CN117650006A - 一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯及其制备方法 - Google Patents
一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117650006A CN117650006A CN202311674027.4A CN202311674027A CN117650006A CN 117650006 A CN117650006 A CN 117650006A CN 202311674027 A CN202311674027 A CN 202311674027A CN 117650006 A CN117650006 A CN 117650006A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- magnetic powder
- organic
- iron
- soft magnetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 150
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 title claims abstract description 119
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 35
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 66
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 23
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 19
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 30
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 19
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 16
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 15
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 claims description 14
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 13
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 11
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 8
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 6
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 claims description 5
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 claims description 5
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 5
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 5
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 4
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 4
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 239000008096 xylene Substances 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 38
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009740 moulding (composite fabrication) Methods 0.000 abstract 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 56
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 30
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 27
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 15
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 10
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 5
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 5
- XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L zinc stearate Chemical compound [Zn+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000808 amorphous metal alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001938 differential scanning calorimetry curve Methods 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000005007 epoxy-phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- SURQXAFEQWPFPV-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate heptahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.[Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O SURQXAFEQWPFPV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229910001004 magnetic alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- -1 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003075 superhydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940099259 vaseline Drugs 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Abstract
本发明公开了一种有机‑无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯及其制备方法，如下步骤：将非晶磁粉进行预处理退火；将非晶磁粉与铁粉混合，进行硅烷偶联剂处理；制备Fe3O4纳米粉末；将Fe3O4纳米粉末与有机树脂作为复合绝缘包覆剂，包覆偶联处理后的混合磁粉；将绝缘包覆后的复合磁粉与hBN粉末球磨混合，烘干、压制成型，最后退火热处理。本发明所制备的软磁粉芯提高具有良好的压坯密度和高磁导率的特点，适用于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于软磁复合材料技术领域，具体涉及一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯及其制备方法。
本发明属于战略性新型产业目录之3 新材料产业中的3.3 高性能复合材料产业重点方向下3.3.3 其他高性能复合材料软磁复合材料。
背景技术
软磁复合材料作为一种新型的软磁材料，具有三维各向同性、易于机械加工、高磁导率、高饱和磁感应强度和高频低损耗等优点，被广泛应用在千赫兹至兆赫兹的高频电力变压器、宽带射频变压器、高速电机、电感器等电力电子领域，具有其他软磁材料不可比拟的优势。
软磁复合材料可分为晶态磁粉芯、非晶磁粉芯、纳米晶磁粉芯三类，其中非晶磁粉芯是非晶软磁合金粉末和绝缘介质混合压制而成的一种软磁复合材料，在高频下具有恒磁导率、高电阻率、低涡流损耗等优异的磁性能，同时还具有良好的机械强度和抗化学腐蚀能力等优点，这些良好的性能使其满足了电子设备和器件向高频化、小型化和大电流方向发展的趋势。但是目前非晶合金制备软磁复合材料存在的主要问题：非晶合金粉末的硬度比较高，成型压力较小时不能保证成型质量，成型压力较大时会导致绝缘包覆层破裂并且磁粉芯存在很大的内应力。
软磁复合材料绝缘包覆分为有机包覆、无机包覆和复合包覆三种。有机包覆主要采用环氧树脂、酚醛树脂等有机树脂作为包覆剂包覆，有机包覆可以有效降低涡流损耗，但这些有机树脂的耐热温度较低，在后续磁粉芯热处理的时候有机树脂作为磁粉芯的绝缘包覆剂具有很大的不耐高温局限性，不能进行有效的热处理来消除压制应力对磁性的影响，因此选择耐高温的有机包覆物就显得尤为重要。无机包覆主要为磷酸盐、金属氧化物等无机包覆材料作为包覆剂包覆，无机包覆剂具有较高的耐热温度，能够满足退火处理的要求，但金属氧化物在较大压制压力下包覆层易被破坏，导致包覆效果不理想。有机包覆和无机包覆都存在一定的局限性，充分利用有机、无机物包覆的优点，有机-无机复合包覆逐步成为大家关注的重点。
