CN114823032B

CN114823032B - 一种合金磁芯及其制备方法和应用

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Publication number: CN114823032B
Application number: CN202210547182.9A
Authority: CN
Inventors: 赵忠涛
Original assignee: Guangdong Fanrui New Material Co ltd
Current assignee: Guangdong Fanrui New Material Co ltd
Priority date: 2022-05-19
Filing date: 2022-05-19
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2042-05-19
Also published as: CN114823032A

Abstract

本发明公开了一种合金磁芯及其制备方法和应用。本发明的合金磁芯的制备方法包括以下步骤：1)将主粉末和附属粉末混合制成磁性粉末，主粉末为FeSiCr粉末、FeSiAl粉末中的至少一种，附属粉末为FeSi粉末、FeNi粉末中的至少一种；2)将磁性粉末、丙烯酸树脂和其它树脂混合后进行造粒和干燥制成颗粒料，其它树脂为聚乙烯醇缩丁醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂中的至少一种；3)将颗粒料注入模具压制成磁芯坯体，再进行排胶和烧结，再在磁芯表面溅射沉积金属包覆层后进行退火。本发明的合金磁芯兼具优异的电磁性能和较高的强度，且其制备过程简单、成本低，可以满足小型化电感对于高强度磁芯的需求，具有广阔的应用前景。

Description

一种合金磁芯及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及软磁铁氧体技术领域，具体涉及一种合金磁芯及其制备方法和应用。

背景技术

随着手机的功能越来越强大，人们对于电池续航能力的要求也越来越高，但在电池技术尚未取得突破性发展的前提下，增加电池续航能力主要是依靠提升电池的体积以及压缩电路占用的空间，这也使得电源模块迅速向小型化、集成化方向发展。因此，电源模块中的电感必须进一步缩小体积，从而使得电感中的主体部分合金磁芯的尺寸也越来越小，而随着合金磁芯的叶片尺寸的缩小(特别是厚度小于0.3mm以后)，绕线会变得越来越困难，绕线过程中合金磁芯的破损率也会随之升高。目前，常规的合金磁芯为了保持较高的电感值和饱和性能，根本无法通过更高的加工温度或更致密的氧化层来提升合金磁芯的强度和降低绕线过程中合金磁芯的破损率。此外，为了降低电感的直流电阻，绕制的铜线也变得越来越粗，需要更大的绕线张力才能平整地将铜线绕在磁芯上，这也进一步增大了绕线过程中合金磁芯的破损率。

因此，亟需开发一种在保持较高的电感值和饱和性能的同时还具有较高强度的合金磁芯。

以上陈述仅仅是提供与本发明有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种兼具优异的电磁性能和较高的强度的合金磁芯。

本发明的目的之二在于提供一种上述合金磁芯的制备方法。

本发明的目的之三在于提供一种组成包括上述合金磁芯的电感。

本发明所采取的技术方案是：

一种合金磁芯的制备方法包括以下步骤：

1)将主粉末和附属粉末混合，主粉末为FeSiCr粉末、FeSiAl粉末中的至少一种，附属粉末为FeSi粉末、FeNi粉末中的至少一种，得到磁性粉末；

2)将磁性粉末、丙烯酸树脂和其它树脂混合后进行造粒和干燥，其它树脂为聚乙烯醇缩丁醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂中的至少一种，得到颗粒料；

3)将颗粒料注入模具压制成磁芯坯体，再进行排胶和烧结，再在磁芯表面溅射沉积金属包覆层，再进行退火，即得合金磁芯。

优选的，步骤1)所述磁性粉末中附属粉末的质量百分含量小于35％。

优选的，步骤1)所述主粉末的粒径为10μm～35μm。

优选的，步骤1)所述附属粉末的粒径为1μm～10μm。不同粒径的主粉末和附属粉末级配使用可以减少颗粒间的间隙，进而可以增加界面的接触面积，增加制成的合金磁芯的强度，同时，通过不同粉末的成分调整可以减少粉末细化带来的合金磁芯的磁导率和饱和性能的下降。

优选的，步骤1)所述FeSiCr粉末中Si的质量百分含量≥4.5％，Cr的质量百分含量≥3.5％。

优选的，步骤1)所述FeSiAl粉末中Si的质量百分含量≥4.5％，Al的质量百分含量≥3.5％。

优选的，步骤1)所述FeSi粉末中Si的质量百分含量小于4.5％。

优选的，步骤1)所述FeSi粉末表面包覆有钝化层，钝化层的组成为磷酸铁、氧化硅、氧化铝中的至少一种，钝化层的厚度为20nm～200nm。

优选的，步骤1)所述FeNi粉末中Ni的质量百分含量大于40％。

优选的，步骤1)所述FeNi粉末表面包覆有钝化层，钝化层的组成为磷酸铁、氧化硅、氧化铝中的至少一种，钝化层的厚度为20nm～200nm。

优选的，步骤2)所述丙烯酸树脂、其它树脂的质量比为2～9:1。

优选的，步骤2)所述丙烯酸树脂和其它树脂的总添加量为磁性粉末质量的0.8％～1.6％。

优选的，步骤3)所述排胶在300℃～500℃下进行，排胶时间为2h～4h。

优选的，步骤3)所述烧结在600℃～900℃下进行，烧结时间为18min～90min。

优选的，步骤3)所述金属包覆层的组成成分为Cr、Al、Ti中的至少一种。

优选的，步骤3)所述金属包覆层的厚度为0.01μm～0.10μm。

优选的，步骤3)所述退火在空气气氛中进行，退火温度为600℃～900℃，退火时间为1h～3h。沉积渗入易于与金属结合的金属成分，并在空气气氛中进行退火，可以进一步增加颗粒界面间的结合力。

