CN115475935B - 一种铁基软磁复合粉末的制备方法及铁基软磁复合粉末 - Google Patents

Abstract

本发明属于磁性材料制备技术领域，提供了一种铁基软磁复合粉末的制备方法及铁基软磁复合粉末。本发明的制备方法简单易操作。在制备过程中，先采用磷酸溶液在铁基粉末表面原位生成一层磷酸盐防护层，然后采用高锰酸钾与磷酸混合液继续反应，从而得到磷酸盐和氧化物含量沿厚度方向梯度分布的绝缘防护层。绝缘包覆层包覆均匀、结构致密、结合强度高且厚度可控；具有绝缘、电磁特性好，耐腐蚀等优点。本发明提供的铁基软磁复合粉末可应用于电磁逆变器，滤波器、变压器和模压电感等多种电子产品及器件中。

Description

一种铁基软磁复合粉末的制备方法及铁基软磁复合粉末

技术领域

本发明属于磁性材料制备技术领域，具体涉及一种铁基软磁复合粉末的制备方法及铁基软磁复合粉末。

背景技术

磁性材料的损耗由涡流损耗、磁滞损耗和剩余损耗三部分组成。当电磁频率较低时，磁性材料的总损耗以磁滞损耗为主；频率升高时，总损耗逐渐以涡流损耗为主。由于铁基软磁材料的电阻率较低，致使它在交变磁场中产生了较高的涡流损耗。近年来，随着器件朝小型化发展，伴随着交变磁场频率越来越高，涡流损耗显著增加，并导致传统软磁材料无法正常工作。为了降低涡流损耗，研究人员提出对软磁材料粉末颗粒进行绝缘化处理，即提高其电阻率，进而降低损耗，然后通过压制成形得到所需形状的软磁复合材料，最后进行热处理并形成产品。

所述的对软磁材料进行绝缘化处理通常是通过在铁基软磁粉末表面包覆绝缘层来实现。一般来说，铁基软磁粉末的绝缘包覆方式可分为有机包覆和无机包覆两种。其中，有机包覆主要采用各种树脂和烯酸，而无机包覆则多采用磷酸盐类及各类氧化物等。

有机包覆一般使用环氧树脂、酚醛树脂、硅树脂等对铁基软磁粉末进行包覆，所采用的方法和过程主要包括：(1)将铁基软磁粉末浸泡于有机物溶液中，然后蒸发脱除溶液中的溶剂；(2)通过有机物原位聚合的方法在粉末颗粒表面形成绝缘膜；(3)采用有机物溶液通过流化床进行包覆。有机包覆的最大不足是有机物与铁基软磁粉末表面的结合差。而且，由于材料有机包覆后不具有高温耐热性，导致难于采用热处理工艺去除内应力以改善性能。此外，在金属离子的催化下有机材料会发生不可逆转的衰退老化。

相比之下，无机包覆则呈现出了较大优势。磷酸盐包覆是无机包覆方式中最早被采用也是目前最为常用的工艺，其过程是将粉末置入特定浓度、温度的磷酸或磷酸盐溶液中，铁基软磁粉末中的铁元素与酸发生化学反应并在表面生成了一层磷酸与铁的化合物(磷酸亚铁)包覆层，包覆层不仅使铁基软磁粉末的绝缘性能得到显著提高，而且还提高了其耐热温度，并有效地阻延了铁粉的氧化。但当通过磷酸处理形成磷酸亚铁层时，其厚度一般为微米级(磁性物质减少)，而磷酸亚铁密度较低，导致复合材料的相对磁导率(饱和磁感应强度)与密度降低；而且，磷酸盐包覆层的绝缘效果有限，500-600V电压时容易被击穿。此外，在650℃以上的温度下退火磷酸盐不稳定，由于其分解或者晶化将导致涡流损耗大幅度增加并恶化电感性能。