如公开号为CN106128681A的中国专利公开一种铁基非晶磁粉芯及其制备方法，先将绝缘剂加入到混合粉末颗粒中，颗粒干燥后，再采用低熔点无机物粉末与环氧树脂的混合液进行绝缘包覆。公开号为CN116435085 A的中国专利公开一种铁基非晶磁粉芯的制备方法，在磁粉表面均匀包覆超疏水的纳米氧化物SiO2，再加入环氧树脂/固化剂/丙酮的混合溶液进行绝缘包覆。复杂的包覆流程增加了粉芯制备过程中的生产成本和周期，同时随着包覆材料的增加，会显著降低非晶磁粉芯的软磁性能，开发一种高性能的磁粉芯成为当前非晶磁粉芯材料的研究热点之一。
另外，为降低成本，工业上多采用对非晶带材进行机械破碎的方法制备非晶磁粉末，但是破碎的非晶颗粒呈现出的形貌为带有尖锐棱角、形状不均匀的多边形薄片，压制过程中易刺穿绝缘层，造成使用过程中增大涡流损耗。如中国专利CN114464388A公开一种铁基非晶复合磁粉芯及制备方法，是采用FeSiBCr非晶球形粉末与FeNi50球形粉末组成的混合粉末作为基体，绝缘材料为环氧树脂，再经压制成型和退火处理得到。该发明工艺流程简单、生产周期短，得到的复合材料磁粉芯具有较高的磁导率，但是只适用于易于包覆的球形粉末，对于常见的不规则形磁粉适用性不强，这是因为在压制时不规则形磁粉的尖角处易刺破环氧树脂绝缘层导致涡流损耗增大。因此，如何保证绝缘包覆质量及包覆均匀性是非晶磁粉芯制备过程中需要解决的问题。
发明内容
为了解决单一非晶基体磁粉芯制备过程中压制困难、现有绝缘包覆方法造成磁导率低的问题，本发明提供一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯及其制备方法。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯的制备方法，包括以下步骤，
（1）将铁基非晶磁粉在450～500℃温度下，H2/Ar混合气氛中预处理退火0.5～4h，随炉冷却至室温；
（2）将步骤（1）预处理退火后的非晶磁粉与铁粉混合，其中非晶磁粉占混合粉末质量分数的50%~90%，铁粉末占混合粉末质量分数的10%~50%，将混合粉末放入硅烷偶联剂溶液中快速搅拌2h，硅烷偶联剂溶液由5vol%的硅烷偶联剂KH550和95vol%的无水乙醇组成，硅烷偶联剂KH550与混合粉末的质量比为1：100，然后用去离子水清洗去除粉末表面多余的硅烷偶联剂，最后，50℃条件下真空烘干1h，获得表面偶联改性处理的混合磁粉；
（3）制备Fe3O4纳米粉末；
（4）将Fe3O4纳米粉末与有机树脂混合，加入到二甲苯溶剂中，搅拌均匀得到混合液，其中有机树脂与Fe3O4纳米粉末的质量比为1:4，然后将硅烷偶联处理过的混合磁粉加入到混合液中，搅拌0.5h，并在150℃条件下真空烘干1h，得到绝缘包覆的粉末；
（5）将绝缘包覆的粉末和润滑剂六方氮化硼放入球磨罐中进行机械球磨处理，绝缘包覆粉末与六方氮化硼的质量比为99~99.5:0.5~1；球磨后的粉末放入模具中，在1800~2000MPa压力下冷压，制成致密的环形样品，保压时间为60s；
（6）将压制完毕的环形试样放入真空管式烧结炉中，并在保护性气氛下进行退火热处理，制备出有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯。
步骤（1）中H2 :Ar 的体积比为1:19。
步骤（2）中非晶磁粉为FeSiCr非晶磁粉、FeSiBCr非晶磁粉、FeSiB非晶磁粉中的一种，其颗粒分布为100~500目；铁粉为还原铁粉、羰基铁粉中的一种，其颗粒分布为100~500目。
步骤（3）制备Fe3O4纳米粉末具体步骤为，取FeCl3溶液，向其中加入适量FeSO4•7H2O，溶解后添加表面活性剂，溶液中表面活性剂的浓度为2wt%，持续搅拌过程再加入10%浓度的NaOH溶液，调节溶液PH=9~10，生成黑色的Fe3O4纳米颗粒，静置1h，使Fe3O4颗粒充分熟化，然后过滤，用蒸馏水洗涤沉淀物至滤液的PH=7~8，干燥后得到Fe3O4纳米粉末。
所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、油酸中的一种。
步骤（4）所述有机树脂为硅酮树脂、酚醛树脂、有机硅树脂中的一种。
步骤（5）中机械球磨处理中球料比为5~8:1，球磨介质为不锈钢球，球磨转速为250rpm，球磨时间为2~4h。
步骤（6）中所述的热处理温度为350~550℃，升温速率为10℃/min，热处理时间为30~60min；所述的热处理气氛为高纯氩气、高纯氮气中的一种。
由上述制备方法制得的有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、铁粉基体的加入改善了单一非晶基体粉末质脆、硬，压制困难的难题，有效提高了复合基体磁粉芯的压坯密度，同时因为铁粉相对非晶磁粉末具有较高的磁导率，因此铁粉末的加入提高了单一非晶磁粉末基体磁粉芯的磁导率。
2、有机树脂绝缘具有良好的耐热性能和流动性，可保证复合基体磁粉芯在高温环境下进行退火处理而不发生破坏，还可防止压制非晶磁粉末时较大的压制压力对绝缘层的破坏。Fe3O4粉末具有高电阻率、高磁导率的优点，其作为磁性相包覆剂来包覆软磁复合材料，能够着力改善软磁复合材料的磁性能。使用表面活性剂处理后的Fe3O4粉末会分散的更开，与树脂结合的更加充分，以有机树脂和Fe3O4粉末作为复合绝缘包覆剂，兼顾了绝缘性、耐高温特性、压制性等性能特点，具有工艺简单、包覆均匀、力学性能优异和易于工业化生产的特点。