一种合金磁芯，其由上述制备方法制成。

一种电感元件，其组成包括上述合金磁芯。

本发明的有益效果是：本发明的合金磁芯兼具优异的电磁性能(高的电感值和饱和性能)和较高的强度，且其制备过程简单、成本低，可以满足小型化电感对于高强度磁芯的需求，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例1～3和对比例1～3的合金磁芯的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。

实施例1：

一种合金磁芯(结构示意图如图1所示，a为横截面，b为顶面)，其制备方法包括以下步骤：

1)将FeSiCr粉末(Si的质量百分含量为4.5％，Cr的质量百分含量为3.5％，粒径为10μm～35μm)和FeNi粉末(Ni的质量百分含量为45％，粒径为1μm～10μm，表面包覆有20nm厚的氧化铝层)按照质量比85:15混合均匀，得到磁性粉末；

2)将磁性粉末、丙烯酸树脂(数均分子量为12000g/mol)和聚乙烯醇缩丁醛树脂(数均分子量为40000g/mol)混合均匀，丙烯酸树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂的质量比为7:3，丙烯酸树脂和聚乙烯醇缩丁醛树脂的总添加量为磁性粉末质量的1.6％，再进行造粒和干燥，得到颗粒料；

3)将颗粒料注入模具压制成磁芯坯体，再置于排胶炉中300℃排胶4h，再置于PVD炉中900℃烧结18min，再在磁芯表面溅射沉积厚度为0.05μm的Cr包覆层，再置于空气气氛中900℃退火1h，即得合金磁芯(Cr的渗入量为磁芯质量的0.05％；大小规格：叶片长度为2.5mm，叶片宽度为2.0mm，叶片厚度为0.21mm，中柱直径为1.75mm)。

实施例2：

1)将FeSiAl粉末(Si的质量百分含量为5.0％，Al的质量百分含量为4.0％，粒径为10μm～35μm)和FeSi粉末(Si的质量百分含量为3.5％，粒径为1μm～10μm，表面包覆有25nm厚的氧化硅层)按照质量比68:32混合均匀，得到磁性粉末；

2)将磁性粉末、丙烯酸树脂(数均分子量为12000g/mol)和环氧树脂(数均分子量为30000g/mol)混合均匀，丙烯酸树脂、环氧树脂的质量比为9:1，丙烯酸树脂和环氧树脂的总添加量为磁性粉末质量的0.8％，再进行造粒和干燥，得到颗粒料；

3)将颗粒料注入模具压制成磁芯坯体，再置于排胶炉中500℃排胶2h，再置于PVD炉中600℃烧结90min，再在磁芯表面溅射沉积厚度为0.02μm的Al包覆层，再置于空气气氛中600℃退火3h，即得合金磁芯(Al的渗入量为磁芯质量的0.15％；大小规格同实施例1)。

实施例3：

1)将FeSiCr粉末(Si的质量百分含量为5.5％，Cr的质量百分含量为5.0％，粒径为10μm～35μm)、FeSiAl粉末(Si的质量百分含量为5.5％，Al的质量百分含量为5.5％，粒径为10μm～35μm)和FeNi粉末(Ni的质量百分含量为50％，粒径为1μm～10μm，表面包覆有30nm厚的磷酸铁层)混合均匀，FeSiCr粉末和FeSiAl粉末的质量比为2:1，FeSiCr粉末和FeSiAl粉末的总质量与FeNi粉末的质量的比为4:1，得到磁性粉末；

2)将磁性粉末、丙烯酸树脂(数均分子量为12000g/mol)和聚酯树脂(数均分子量为18000g/mol)混合均匀，丙烯酸树脂、聚酯树脂的质量比为4:1，丙烯酸树脂和聚酯树脂的总添加量为磁性粉末质量的1.2％，再进行造粒和干燥，得到颗粒料；

3)将颗粒料注入模具压制成磁芯坯体，再置于排胶炉中400℃排胶3h，再置于PVD炉中750℃烧结60min，再在磁芯表面溅射沉积厚度为0.07μm的Ti包覆层，再置于空气气氛中800℃退火2h，即得合金磁芯(Ti的渗入量为磁芯质量的0.08％；大小规格同实施例1)。

