂酸锌(占包覆处理后的复合粉末质量的0.5％)搅拌混合均匀。随后，将混合均匀的粉末放入预制好的模具中，放入压机进行压制成型磁粉芯，成型压力为2.5Gpa，压制时间20s。

(4)具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元磁粉芯的烧结成型：将步骤(3)所得的磁粉芯在氩气气氛中进行烧结处理，烧结温度为400℃，烧结时间为40min。烧结过程中消除压制过程产生的内应力和位错缺陷，Fe₈₃Si₅B₈P₃Cu₁非晶粉末开始晶化并生成纳米晶。因此烧结后，其饱和磁感强度、磁导率得到提升。

(5)喷漆处理：为了防止磁粉芯受到空气、湿度氧化侵蚀和掉粉现象，导致性能下降，需要将步骤(4)所得的磁粉芯进行喷漆保护，喷漆材料选择环氧树脂E-44，喷涂厚度约100μm。

采用上述方案制备的具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元磁粉芯，粉末表面绝缘层主要为Fe₂O₃，每个粉末的表面绝缘包覆层均匀，厚度尺寸可达纳米尺度，几乎不存在绝缘层团聚、部分粉末没有被包覆到等现象。此外，与使用有机硅树脂包覆Fe₈₃Si₅B₈P₃Cu₁粉末(对比例1)相比，其磁导率从85H/m提升至130H/m(见图3)。饱和磁感强度从135emu/g提升至155emu/g(见图4)。另外，在25V电压测试下，其电阻率从0.8MΩ·m提升至1.1MΩ·m。

实施例2

(1)制粉：把纯铁、纯硅、纯硼、纯铜按设计的原子百分比Fe₈₃Si₅B₈Cu₄配料、制棒，通过旋转电极气雾化法制取合金粉末，对粉末进行筛分处理，获得粒径(15～100μm)适合于压制烧结用的Fe₈₃Si₅B₈Cu₄非晶粉末。同样的，Fe₈₂Si₁₁Ni₇粉末使用上述同样的方法获得。将两种粉末分别通过300目的筛子筛选。

(2)软磁合金粉末的放电等离子体表面纳米氧化：将Fe₈₃Si₅B₈Cu₄非晶粉末和Fe₈₂Si₁₁Ni₇粉末按照质量比2.5：7.5的比例放入不锈钢罐中，然后用压力为2×10⁵Pa的高纯氩气对磨槽内的气氛进行3次净化，然后通入氧气。等离子放电处理工作中所使用的参数设置：电流控制在1.4A，电压控制在132V，每次放电处理时间为2.5h，电机转速1000r/min。每次放电处理完毕一次后相隔25min，继续启动下一次放电，直到次数达到9次。同时，在放电等离子体处理过程中将Fe₈₃Si₅B₈Cu₄非晶粉末和Fe₈₂Si₁₁Ni₇粉末中的部分闭孔中空粉末打开和清楚大部分的粘在粉体表面的卫星粉，可以提升压制粉末过程的致密度。

(3)表面纳米氧化软磁合金粉末的压制成型：将步骤(2)所得的包覆处理好复合粉末与硬脂酸锌(占包覆处理后的复合粉末质量的0.4％)搅拌混合均匀。随后，将混合均匀的粉末放入预制好的模具中，放入压机进行压制成型磁粉芯，成型压力为3Gpa，压制时间30s。

(4)具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元磁粉芯的烧结成型：将步骤(3)所得的磁粉芯在氩气气氛中进行烧结处理，烧结温度为450℃，烧结时间为30min。烧结过程中消除压制过程产生的内应力和位错缺陷，Fe₈₃Si₅B₈Cu₄非晶粉末开始晶化并生成纳米晶。因此烧结后，复合磁粉芯的饱和磁感强度、磁导率得到提升。