3、通过偶联剂的表面改性处理，在磁性粉末基体与有机绝缘剂中间建立了连接的桥梁，使磁性粉末基体与复合绝缘膜之间以共价键的方式形成化学结合，有效的提高了绝缘层的粘附力，保证包覆的均匀性。
4、常规的硬脂酸锌在热处理时会分解，分解产物不能很好的去除，影响材料的性能。本发明使用六方氮化硼（hBN）作为润滑剂，其绝缘又润滑，且高温性能优良，可以减小粉末与模壁以及粉末颗粒间的摩擦力。即在相同的压制压力下，加入六方氮化硼（hBN）的磁粉芯具有更高的压制密度，保证高的饱和磁感应强度和高的磁导率；与常规的硬质酸锌相比，加入六方氮化硼（hBN）的磁粉芯在相对较低的压制压力下即可获得相同的压制密度，从而减少了压制过程产生的内应力并提高冷压模具的使用寿命。此外，六方氮化硼（hBN）作为润滑剂的同时还可以作为绝缘材料，提升包覆层的绝缘效果来增加磁粉芯的电阻率，降低涡流损耗。
附图说明
图1为本发明中非晶FeSiBCr粉末在0~700℃温度范围内的TG-DSC曲线。
图2为粉末形貌的SEM图：（a）还原Fe粉；（b）羰基Fe粉；（c）实施例3中复合非晶-还原铁粉基体粉末；（d）实施例1中复合非晶-羰基铁粉基体粉末。
具体实施方式
一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯的制备方法，包括以下步骤：
（1）将铁基非晶磁粉在450～500℃温度下，H2/Ar混合气氛中预处理退火0.5～4h，随炉冷却至室温；H2:Ar 的最佳体积比为1:19；非晶磁粉优选颗粒分布为100~500目的FeSiCr非晶磁粉、FeSiBCr非晶磁粉、FeSiB非晶磁粉中的一种，其颗粒分布为100~500目。
（2）将步骤（1）预处理退火后的非晶磁粉与铁粉混合，其中非晶磁粉占混合粉末质量分数的50%~90%，铁粉末占混合粉末质量分数的10%~50%，铁粉优选还原铁粉、羰基铁粉中的一种，其颗粒分布为100~500目，将混合粉末放入硅烷偶联剂溶液中快速搅拌2h，硅烷偶联剂溶液由5vol%的硅烷偶联剂KH550和95vol%的无水乙醇组成，硅烷偶联剂KH550与混合粉末的质量比为1：100，然后用去离子水清洗去除粉末表面多余的硅烷偶联剂，最后，50℃条件下真空烘干1h，获得表面偶联改性处理的混合磁粉。
（3）制备Fe3O4纳米粉末，具体步骤如下：取FeCl3溶液，向其中加入适量FeSO4·7H2O，溶解后添加表面活性剂，所述表面活性剂优选十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、油酸中的一种，溶液中表面活性剂的浓度为2wt%，持续搅拌过程再加入10%浓度的NaOH溶液，调节溶液PH=9~10，生成黑色的Fe3O4纳米颗粒，静置1h，使Fe3O4颗粒充分熟化，然后过滤，用蒸馏水洗涤沉淀物至滤液的PH=7~8，干燥后得到Fe3O4纳米粉末。
（4）将Fe3O4纳米粉末与有机树脂混合，加入到二甲苯溶剂中，搅拌均匀得到混合液，其中有机树脂与Fe3O4纳米粉末的质量比为1:4，然后将硅烷偶联处理过的混合磁粉加入到混合液中，搅拌0.5h，并在150℃条件下真空烘干1h，得到绝缘包覆的粉末；有机树脂优选硅酮树脂、酚醛树脂、有机硅树脂中的一种，硅酮树脂是具有三维网状结构、有机硅氧烷键的有机聚硅氧烷，液态硅酮树脂的粘度在25℃时为1000~10000CP，其分解温度超过600℃。
（5）将绝缘包覆的粉末和润滑剂六方氮化硼放入球磨罐中进行机械球磨处理，绝缘包覆粉末与六方氮化硼的质量比为99~99.5:0.5~1，机械球磨处理中球料比为5~8:1，球磨介质为不锈钢球，球磨转速为250 rpm，球磨时间为2~4h；球磨后的粉末放入模具中，在1800~2000MPa压力下冷压，制成致密的环形样品，保压时间为60s。
（6）将压制完毕的环形试样放入真空管式烧结炉中，并在保护性气氛下进行退火热处理，热处理最佳温度为350~550℃，升温速率为10℃/min，热处理时间为30~60min；所述的热处理气氛为高纯氩气、高纯氮气中的一种，制备出有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯。
实施例1
一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯的制备方法，包括如下步骤：
（1）将60g粒度分布为100~500目的FeSiCr非晶磁粉在450℃温度下，H2/Ar（H2:Ar =1:19）混合气氛中预处理退火1h，随炉冷却至室温。
（2）将步骤（1）预处理退火后的FeSiCr非晶磁粉与40g粒度分布为400目、Fe元素含量大于98%的羰基铁粉混合，然后将混合粉末放入KH550偶联剂溶液中（KH550偶联剂溶液由5vol%体积分数的硅烷偶联剂KH550和95vol%体积分数的无水乙醇组成）快速搅拌2h，KH550与混合粉末的质量比为1：100，然后用去离子水清洗去除粉末表面多余的偶联剂，最后50℃条件下真空烘干1h，获得表面偶联改性处理过的混合磁粉。
（3）取FeCl3溶液加入烧杯中，再加入适量FeSO4·7H2O，溶解后添加十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，溶液中表面活性剂的浓度为2wt%，搅拌，再加入10%浓度的NaOH溶液继续搅拌，调节溶液PH=9，生成黑色的Fe3O4纳米颗粒，静置1h，使得Fe3O4颗粒充分熟化，然后过滤，用蒸馏水洗涤沉淀物至滤液的PH=7，干燥后得到Fe3O4纳米粉末。