金属氧化物具有较高的耐热温度，能够满足较高温度退火处理要求，且电阻率很高，高频下涡流损耗较低，近些年来成为了一种理想的铁基软磁粉末绝缘包覆备选材料。氧化物包括二氧化硅、氧化镁、三氧化二铝和铁氧体等相继被开发研究，如专利文献CN104028749B中公开了一种采用溶胶凝胶法在金属磁粉表面均匀包覆三氧化二铝绝缘层的高热稳定性绝缘包覆处理方法；专利文献CN104779027A提供了一种在磁粉表面上包覆二氧化硅的软磁复合粉末制备方法；专利文献CN107020373B公开了一种采用正硅酸四乙脂获得二氧化硅包覆金属粉末制备金属软磁粉芯的方法；专利文献CN110136910B公开了一种采用二氧化硅-三氧化二铝包覆层的高磁导率低损耗铁基软磁复合材料制备方法；CN114360882A专利文献公开了一种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主要成分为氧化铁纳米绝缘膜的制备方法。相对于磷化液改性形成的磷酸盐层，采用溶胶-凝胶法在磁性金属粉末表面获得的硅氧化物包覆层一般具有较高的热稳定性、电绝缘性和抗氧化性等优点，因而更容易实现较低的损耗等特性。但是，氧化物本身具有很高的脆性，而且与铁基粉末间的结合较差，在粉末后续压制过程中容易出现包覆层破坏、分离等问题。

围绕如何同时发挥无机包覆中磷酸盐及氧化物的技术优势，最大限度地克服或弥补彼此不足，近年又出现了以非铁金属的下层绝缘层和包含无机化合物的上层绝缘层双重包覆软磁性粉末表面的技术，如专利文献CN108597719A公开了一种铁硅铝基软磁复合材料的制备方法，该方法先对铁硅铝进行磷化处理，再采用硅烷偶联剂进行表面氧化硅包覆；专利文献CN111974987B公开了一种Fe基软磁粉末的绝缘包覆层及其包覆方法，对铁基软磁粉末先采用磷酸与含硅树脂处理，再与加入纳米三氧化二硼粉末的钼酸铵、铬酸铵水溶液混合搅拌，在铁基软磁粉末表面获得了复合防护层；专利文献CN113996781A公开了一种以纯铁粉末为核，以表面含羟基的螯合物为里层和二氧化硅-三氧化二铝为外层的软磁复合材料制备方法。不过，由于绝缘层特别是下层绝缘层的材料(异质)、性能(热膨胀系数、弹性模量等)与铁基软磁粉末存在较大差异，在进行用于形成压粉磁芯的压缩成型及热处理时，相对于铁基软磁粉末的变形，绝缘层往往无法同步(协同)变形，导致压缩成型后绝缘层上出现裂纹或缺陷，甚至出现绝缘层剥离等问题。

综上，目前对于铁基软磁材料的绝缘包覆，无机包覆占优势，但无机包覆中，常用的磷酸盐包覆、氧化物包覆，及以非铁金属的下层绝缘层和包含无机化合物的上层绝缘层双重包覆，均存在各种各样的问题，尤其是绝缘包覆层与铁基粉末的结合问题，不能最终很好的解决铁基软磁材料应用时的绝缘性能、耐腐蚀性能等。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种铁基软磁复合粉末的制备方法及铁基软磁复合粉末，旨在解决现有的问题。

本发明提出了一种铁基软磁复合粉末的制备方法，该方法包括如下步骤：

步骤(1)，配制包覆液；所述包覆液包括A溶液：磷酸溶液，及B溶液：高锰酸钾与磷酸溶液的混合液；

步骤(2)，包覆处理；将铁基软磁粉末依次加入A溶液和B溶液中，并搅拌；

步骤(3)，将经过包覆液处理后的铁基软磁粉末经去离子水清洗、干燥，获得具有绝缘包覆层的铁基软磁复合粉末。

进一步地，步骤(1)中，所述A溶液中磷酸浓度为0.1-5M；所述B溶液中，高锰酸钾浓度为0.1-10M；磷酸浓度为0.2-1.0M，高锰酸钾与磷酸的浓度摩尔比为1：2-10：1。

进一步地，所述铁基软磁粉末为雾化铁粉、羰基铁粉及铁基软磁合金粉末中的一种或一种以上。

进一步地，所述铁基软磁粉末为球形或类球形，平均粒径为1.0-100.0微米。

进一步地，步骤(2)中，A溶液或B溶液，与所述铁基软磁粉末的体积比为1：3-2：1，搅拌过程中溶液温度均保持在20-95℃。

进一步地，步骤(2)中，所述搅拌方向固定，对于A溶液，搅拌时间为0-10分钟/公斤待处理铁基软磁粉末；对于B溶液，搅拌时间为0.5-10分钟/公斤待处理铁基软磁粉末。