(5)喷漆处理：为了防止磁粉芯受到空气、湿度氧化侵蚀和掉粉现象，导致性能下降，需要将步骤(4)所得的磁粉芯进行喷漆保护，喷漆材料选择环氧树脂E-44，喷涂厚度约80μm。

采用上述方案制备的具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元磁粉芯，粉末表面绝缘层主要为Fe₂O₃，每个粉末的表面绝缘包覆层均匀，厚度尺寸可达纳米尺度，几乎不存在绝缘层团聚、部分粉末没有被包覆到等现象。此外，与使用有机硅树脂包覆Fe₈₃Si₅B₈Cu₄粉末(对比例2)相比，其磁导率从90H/m提升至132H/m。饱和磁感强度从140emu/g提升至158emu/g。另外，在25V电压测试下，其电阻率从0.71MΩ·m提升至1.08MΩ·m。

实施例3

(1)制粉：把纯铁、纯硅、纯硼、纯铌按设计的原子百分比Fe₇₈Si₁₀B₆Nb₆配料、制棒，通过旋转电极气雾化法制取合金粉末，对粉末进行筛分处理，获得粒径(15～100μm)适合于压制烧结用的Fe₇₈Si₁₀B₆Nb₆非晶粉末。同样的，Fe₈₀Si₁₁Al₉粉末使用上述同样的方法获得。将两种粉末分别通过300目的筛子筛选。

(2)软磁合金粉末的放电等离子体表面纳米氧化：将Fe₇₈Si₁₀B₆Nb₆非晶粉末和Fe₈₀Si₁₁Al₉粉末按照质量比2：8的比例放入不锈钢罐中，然后用压力为2×10⁵Pa的高纯氩气对磨槽内的气氛进行3次净化，然后通入氢气。等离子放电处理工作中所使用的参数设置：电流控制在1.7A，电压控制在134V，每次放电处理时间为4h，电机转速900r/min。每次放电处理完毕一次后相隔26min，继续启动下一次放电，直到次数达到8次。在放电等离子体机对合金粉末放电处理过程中，高频交流电在铁芯电极棒与不锈钢磨槽之间可以产生高电压，高压会将放电室(放电屏障和研磨槽之间)内的气体击穿，从而产生冷放电等离子体。粉末表面被高速高温的脉冲电子冲击(温度可高达10⁴K)，使得粉末表面获得高能活化和粉体原子扩散能力提高，与特定气体结合生成纳米绝缘包覆层。同时，在放电等离子体处理过程中将Fe₇₈Si₁₀B₆Nb₆非晶粉末和Fe₈₀Si₁₁Al₉粉末中的部分闭孔中空粉末打开和清楚大部分的粘在粉体表面的卫星粉，可以提升压制粉末过程的致密度。

(3)表面纳米氧化软磁合金粉末的压制成型：将步骤(2)所得的包覆处理后的复合粉末与硬脂酸锌(占包覆处理后的复合粉末质量的0.5％)搅拌混合均匀。随后，将混合均匀的粉末放入预制好的模具中，放入压机进行压制成型磁粉芯，成型压力为2.8Gpa，压制时间30s。

(4)具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元磁粉芯的烧结成型：将步骤(3)所得的磁粉芯在氩气气氛中进行烧结处理，烧结温度为420℃，烧结时间为35min。烧结过程中消除压制过程产生的内应力和位错缺陷，Fe₇₈Si₁₀B₆Nb₆非晶粉末开始晶化并生成纳米晶。因此烧结后，复合磁粉芯的饱和磁感强度、磁导率得到提升。

(5)喷漆处理：为了防止磁粉芯受到空气、湿度氧化侵蚀和掉粉现象，导致性能下降，需要将步骤(4)所得的磁粉芯进行喷漆保护，喷漆材料选择环氧树脂E-44，喷涂厚度约90μm。