（4）将4g纳米Fe3O4粉末与1g酚醛树脂混合加入到二甲苯溶剂中搅拌均匀得到混合液（有机树脂与纳米Fe3O4的质量比为1:4），将偶联处理过的非晶-铁粉混合粉末加入到混合液中，搅拌0.5h，并在150℃条件下真空烘干1h，得到绝缘包覆后的粉末。
（5）将绝缘包覆后的粉末和六方氮化硼（hBN）放入球磨罐中进行机械球磨处理，其中绝缘包覆后粉末与六方氮化硼的质量比为99:1，球料比为5:1，球磨时间为2h。球磨后的粉末放入模具中，在1800MPa压力下冷压制成外径40mm，内径32mm，厚度为4mm的致密的环形样品，保压时间为60s。
（6）将压制完毕的环形试样放入真空管式烧结炉中，并在高纯氩气的保护气氛中进行退火处理，热处理温度为400℃，升温速率为10℃/min，热处理时间为60min，获得酚醛树脂-Fe3O4包覆的复合非晶FeSiCr-羰基铁粉基体磁粉芯。
所制备的酚醛树脂-Fe3O4包覆的复合非晶FeSiCr-羰基铁粉基体磁粉芯（样品1）的密度、电阻率、磁导率、磁损耗等性能如表1所示。
实施例2
与实施例1的区别：（1）80g铁基FeSiBCr非晶磁粉，退火2h；（2）20g粒度为350目的羰基铁粉；（3）十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂，调节溶液PH=10；（4）4g纳米Fe3O4粉末与1g硅酮树脂；（5）绝缘包覆后粉末与六方氮化硼的质量比为99.5:0.5，球料比为7:1，球磨时间为4h，2000MPa冷压压力；（6）热处理温度为500℃，得到硅酮树脂-Fe3O4包覆的复合非晶FeSiBCr-羰基铁粉基体磁粉芯。
所制备的硅酮树脂-Fe3O4包覆的复合非晶FeSiBCr-羰基铁粉基体磁粉芯（样品2）的性能如表1所示。
图1为非晶FeSiBCr粉末在0~700℃温度范围内的TG-DSC曲线，从这个曲线图得出非晶FeSiBCr粉末在550℃时出现明显的放热峰，说明此温度下非晶磁粉开始发生晶化，后续的去应力热处理温度应低于550℃。
从图2粉末形貌的SEM图中可以看出，复合粉末混合均匀且具有良好的粒度配比，可以保证压制时具有较高的压制密度。
实施例3
与实施例1的区别：（1）70g铁基FeSiBCr非晶磁粉，500℃温度下退火3h；（2）30g粒度为100-200目的还原铁粉；（3）油酸作为表面活性剂，调节溶液PH=9.5，滤液pH=7.5；（4）4g纳米Fe3O4粉末与1g有机硅树脂；（5）绝缘包覆后粉末与六方氮化硼的质量比为99.2:0.8，球料比为8:1，球磨时间为3h，1900MPa冷压压力；（6）热处理温度为400℃，得到有机硅树脂-Fe3O4包覆的复合非晶FeSiBCr-还原铁粉基体磁粉芯。
所制备的有机硅树脂-Fe3O4包覆的复合非晶FeSiBCr-还原铁粉基体磁粉芯（样品3）的性能如表1所示。
实施例4
与实施例1的区别：（1）90g铁基FeSiB非晶磁粉，500℃温度下退火0.5h；（2）10g粒度为500目的羰基铁粉；（4）4g纳米Fe3O4粉末与1g硅酮树脂；（5）球料比为6:1，球磨时间为3h，2000MPa冷压压力；（6）热处理温度为550℃，热处理时间为30min，得到硅酮树脂-Fe3O4包覆的复合非晶FeSiB-羰基铁粉基体磁粉芯。
所制备的硅酮树脂-Fe3O4Fe3O4包覆的复合非晶FeSiB-羰基铁粉基体磁粉芯（样品4）的性能如表1所示。
实施例5
与实施例1的区别：（1）50g铁基FeSiB非晶磁粉，480℃温度下退火4h；（2）50g粒度为200目的还原铁粉；（3）油酸作为表面活性剂，调节溶液PH=10，滤液pH=8；（4）4g纳米Fe3O4粉末与1g有机硅树脂；（6）热处理温度为350℃，热处理时间为45min，得到有机硅树脂-Fe3O4包覆的复合非晶FeSiB-还原铁粉基体磁粉芯。
所制备的有机硅树脂-Fe3O4包覆的复合非晶FeSiB-还原铁粉基体磁粉芯（样品5）的性能如表1所示。
对比例1
本对比例与实施例2的区别仅在于步骤1中采用100g的单一铁基FeSiBCr非晶磁粉，制得的硅酮树脂-Fe3O4包覆的非晶FeSiBCr基体磁粉芯（对比例1）的性能如表1所示。
通过表1中的数据对比，可以看出在相同的压制压力下采用单一铁基FeSiBCr非晶磁粉作为基体时，虽然其电阻率有所增加、磁损耗有所降低，但是磁粉芯的密度和磁导率实部值明显低于复合基体，压坯密度仅为5.09 g/cm3。说明通过添加羰基铁粉形成复合粉末基体，有助于解决单一非晶磁粉难以压制成型的难题，因此本发明优选的技术方案为添加羰基铁粉来制备复合非晶FeSiBCr-羰基铁粉基体磁粉芯。
对比例2
本对比例与实施例2的区别仅在于步骤5中采用常规的硬脂酸锌作为模壁润滑剂，制得的硅酮树脂-Fe3O4包覆的磁粉芯（对比例2）的性能如表1所示。
通过表1中的数据对比，可以看出与添加润滑剂六方氮化硼（hBN）相比，硬脂酸锌虽可以起到润滑作用，但样品的压制密度仍然相对较低。此外，硬脂酸锌热处理之后会挥发出去，而六方氮化硼（hBN）耐热温度高，其作为润滑剂的同时还能发挥其绝缘的效果，从而使添加六方氮化硼（hBN）的磁粉芯具有更高的电阻率和较低的磁损耗。说明通过添加六方氮化硼（hBN）作为润滑剂，有助于提高非晶磁粉的压制性能并降低磁损耗，因此本发明优选的技术方案为添加六方氮化硼（hBN）作为润滑剂来制备铁基复合软磁粉芯。