进一步地，步骤(3)中，所述去离子水清洗次数为2-5次，每次清洗用去离子水的体积为所清洗的粉末体积的1-5倍。

进一步地，所述干燥，温度为60-95℃，时间为0.5-2.0小时。

进一步地，所述铁基软磁复合粉末的绝缘包覆层厚度为0.02-10.00微米。

本发明的另一方面，还提供了一种铁基软磁复合粉末，采用上述的制备方法制备得到。

本发明提供铁基软磁复合粉末制备方法简单易操作，可批量进行；在制备过程中，先采用磷酸溶液在铁基粉末表面原位生成一层磷酸亚铁层，然后采用高锰酸钾与磷酸混合液继续反应，获得磷酸盐与氧化物复合的结构。不仅发挥了磷酸盐与铁基软磁材料和氧化物结合性能好、绝缘性能较好特性，同时也发挥了氧化物耐温、耐蚀、绝缘性能好的性能，而且由于两者的混合物致密、电阻率高等特点，有效解决了磷酸盐耐热处理温度和耐击穿电压不高、氧化物与铁基软磁粉末结合不好和压制过程中易脱落和破碎等问题；通过调控包覆层中磷酸盐和氧化物沿厚度方向的梯度分布，可进一步有效释放后续压缩成型及热处理时出现的应力，从而防止绝缘层上出现裂纹或缺陷甚至剥离等现象，有效保证绝缘层对铁基软磁粉末的防护，提高材料的耐腐蚀性能、电磁特性等。可以进一步提升绝缘层对铁基软磁粉末的结合、防护性能的调控能力。最后，采用本发明提供的制备方法，材料价格低，工艺简单，生产效率高，可以通过常规设备完成。

本发明提供的铁基软磁复合粉末可耐700V高压，具有较好的绝缘性；磁特性好，在包覆层较薄的情况下，电感的磁导率不降低；耐酸和耐氯离子腐蚀，耐高温老化。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为对比例2铁基软磁复合粉末的制备方法中包覆处理后得到的铁基软磁复合粉末截面形貌；

图2为实施例1铁基软磁复合粉末的制备方法中包覆处理前的铁基软磁粉末形貌；

图3为实施例1铁基软磁复合粉末的制备方法中包覆处理后得到的铁基软磁复合粉末形貌；

图4为实施例1铁基软磁复合粉末的制备方法中包覆处理后得到的铁基软磁复合粉末截面形貌；

图5为实施例2铁基软磁复合粉末的制备方法中包覆处理后得到的铁基软磁复合粉末截面形貌；

图6为实施例3铁基软磁复合粉末的制备方法中包覆处理后得到的铁基软磁复合粉末截面形貌。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明提供了一种铁基软磁复合粉末的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)，配制包覆液；所述包覆液包括A溶液：磷酸溶液，及B溶液：高锰酸钾与磷酸溶液的混合液；

步骤(2)，包覆处理；将待处理的铁基软磁粉末依次加入A溶液和B溶液中，并搅拌；

步骤(3)，将经过包覆处理后的铁基软磁粉末经去离子水清洗、干燥，获得具有绝缘包覆层的铁基软磁复合粉末。

该方法简单易操作，在制备过程中，先采用磷酸溶液在铁基粉末表面原位生成一层磷酸盐(磷酸亚铁)，然后采用高锰酸钾与磷酸混合液，高锰酸钾既可以直接氧化铁基粉末表面，也对生成的磷酸盐(磷酸亚铁)进行氧化，同时由于混合液中还具有磷酸，可以控制氧化物的含量，最终在磷酸盐层后在其上继续沉积形成磷酸盐和氧化物复合层，不仅发挥了磷酸盐与铁基软磁材料和氧化物结合性能好、绝缘性能较好特性，同时也发挥了氧化物耐温、耐蚀、绝缘性能好的性能，而且由于两者的混合物致密、电阻率高等特点，有效解决了磷酸盐耐热处理温度和耐击穿电压不高、氧化物与铁基软磁粉末结合不好和压制过程中易脱落和破碎等问题，保证绝缘层对铁基软磁粉末的防护，保持和提升包覆后的铁基软磁复合粉末的绝缘性、磁特性等综合性能。