采用上述方案制备的具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元磁粉芯，每个粉末的表面绝缘包覆层均匀，厚度尺寸可达纳米尺度，几乎不存在绝缘层团聚、部分粉末没有被包覆到等现象。此外，与使用有机硅树脂包覆Fe₇₈Si₁₀B₆Nb₆粉末(对比例3)相比，其磁导率从100H/m提升至141H/m。饱和磁感强度从142emu/g提升至162emu/g。另外，在25V电压测试下，其电阻率从0.75MΩ·m提升至1.12MΩ·m。

对比例1

(1)制粉：把纯铁、纯硅、纯硼、纯铜、铁磷二元合金按设计的原子百分比Fe₈₃Si₅B₈P₃Cu₁配料、制棒，通过旋转电极气雾化法制取合金粉末，对粉末进行筛分处理，获得粒径(15～100μm)适合于压制烧结用的Fe₈₃Si₅B₈P₃Cu₁非晶粉末。同样的，Fe₈₁Si₁₀Cr₉粉末使用上述同样的方法获得。将两种粉末分别通过300目的筛子筛选。

(2)有机包覆剂包覆：将Fe₈₃Si₅B₈P₃Cu₁非晶粉末和Fe₈₁Si₁₀Cr₉粉末按照质量比3：7的比例放入不锈钢罐中，加入有机硅树脂(MQ硅树脂)和丙酮进行搅拌，非晶粉末与有机硅树脂丙酮混合液的质量比为10:1，有机硅树脂和丙酮的质量比例为85：15，搅拌时间为30min。然后放入干燥箱进行烘干处理，温度65℃，时间30min。

(3)粉末压制成型：将步骤(2)所得的包覆处理后的复合粉末与硬脂酸锌(占包覆处理后的复合粉末质量的0.5％)搅拌混合均匀。随后，将混合均匀的粉末放入预制好的模具中，放入压机进行压制成型磁粉芯，成型压力为2.5Gpa，压制时间20s。

(4)烧结处理：将步骤(3)所得的磁粉芯在氩气气氛中进行烧结处理，烧结温度为400℃，烧结时间为40min。烧结过程中消除压制过程产生的内应力和位错缺陷，Fe₈₃Si₅B₈P₃Cu₁非晶粉末开始晶化并生成纳米晶。

(5)喷漆处理：为了防止磁粉芯受到空气、湿度氧化侵蚀和掉粉现象，导致性能下降，需要将步骤(4)所得的磁粉芯进行喷漆保护，喷漆材料选择环氧树脂E-44，喷涂厚度约100μm。

采用上述方案制备的有机包覆剂复合磁粉芯，其性能与实施例1中的纳米氧化物/软磁内核功能基元的Fe₈₃Si₅B₈P₃Cu₁磁粉芯，其磁导率从130H/m降低之85H/m(见图3)，降低35％。饱和磁感强度从155emu/g降低至135emu/g(见图4)，降低13％。另外，在25V电压测试下，其电阻率从1.1MΩ·m降低至0.8MΩ·m。

对比例2

(1)制粉：把纯铁、纯硅、纯硼、纯铜按设计的原子百分比Fe₈₃Si₅B₈Cu₄配料、制棒，通过旋转电极气雾化法制取合金粉末，对粉末进行筛分处理，获得粒径(15～100μm)适合于压制烧结用的Fe₈₃Si₅B₈Cu₄非晶粉末。同样的，Fe₈₂Si₁₁Ni₇粉末使用上述同样的方法获得。将两种粉末分别通过300目的筛子筛选。

(2)纳米绝缘层包覆和粉末改性：将Fe₈₃Si₅B₈Cu₄非晶粉末和Fe₈₂Si₁₁Ni₇粉末按照质量比2.5：7.5的比例放入不锈钢罐中，加入有机硅树脂(MQ硅树脂)和丙酮进行搅拌，非晶粉末与有机硅树脂丙酮混合液的质量比为10:1，有机硅树脂和丙酮的质量比例为85：15，搅拌时间为30min。然后放入干燥箱进行烘干处理，温度65℃，时间30min。