对比例3
本对比例与实施例2的区别仅在于步骤4中采用单一相同含量的硅酮树脂作为绝缘包覆剂，制得硅酮树脂包覆的磁粉芯（对比例3）的性能如表1所示。
通过表1中的数据对比，可以看出与硅酮树脂-Fe3O4包覆相比，单一的硅酮树脂作为绝缘包覆剂时磁粉芯的磁导率实部值明显下降且磁损耗值较高。这是因为硅酮树脂为非磁性相，它的加入会损伤基体的磁性能，导致磁导率值偏低和磁滞损耗的增加。说明通过硅酮树脂-Fe3O4复合包覆有助于提高磁粉芯的磁导率并降低磁损耗，因此本发明优选的技术方案为采用硅酮树脂-Fe3O4复合包覆剂来制备铁基复合软磁粉芯。
表1为实施例1-5和对比例1-3制备出软粉芯的性能对比情况。磁粉芯的性能测试条件如下：（1）磁粉芯进行密度测试前需涂抹适量凡士林，然后采用阿基米德排水法测量；（2）采用四点探针法对磁环电阻率进行测量；（3）磁性能测试由长沙天恒测控技术有限公司生产的型号为TD8120的软磁交流测试系统完成。将所测环形样品缠绕初级线圈150匝，次级线圈150匝，然后分别接到软磁交流测试系统的测量端口与励磁端口并将测试点设置为Bm=0.05T、测试频率分别为f=50kHz和f=150kHz，测量出样品的复数磁导率实部值（μ′，单位为mH/m，f=150kHz）和磁损耗值（Pcm，单位为W/kg）。
表1
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
（1）将铁基非晶磁粉在450～500℃温度下，H2/Ar混合气氛中预处理退火0.5～4h，随炉冷却至室温；
（2）将步骤（1）预处理退火后的非晶磁粉与铁粉混合，其中非晶磁粉占混合粉末质量分数的50%~90%，铁粉末占混合粉末质量分数的10%~50%，将混合粉末放入硅烷偶联剂溶液中快速搅拌2h，硅烷偶联剂溶液由5vol%的硅烷偶联剂KH550和95vol%的无水乙醇组成，硅烷偶联剂KH550与混合粉末的质量比为1：100，然后用去离子水清洗去除粉末表面多余的硅烷偶联剂，最后，50℃条件下真空烘干1h，获得表面偶联改性处理的混合磁粉；
（3）制备Fe3O4纳米粉末；
（4）将Fe3O4纳米粉末与有机树脂混合，加入到二甲苯溶剂中，搅拌均匀得到混合液，其中有机树脂与Fe3O4纳米粉末的质量比为1:4，然后将硅烷偶联处理过的混合磁粉加入到混合液中，搅拌0.5h，并在150℃条件下真空烘干1h，得到绝缘包覆的粉末；
（5）将绝缘包覆的粉末和润滑剂六方氮化硼放入球磨罐中进行机械球磨处理，绝缘包覆粉末与六方氮化硼的质量比为99~99.5:0.5~1；球磨后的粉末放入模具中，在1800~2000MPa压力下冷压，制成致密的环形样品，保压时间为60s；
（6）将压制完毕的环形试样放入真空管式烧结炉中，并在保护性气氛下进行退火热处理，制备出有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯。
2. 根据权利要求1所述一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯的制备方法，其特征在于：步骤（1）中H2 :Ar 的体积比为1:19。
3.根据权利要求1所述一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯的制备方法，其特征在于：步骤（2）中非晶磁粉为FeSiCr非晶磁粉、FeSiBCr非晶磁粉、FeSiB非晶磁粉中的一种，其颗粒分布为100~500目；铁粉为还原铁粉、羰基铁粉中的一种，其颗粒分布为100~500目。
4.根据权利要求1所述一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯的制备方法，其特征在于：步骤（3）制备Fe3O4纳米粉末具体步骤为，取FeCl3溶液，向其中加入适量FeSO4·7H2O，溶解后添加表面活性剂，溶液中表面活性剂的浓度为2wt%，持续搅拌过程再加入10%浓度的NaOH溶液，调节溶液PH=9~10，生成黑色的Fe3O4纳米颗粒，静置1h，使Fe3O4颗粒充分熟化，然后过滤，用蒸馏水洗涤沉淀物至滤液的PH=7~8，干燥后得到Fe3O4纳米粉末。
5.根据权利要求4所述一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、油酸中的一种。
6.根据权利要求1所述一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述有机树脂为硅酮树脂、酚醛树脂、有机硅树脂中的一种。
7. 根据权利要求1所述一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯的制备方法，其特征在于：步骤（5）中机械球磨处理中球料比为5~8:1，球磨介质为不锈钢球，球磨转速为250rpm，球磨时间为2~4h。
8.根据权利要求1所述一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯的制备方法，其特征在于：步骤（6）中所述的热处理温度为350~550℃，升温速率为10℃/min，热处理时间为30~60min；所述的热处理气氛为高纯氩气、高纯氮气中的一种。