进一步地，通过控制时间以及溶液浓度等反应条件。可以调控包覆层中磷酸盐和氧化物沿厚度方向的梯度分布，可有效释放后续压缩成型及热处理时出现的应力，从而防止绝缘层上出现裂纹或缺陷甚至剥离等现象，保证绝缘层对铁基软磁粉末的防护，进一步的提升包覆后的铁基软磁复合粉末的绝缘性、磁特性等综合性能。

在本发明中，所述A溶液-磷酸溶液为将浓磷酸溶于去离子水中配制得到，优选地，所述A溶液的浓度为0.1-5M；更优选为1-5M；最优选地为1.5-5M。

在本发明中，所述B溶液：高锰酸钾与磷酸溶液的混合液，可以先配制磷酸溶液，然后将高锰酸钾溶于其中混合得到；如可以直接取部分配制得到的A溶液，然后将高锰酸钾溶于其中，并加入去离子水稀释。优选地，所述B溶液中，高锰酸钾的浓度控制在0.1-10M；磷酸的浓度控制在0.2-1.0M，高锰酸钾与磷酸的浓度摩尔比控制在1：2-10：1。更优选地，高锰酸钾的浓度控制在2-10M；磷酸的浓度控制在0.3-1.0M，高锰酸钾与磷酸的浓度摩尔比控制在10:1.6-10：1。

本发明中，所使用的铁基软磁性粉末是强磁性体的铁基粉末，所述铁基软磁粉末可以为雾化铁粉、羰基铁粉及铁基合金粉末中的一种或一种以上。具体来说，铁基合金粉末可以是铁铝合金、铁硅合金、铁硅铝磁性合金、强磁性铁镍合金等等。

本发明中，所述铁基软磁粉末为球形或类球形，平均粒径为1.0-100.0微米，以更有利于包覆。优选地，平均粒径为1.0-50.0微米；进一步优选地，平均粒径为3.0-25.0微米；更优选地，平均粒径为5.0-10.0微米。

本发明中，步骤(2)中，A溶液或B溶液与待处理的铁基软磁粉末的体积比为1：3-2：1；优选地，为1:2-2:1；更优选地，为1:1-2:1。

本发明中，步骤(2)中，A溶液或B溶液的温度为20-95℃；优选地，为30-95℃；更优选地，为55-95℃。

本发明中，步骤(2)中的搅拌，通常采用机械搅拌，搅拌速度没有特别要求，分散均匀即可。优选地，处理过程中，搅拌方向保持固定，对于A溶液，搅拌时间控制在0-10分钟/公斤待处理铁基软磁粉末；优选地，为1-5分钟/公斤待处理铁基软磁粉末；对于B溶液，搅拌时间控制在0.5-10分钟/公斤待处理铁基软磁粉末；优选地为，1-5分钟/公斤待处理铁基软磁粉末。搅拌方向一致，可以提高反应时包覆层沉积的致密性及层与层之间结合的强度，搅拌时间的优化，可以更好的控制磷酸盐层和氧化物层的沉积，调控包覆层中磷酸盐和氧化物沿厚度方向的梯度分布，进一步的提升包覆后的铁基软磁复合粉末的绝缘性、磁特性等综合性能。

包覆的过程是一种基体溶解与化学沉积动态平衡的过程。首先在A溶液中，粉末与磷酸发生了两个反应：(1)铁的阳极溶解与亚铁离子的生成；(2)阴极区氢离子的减少。铁粉表面亚铁离子与氢离子的存在将促进磷酸亚铁膜层的生成。但由于磷酸亚铁密度较低，导致生成的复合材料的相对磁导率(饱和磁感应强度)与密度降低；而且，磷酸盐包覆层的绝缘效果有限，500-600V电压时容易被击穿。此外，在650℃以上的温度下退火磷酸盐不稳定，由于其分解或者晶化将导致涡流损耗大幅度增加并恶化电感性能。因此A溶液中包覆生成磷酸亚铁膜的厚度需要严格控制，过厚不利于材料绝缘效果的提高，过少不利于后续氧化物的结合；B溶液中的反应，既有高锰酸钾对铁基软磁粉末材料表面原位沉积生成的磷酸盐(磷酸亚铁)进行氧化，也有透过氧化亚铁沉积层的孔隙直接氧化在铁基软磁粉末材料表面氧化，生成氧化物的反应；同时混合液中还具有磷酸，可以抑制氧化反应，控制包覆层中氧化物和磷酸盐的浓度，及搅拌时间，可以调控最终得到的包覆层中磷酸盐和氧化物沿厚度方向的梯度分布。