(3)粉末压制成型：将步骤(2)所得的包覆处理好复合粉末与硬脂酸锌(占包覆处理后的复合粉末质量的0.4％)搅拌混合均匀。随后，将混合均匀的粉末放入预制好的模具中，放入压机进行压制成型磁粉芯，成型压力为3Gpa，压制时间30s。

(4)烧结处理：将步骤(3)所得的磁粉芯在氩气气氛中进行烧结处理，烧结温度为450℃，烧结时间为30min。烧结过程中消除压制过程产生的内应力和位错缺陷，Fe₈₃Si₅B₈Cu₄非晶粉末开始晶化并生成纳米晶。

(5)喷漆处理：为了防止磁粉芯受到空气、湿度氧化侵蚀和掉粉现象，导致性能下降，需要将步骤(4)所得的磁粉芯进行喷漆保护，喷漆材料选择环氧树脂E-44，喷涂厚度约80μm。

采用上述方案制备的有机包覆剂复合磁粉芯，其性能与实施例2中的纳米氧化物/软磁内核功能基元的Fe₈₃Si₅B₈Cu₄磁粉芯相比，其磁导率从132H/m降低至90H/m，下降31％。饱和磁感强度从158emu/g降低至140emu/g，下降12％。另外，在25V电压测试下，其电阻率从1.08MΩ·m降低至0.71MΩ·m。

对比例3

(1)制粉：把纯铁、纯硅、纯硼、纯铌按设计的原子百分比Fe₇₈Si₁₀B₆Nb₆配料、制棒，通过旋转电极气雾化法制取合金粉末，对粉末进行筛分处理，获得粒径(15～100μm)适合于压制烧结用的Fe₇₈Si₁₀B₆Nb₆非晶粉末。同样的，Fe₈₀Si₁₁Al₉粉末使用上述同样的方法获得。将两种粉末分别通过300目的筛子筛选。

(2)纳米绝缘层包覆和粉末改性：将Fe₇₈Si₁₀B₆Nb₆非晶粉末和Fe₈₀Si₁₁Al₉粉末按照质量比2：8的比例放入不锈钢罐中，加入有机硅树脂(MQ硅树脂)和丙酮进行搅拌，非晶粉末与有机硅树脂丙酮混合液的质量比为10:1，有机硅树脂和丙酮的质量比例为85：15，搅拌时间为30min。然后放入干燥箱进行烘干处理，温度65℃，时间30min。

(3)粉末压制成型：将步骤(2)所得的包覆处理后的复合粉末与硬脂酸锌(占包覆处理后的复合粉末质量的0.5％)搅拌混合均匀。随后，将混合均匀的粉末放入预制好的模具中，放入压机进行压制成型磁粉芯，成型压力为2.8Gpa，压制时间30s。

(4)烧结处理：将步骤(3)所得的磁粉芯在氩气气氛中进行烧结处理，烧结温度为420℃，烧结时间为35min。烧结过程中消除压制过程产生的内应力和位错缺陷，Fe₇₈Si₁₀B₆Nb₆非晶粉末开始晶化并生成纳米晶。

(5)喷漆处理：为了防止磁粉芯受到空气、湿度氧化侵蚀和掉粉现象，导致性能下降，需要将步骤(4)所得的磁粉芯进行喷漆保护，喷漆材料选择环氧树脂E-44，喷涂厚度约90μm。

采用上述方案制备的高磁感低损耗纳米包覆复合磁粉芯，其性能与实施例3中的纳米氧化物/软磁内核功能基元的Fe₇₈Si₁₀B₆Nb₆粉末相比，其磁导率从141H/m降低至100H/m，下降39％。饱和磁感强度从162emu/g降低至142emu/g，下降13％。另外，在25V电压测试下，其电阻率从1.12MΩ·m降低至0.75MΩ·m。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)表面纳米氧化：将Fe-基非晶合金粉末和FeSi-基晶态合金粉末混合，进行放电等离子体表面纳米氧化处理，处理条件为：氧气和氢气中的至少一种气体氛围，电压131±5V，电流1.1～1.9A，转速500～1100r/min，每次放电处理时间为1.5～4h，每次放电处理完毕相隔20～40分钟再进行下次放电处理，直到放电处理次数达到5～10次，得到具有纳米氧化物/双尺度软磁内核的功能基元粉末；