对比例1：

3)将颗粒料注入模具压制成磁芯坯体，再置于排胶炉中300℃排胶4h，再置于空气气氛中900℃退火1h，即得合金磁芯(大小规格同实施例1)。

对比例2：

1)将FeSiAl粉末(Si的质量百分含量为5.0％，Al的质量百分含量为4.0％，粒径为15μm～50μm)和FeSi粉末(Si的质量百分含量为3.5％，粒径为5μm～20μm，表面包覆有25nm厚的氧化硅层)按照质量比68:32混合均匀，得到磁性粉末；

3)将颗粒料注入模具压制成磁芯坯体，再置于排胶炉中500℃排胶2h，再置于PVD炉中600℃烧结90min，再在磁芯表面溅射沉积厚度为0.02μm的Al包覆层，再置于空气气氛中600℃退火3h，即得合金磁芯(Al的渗入量为磁芯质量的0.08％；大小规格同实施例1)。

对比例3：

1)将FeSiCr粉末(Si的质量百分含量为5.5％，Cr的质量百分含量为5.0％，粒径为10μm～35μm)、丙烯酸树脂(数均分子量为12000g/mol)和聚酯树脂(数均分子量为18000g/mol)混合均匀，丙烯酸树脂、聚酯树脂的质量比为4:1，丙烯酸树脂和聚酯树脂的总添加量为FeSiCr粉末质量的1.2％，再进行造粒和干燥，得到颗粒料；

2)将颗粒料注入模具压制成磁芯坯体，再置于排胶炉中400℃排胶3h，再置于PVD炉中750℃烧结60min，再在磁芯表面溅射沉积厚度为0.07μm的Ti包覆层，再置于空气气氛中800℃退火2h，即得合金磁芯(Ti的渗入量为磁芯质量的0.08％；大小规格同实施例1)。

性能测试：

将实施例1～3和对比例1～3的合金磁芯绕线后进行性能测试(绕线匝数N＝11.75Ts圈)，测试结果如下表所示：

表1实施例1～3和对比例1～3的合金磁芯的性能测试结果

注：

电感值：采用3260B型LCR测试仪进行测试，测试频率为1MHz；

电感下降率/5A电流：采用3260B型LCR测试仪进行测试，测试频率为1MHz；

叶片强度：利用电子万能实验机采用叶片强度测试压头(方形0.5mm×0.4mm)，下压速度≤10mm/min，沿叶片垂直方向加压测试叶片强度。

芯折强度：利用电子万能实验机采用采用芯折强度测试压头(方形0.2mm×2mm)，下压速度≤10mm/min，沿叶片水平方向加压测试芯折强度。

由表1可知：实施例1～3的合金磁芯与对比例1～3的合金磁芯相比，在保持同样的电感值和电感下降率的情况下，磁芯的叶片强度和芯折强度有明显的提升，说明通过成分控制和工艺设计可以提高磁芯的强度。

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

1.一种合金磁芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3)将颗粒料注入模具压制成磁芯坯体，再进行排胶和烧结，再在磁芯表面溅射沉积金属包覆层，再进行退火，即得合金磁芯；

步骤1）所述FeSi粉末表面包覆有钝化层，钝化层的组成为磷酸铁、氧化硅、氧化铝中的至少一种，钝化层的厚度为20nm～200nm；

步骤1）所述FeNi粉末表面包覆有钝化层，钝化层的组成为磷酸铁、氧化硅、氧化铝中的至少一种，钝化层的厚度为20nm～200nm；

步骤3）所述金属包覆层的组成成分为Cr、Al、Ti中的至少一种；

步骤3）所述退火在空气气氛中进行，退火温度为600℃～900℃，退火时间为1h～3h。

2.根据权利要求1所述的合金磁芯的制备方法，其特征在于：步骤1）所述磁性粉末中附属粉末的质量百分含量小于35%。

3.根据权利要求1或2所述的合金磁芯的制备方法，其特征在于：步骤1）所述主粉末的粒径为10μm～35μm；步骤1）所述附属粉末的粒径为1μm～10μm。

4.根据权利要求3所述的合金磁芯的制备方法，其特征在于：步骤1）所述FeSiCr粉末中Si的质量百分含量≥4.5%，Cr的质量百分含量≥3.5%；步骤1）所述FeSiAl粉末中Si的质量百分含量≥4.5%，Al的质量百分含量≥3.5%。

5.根据权利要求3所述的合金磁芯的制备方法，其特征在于：步骤1）所述FeSi粉末中Si的质量百分含量小于4.5%；步骤1）所述FeNi粉末中Ni的质量百分含量大于40%。

6.根据权利要求1所述的合金磁芯的制备方法，其特征在于：步骤2）所述丙烯酸树脂、其它树脂的质量比为2～9:1；步骤2）所述丙烯酸树脂和其它树脂的总添加量为磁性粉末质量的0.8%～1.6%。

7.根据权利要求1所述的合金磁芯的制备方法，其特征在于：步骤3）所述排胶在300℃～500℃下进行，排胶时间为2h～4h；步骤3）所述烧结在600℃～900℃下进行，烧结时间为18min～90min。

8.一种合金磁芯，其特征在于，由权利要求1～7中任意一项所述的制备方法制成。

9.一种电感元件，其特征在于，组成包括权利要求8所述的合金磁芯。