本发明中，步骤(3)是对包覆处理后的铁基软磁粉末清洗、干燥的过程。包覆处理后的清洗、干燥工艺非常关键，不仅可以去除反应残液，防止粉末颗粒腐蚀，还可以清洗反应出现的非磁性杂质，通过控制清洗次数、清洗介质、干燥温度、干燥时间，可以进一步修饰包覆处理后的铁基软磁粉末沉积层结构，提高最终得到的铁基软磁复合粉末的绝缘性、磁特性，并改善复合粉末的分散性、流动性。优选地，步骤(3)中，清洗采用去离子水清洗，所述去离子水清洗次数为2-5次，每次清洗用去离子水的体积为所清洗的粉末体积的1-5倍。进一步优选地，所述去离子水清洗次数为3次，每次清洗用去离子水的体积为所清洗的粉末体积的3倍。优选地，干燥温度控制在60-95℃，干燥为0.5-2.0小时。

由于高频应用的电感对磁芯损耗敏感，为了减少归因于涡电流的损耗，需要改进其绝缘特性。实现此目的的最简单方式是将用于制备磁芯的软磁复合粉末的绝缘层增厚。然而，绝缘层越厚，软磁复合粉末的芯密度变得越低且磁通量密度减小(相应的磁导率也会减小)。此外，通过高压力下压缩增加磁通量密度的尝试将导致较大应力，从而会产生较高磁滞损耗。从实际生产过程和综合性能出发，一般要求绝缘包覆层薄、均匀、热稳定性好、高电阻率及高强度，以减少能量损耗，提升综合加工性能。因此，优选地，所述铁基软磁复合粉末的绝缘包覆层厚度为0.02-10.00微米，更优选地，为0.05-5微米，进一步优选地，为0.2-2微米。

下面结合具体实施例对本发明作更详细地说明。实施例所用原料均为市售商品。

对比例1

对比例1中仅采用A溶液对铁基软磁粉末进行磷化处理。具体步骤如下：

步骤(1)，配制包覆液；将浓磷酸溶于去离子水获得浓度为3.0M磷酸溶液作为A溶液；

步骤(2)，包覆处理；保持A溶液温度为55℃，将平均粒径为4.1微米的球形羰基铁粉3公斤以体积比1：1加入A溶液中并持续顺时针搅拌，分散均匀，搅拌时间为10分钟。

步骤(3)，将经过包覆处理后的铁基软磁粉末经去离子水清洗3次，每次清洗用去离子水的体积为所清洗的粉末体积的3倍。然后放入烘箱干燥，烘箱温度为80℃，烘干时间控制为1.0小时，获得具有绝缘包覆层的铁基软磁复合粉末。

电磁测试：以环氧树脂作为粘接剂混合得到的铁基软磁复合粉末，然后在模具中压制成磁环，压制压强为600MPa，保压时间60s，获得外径10.5mm，内径5mm，高4.5mm的磁环。使用0.3mm漆包铜线缠绕磁环13匝，做成环形电感进行电磁测试。测试结果如表1所示。

对比例2

对比例2中仅采用B溶液对铁基软磁粉末进行包覆处理，具体步骤如下：

步骤(1)，配制包覆液；将浓磷酸溶于去离子水获得浓度为3.0M磷酸溶液作为A溶液；将适量高锰酸钾溶于A溶液中，配制得到高锰酸钾浓度为2.0M和磷酸浓度为0.3M的混合溶液，作为B溶液；

步骤(2)，包覆处理；保持B溶液温度为55℃，将平均粒径为4.1微米的球形羰基铁粉3公斤以体积比1：1加入B溶液中并持续顺时针搅拌，分散均匀，搅拌时间为10分钟。

步骤(3)，将经过包覆处理后的铁基软磁粉末经去离子水清洗3次，每次清洗用去离子水的体积为所清洗的粉末体积的3倍。然后放入烘箱干燥，烘箱温度为80℃，烘干时间控制为1.0小时，获得具有绝缘包覆层的铁基软磁复合粉末。

形貌表征：将得到的铁基软磁复合粉末采用树脂镶样，经过研磨将粉末颗粒的一部分切去并抛光后，采用扫描电镜在高倍率下观察粉末的截面，如图1所示，测量并计算绝缘包覆层平均厚度为0.26微米(平均厚度)。

电磁测试：以环氧树脂作为粘接剂混合得到的铁基软磁复合粉末，然后在模具中压制成磁环，压制压强为600MPa，保压时间60s，获得外径10.5mm，内径5mm，高4.5mm的磁环。使用0.3mm漆包铜线缠绕磁环13匝，做成环形电感进行电磁测试，测试结果如表1。

实施例1

本发明一实施例的一种铁基软磁复合粉末的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)，配制包覆液；将浓磷酸溶于去离子水获得浓度为3.0M磷酸溶液作为A溶液；将适量高锰酸钾溶于A溶液中，配制得到高锰酸钾浓度为5.0M和磷酸浓度为0.8M的混合溶液，作为B溶液；

步骤(2)，包覆处理；保持B溶液温度为75℃，将平均粒径为4.6微米的球形雾化铁粉5公斤以体积比1：1依次加入A溶液，和B溶液中并持续顺时针搅拌分散均匀，在A溶液中搅拌时间为15分钟，B溶液中搅拌时间为20分钟；

步骤(3)，将经过包覆处理后的铁基软磁粉末经去离子水清洗3次，每次清洗用去离子水的体积为所清洗的粉末体积的3倍。然后放入烘箱干燥，烘箱温度为80℃，烘干时间控制为1.0小时，获得具有绝缘包覆层的铁基软磁复合粉末。

形貌成分表征：采用扫描电镜对比观察包覆处理前后的粉末形貌，如图2-3所示。将包覆后的铁基软磁复合粉末采用树脂镶样，经过研磨将粉末颗粒的一部分切去并抛光后，采用扫描电镜在高倍率下观察粉末的截面形貌，如图4所示，测量并计算绝缘包覆层平均厚度，同时通过EDS(X射线能谱)测量从粉末表面至绝缘包覆层不同位置三点的成分变化，结果如表2所示。

电磁测试：以环氧树脂作为粘接剂混合得到的铁基软磁复合粉末，然后在模具中压制成磁环，压制压强为600MPa，保压时间60s，获得外径10.5mm，内径5mm，高4.5mm的磁环。使用0.3mm漆包铜线缠绕磁环13匝，做成环形电感进行电磁测试，测试结果如表1所示。

喷雾实验：采用盐水喷雾试验对比测试绝缘包覆前后粉末的耐蚀性能，测试结果如表1所示。

实施例2

本发明一实施例的一种铁基软磁复合粉末的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)，配制包覆液；将浓磷酸溶于去离子水获得浓度为1.5M磷酸溶液作为A溶液；将适量高锰酸钾溶于A溶液中，配制得到高锰酸钾浓度为2.5M和磷酸浓度为0.4M的混合溶液，作为B溶液；

步骤(2)，包覆处理；保持B溶液温度为65℃，将平均粒径为4.6微米的球形雾化铁粉5公斤以体积比1：1依次加入A溶液，和B溶液中并持续顺时针搅拌分散均匀，在A溶液中搅拌时间为8分钟，B溶液中搅拌时间为8分钟；

步骤(3)，将经过包覆处理后的铁基软磁粉末经去离子水清洗3次，每次清洗用去离子水的体积为所清洗的粉末体积的3倍。然后放入烘箱干燥，烘箱温度为90℃，烘干时间控制为0.5小时，获得具有绝缘包覆层的铁基软磁复合粉末。

形貌表征：将得到的铁基软磁复合粉末采用树脂镶样，经过研磨将粉末颗粒的一部分切去并抛光后，采用扫描电镜在高倍率下观察粉末的截面，如图5所示，测量并计算绝缘包覆层平均厚度。

电磁测试：以环氧树脂作为粘接剂混合得到的铁基软磁复合粉末，然后在模具中压制成磁环，压制压强为600MPa，保压时间60s，获得外径10.5mm，内径5mm，高4.5mm的磁环。使用0.3mm漆包铜线缠绕磁环13匝，做成环形电感进行电磁测试。测试结果如表1所示。

喷雾实验：采用盐水喷雾试验测试制备得到的软磁复合粉末的耐蚀性能，测试结果如表1所示。

实施例3

本发明一实施例的一种铁基软磁复合粉末的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)，配制包覆液；将浓磷酸溶于去离子水获得浓度为5M磷酸溶液作为A溶液；将适量高锰酸钾溶于A溶液中，配制得到高锰酸钾浓度为10M和磷酸浓度为1M的混合溶液，作为B溶液；

步骤(2)，包覆处理；保持B溶液温度为95℃，将平均粒径为4.6微米的球形雾化铁粉5公斤以体积比1：1依次加入A溶液，和B溶液中并持续顺时针搅拌分散均匀，在A溶液中搅拌时间为5分钟，B溶液中搅拌时间为5分钟；

步骤(3)，将经过包覆处理后的铁基软磁粉末经去离子水清洗3次，每次清洗用去离子水的体积为所清洗的粉末体积的3倍。然后放入烘箱干燥，烘箱温度为60℃，烘干时间控制为2小时，获得具有绝缘包覆层的铁基软磁复合粉末。

形貌表征：将得到的铁基软磁复合粉末采用树脂镶样，经过研磨将粉末颗粒的一部分切去并抛光后，采用扫描电镜在高倍率下观察粉末的截面，如图6所示，测量并计算绝缘包覆层平均厚度。

电磁测试：以环氧树脂作为粘接剂混合得到的铁基软磁复合粉末，然后在模具中压制成磁环，压制压强为600MPa，保压时间60s，获得外径10.5mm，内径5mm，高4.5mm的磁环。使用0.3mm漆包铜线缠绕磁环13匝，做成环形电感进行电磁测试。测试结果如表1所示。

喷雾实验：采用盐水喷雾试验测试制备得到的软磁复合粉末的耐蚀性能，测试结果如表1所示。

表1各实施例测试结果

表2实施例1EDS元素分析结果

测量结果表明，对比例1中仅用A溶液包覆处理的铁基软磁粉末，在500V时便被击穿。对比例2中仅用B溶液包覆处理的铁基软磁粉末，包覆层平均厚度为0.26微米，但结合附图1-6，与实施例1-3中的包覆层相比，结构明显没有实施例1-3中的包覆层致密。磁导率和对比例1相差不多，但电阻率较对比例1提高了约20-50倍；在700V电压持续时间6秒的电压下仍有电阻值而没有被击穿。

实施例1中的铁基软磁复合粉末，包覆层平均厚度为0.46微米，表2中EDS分析结果表明包覆层中P、Mn、O含量沿厚度方向呈现梯度变，虽然EDS测量结果精度有限，但这也侧面反映了通过调控反应条件可以调控包覆层中磷酸盐和氧化物沿厚度方向的梯度分布，以得到更致密、性能更优良的结构。

实施例1中的磁导率和电阻率相较于对比例2均由一定的提高，尤其是电阻率，提升明显；且盐水喷雾实验42h未观察到生锈，而未经实施例2方案处理前的原始铁基软磁粉末16h便观察到生锈现象。

实施例2中的铁基软磁复合粉末，包覆层平均厚度为0.32微米，与实施例1中包覆层平均厚度结果对比表明，随着磷酸溶液和混合溶液中磷酸及高锰酸钾浓度的降低，加上溶液温度的降低，所获包覆层的沉积速度也降低了。在700V电压持续时间6秒的电压下仍有电阻值而没有被击穿，但磁导率和电阻率相较于实施例1略有下降，但仍优于对比例2的方案。且盐水喷雾实验36h未观察到生锈现象。

实施例3中的铁基软磁复合粉末，包覆层平均厚度为0.19微米，与实施例例1-2中包覆层平均厚度结果对比表明，并非磷酸溶液和混合溶液中磷酸及高锰酸钾浓度越高越好，在上述溶液最大浓度条件下，所获包覆层的沉积速度反而显著降低了。虽然在700V电压持续时间6秒的电压下依旧没有被击穿，不过较实施例1和实施例2相比，电阻值有一定下降。虽然包覆层厚度减薄，导致电磁性能也有所下降，电压加持下的电阻率甚至小于对比例1，但本实施例样品的耐蚀性能没有降低，盐水喷雾实验36h未观察到生锈现象。这可能与高浓度高锰酸钾导致氧化增强从而使绝缘层更加致密有关。

综上可知，本发明的采用先在铁基软磁粉末表面原位生成一定厚度的磷酸盐层，然后在其上继续沉积磷酸盐和氧化物复合层方案，通过调控包覆层中磷酸盐和氧化物沿厚度方向的梯度分布，可以进一步提升绝缘层对铁基软磁粉末的结合、防护性能的调控能力。解决了对铁基软磁粉末绝缘处理时绝缘层的材料、性能(热膨胀系数、弹性模量等)与铁基软磁粉末存在差异导致的，在形成压粉磁芯的压缩成型及热处理时绝缘层无法协同变形并在绝缘层上出现裂纹或缺陷甚至绝缘层剥离等问题，发挥了磷酸盐与铁基粉末和氧化物结合好、绝缘性能较好特性，同时也发挥了氧化物耐温、耐蚀、绝缘性能好以及二者的混合物致密、电阻率高等特点，可用于在平均粒径为1.0-100.0微米的铁基磁性粉末表面均匀沉积厚度为0.02-10.00微米绝缘改性层，具有批处理能力。

本发明提供的制备方法，所用的磷酸和高锰酸钾绝缘材料价格低，工艺简单，生产效率高，可以通过常规设备完成。

另外，需要强调的是，本发明中溶解和稀释磷酸以及高锰酸钾的溶液为去离子水，不采用有机溶剂(用于溶解树脂等材料)和已有绝缘工艺采用磷酸处理时多采用的无水酒精或丙酮，不仅降低了处理成本，而且避免了易燃、易爆、污染环境等突出问题。

本发明提供的绝缘包覆铁基软磁粉末绝缘电阻大，可耐700V高压；包覆层较薄，不降低电感的磁导率；包覆层耐酸性和耐氯离子腐蚀，耐高温老化。本发明提供的铁基软磁复合粉末可应用于电磁逆变器，滤波器、变压器和模压电感等多种电子产品及器件中。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种铁基软磁复合粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)，配制包覆液；所述包覆液包括A溶液：磷酸溶液，及B溶液：高锰酸钾与磷酸溶液的混合液；

步骤(2)，包覆处理；将铁基软磁粉末依次加入A溶液和B溶液中，并搅拌；

步骤(3)，将经过包覆液处理后的铁基软磁粉末经去离子水清洗、干燥，获得具有绝缘包覆层的铁基软磁复合粉末；

步骤(1)中，所述A溶液中磷酸浓度为0.1-5M；所述B溶液中，高锰酸钾浓度为0.1-10M；磷酸浓度为0.2-1.0M，高锰酸钾与磷酸的浓度摩尔比为1：2-10：1。

2.如权利要求1所述铁基软磁复合粉末的制备方法，其特征在于：所述铁基软磁粉末为雾化铁粉、羰基铁粉及铁基软磁合金粉末中的一种以上。

3.如权利要求1所述铁基软磁复合粉末的制备方法，其特征在于：所述铁基软磁粉末为球形或类球形，平均粒径为1.0-100.0微米。

4.如权利要求1所述铁基软磁复合粉末的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，A溶液或B溶液，与所述铁基软磁粉末的体积比为1：3-2：1，搅拌过程中溶液温度均保持在20-95℃。

5.如权利要求1所述铁基软磁复合粉末的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述搅拌方向固定，对于A溶液，搅拌时间为0-10分钟/公斤待处理铁基软磁粉末；对于B溶液，搅拌时间为0.5-10分钟/公斤待处理铁基软磁粉末。

6.如权利要求1所述铁基软磁复合粉末的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述去离子水清洗次数为2-5次，每次清洗用去离子水的体积为所清洗的粉末体积的1-5倍。

7.如权利要求1所述铁基软磁复合粉末的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述干燥，温度为60-95℃，时间为0.5-2.0小时。

8.如权利要求1所述铁基软磁复合粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中得到的铁基软磁复合粉末的绝缘包覆层厚度为0.02-10.00微米。

9.一种铁基软磁复合粉末，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。