(2)功能基元粉末压制成型：将步骤(1)具有纳米氧化物/双尺度软磁内核的功能基元粉末与润滑剂混合均匀，压制成型，得到具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元粉末的高致密磁粉芯压坯；

(3)磁粉芯烧结成型：将步骤(2)具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元粉末的高致密磁粉芯压坯，在惰性气体氛围中烧结成型，得到高磁感高电阻率的复合磁粉芯。

2.根据权利要求1所述一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述FeSi-基晶态合金粉末占Fe-基非晶合金粉末和FeSi-基晶态合金粉末总质量的55～95％。

3.根据权利要求1所述一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述Fe-基非晶合金粉末元素含量Fe70～90at.％，余量由以下成分中的两种或两种以上元素组成：Si、Co、B、C、P、Cu、Ni、Mo、Al、Ta、Nb和Sn元素；所述Fe-基非晶合金粉末的粒径为15～100μm；

步骤(1)所述FeSi-基晶态合金粉末元素含量Fe70～90at.％，Si 15～0.1at.％，余量由以下成分中的一种或一种以上元素组成：Co、B、C、P、Cu、Ni、Mo、Al、Ta、Nb和Sn元素；所述FeSi-基晶态合金粉末的粒径为15～100μm。

4.根据权利要求1所述一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述Fe-基非晶合金粉末为Fe₈₃Si₅B₈P₃Cu₁、Fe₈₃Si₅B₈Cu₄、Fe₇₈Si₁₀B₆Nb₆中的至少一种；所述FeSi-基晶态合金粉末为Fe₈₁Si₁₀Cr₉、Fe₈₂Si₁₁Ni₇、Fe₈₀Si₁₁Al₉中的至少一种；

步骤(1)所述放电等离子体处理的条件为：氧气和氢气中的至少一种气体氛围，电压132～135V，电流1.4～1.7A，转速900～1000r/min，每次放电处理时间为2.5～4h，每次放电处理完毕相隔20～40分钟再进行下次放电处理，直到放电处理次数达到5～10次。

5.根据权利要求1所述一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述烧结处理的温度为350～500℃，时间为30min～1h；步骤(3)所得具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯中，纳米晶粒尺寸为5～50nm。

6.根据权利要求1所述一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述润滑剂为MoS₂和硬脂酸锌中的至少一种，所述润滑剂质量占具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的复合粉末质量的0.2～0.5％；

步骤(2)所述压制成型的压力为2～4GPa，压制时间为10～30s；

步骤(1)所述放电等离子体处理在不锈钢罐中进行，在放电等离子体处理前，需先用高纯惰性气体净化气氛，然后再通入氧气和氢气中的至少一种气体；

步骤(3)所得具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯还可以进行喷漆处理，喷漆材料为环氧树脂或聚酯混合物，喷涂厚度为80～280μm。

7.权利要求1～6任一项所述方法制得的一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯。

8.权利要求7所述一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯在中高频领域电子器件中的应用。

9.根据权利要求8所述一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯在中高频领域电子器件中的应用，其特征在于，所述中高频领域为3C产品领域、航空航天领域、通信电子领域、医疗器械领域和新能源汽车领域。

10.根据权利要求9所述一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯在中高频领域电子器件中的应用，其特征在于，所述中高频领域电子器件为5G通信器件、5G通信基站、智能控温器、变压器、电动机、互感器、扼流圈、电感器、执行元器件、发电机和阻尼器。

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