9.由权利要求1-8任一所述制备方法制得的有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311674027.4A CN117650006A (zh) | 2023-12-07 | 2023-12-07 | 一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311674027.4A CN117650006A (zh) | 2023-12-07 | 2023-12-07 | 一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117650006A true CN117650006A (zh) | 2024-03-05 |
Family
ID=90047559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311674027.4A Pending CN117650006A (zh) | 2023-12-07 | 2023-12-07 | 一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117650006A (zh) |
-
2023
- 2023-12-07 CN CN202311674027.4A patent/CN117650006A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2020103177A4 (en) | Method For Preparing FeSiBCr/SiO2 Nanocrystalline Soft Magnetic Composite Iron Core | |
| JP4278147B2 (ja) | 磁心用粉末、圧粉磁心およびそれらの製造方法 | |
| CN103262183A (zh) | 复合软磁粉末、复合软磁磁粉芯以及它们的制备方法 | |
| CN103666364B (zh) | 金属软磁复合材料用有机绝缘粘结剂及制备金属软磁复合材料方法 | |
| CN111739730B (zh) | 一种使用有机包覆的高性能金属磁粉芯制备方法 | |
| CN110246675B (zh) | 一种高饱和磁通密度、低损耗软磁复合材料及其制备方法 | |
| JP2008297606A (ja) | 圧粉磁心用金属粉末および圧粉磁心の製造方法 | |
| CN109215924A (zh) | 一种金属软磁复合材料的原位钝化绝缘包覆处理方法 | |
| CN101456075A (zh) | 一种纳米晶软磁合金元件的制备方法 | |
| Tian et al. | Effects of heat treatment and compaction pressure on the microstructure and magnetic properties of core-shell structured FeSiBNbCu/SiO2 soft magnetic composites | |
| CN115083758A (zh) | 一种纳米铁基电感软磁材料的有机树脂包覆制备方法 | |
| CN112735721B (zh) | 一种高频低损耗复合软磁材料及其制备方法和用途 | |
| CN103680915B (zh) | 一种Fe-Co-Zr-Nb-B-Ga纳米晶磁芯的制备方法 | |
| CN113674979A (zh) | 一种应用于超高频率下的金属软磁磁芯的制备方法及其材料 | |
| JP4849500B2 (ja) | 圧粉磁心およびその製造方法 | |
| CN113270242A (zh) | 一种全无机耐高温复合磁粉芯及其制备方法 | |
| CN117650006A (zh) | 一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉芯及其制备方法 | |
| CN108511143B (zh) | 一种高性能电磁铁 | |
| KR20130026116A (ko) | 교류 모터용 분말 코어 및 그 제조방법과 이를 포함하는 교류모터 | |
| CN115083716A (zh) | 一种铁硅磁粉芯及其制备方法与电感 | |
| CN113838658A (zh) | 一种铁硅磁粉芯的制备方法 | |
| CN114582616A (zh) | 一种具有层状结构的Fe/FeSi复合铁粉芯及其制备方法 | |
| JP2009235517A (ja) | 圧粉磁心用金属粉末および圧粉磁心の製造方法 | |
| EP4227964A1 (en) | Soft magnetic powder, preparation method therefor, and use thereof | |
| CN114082942A (zh) | 一种金属磁粉芯的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |