CN1931480A - 高磁导率铁粉芯的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高磁导率铁粉芯的制造方法。方法的步骤如下：1)将二次还原铁粉按一定比例均匀混合，加入浓度为0.1～0.2％铬酸酐溶液，加热炒干，2)小于400目的云母粉、有机环氧型粘结剂和硬脂酸锌与上述炒干的铁粉混合均匀；3)将上述混合铁粉在自动干粉成型液压机上模压成型，经去应力处理，再用氮气保护进行热处理，保温后，投入水中冷却，随后用100℃烘干，再经过表面喷涂环氧型绝缘油漆即可。其优点是：1)用本制造方法的产品(环形)其有效磁导率可达μe＝100。2)用本制造方法生产环形铁粉芯其磁芯损耗与较好μe＝75产品的磁芯损耗相当。3)用本制造方法生产的环形铁粉芯在直流偏磁场(HDC＝50Oe)的磁导率约为μe＝50。

Description

高磁导率铁粉芯的制造方法
技术领域
本发明属于磁性物体的制造方法，特别是由纯铁粉末经包复、绝缘处理后模压成型的高磁导率铁粉芯的制造方法，这种电感铁芯主要适用于开关电源、滤波器的铁芯，可控硅整流器作成扼流圈的铁芯等。
背景技术
铁粉芯的特点是饱和磁感应高，和硅钢相当，同时在频率1kHz～200kHz的频率特性好，一般使用的有效磁导率为μe＝75，但由于电子设备的小型化，要求高的磁导率、低的损耗、良好的交直流叠加性能。可作噪声滤波器，防止电子设备产生的噪声，它适用于开关电源、可控硅整流器中作成扼流圈，防止噪声侵入微型电子计算机等电子设备、仪器。
一般铁粉芯的制造(生产)均采用对铁粉进行包复，形成绝缘膜增加其电阻率，(相当于硅钢片的表面涂层)，再添加粘结剂使其模压成型有一定的机械强度，便于绕制成铁芯电感，为了便于液压机自动化生产，配制的粉料还须添加脱模剂。在模压成形过程中，铁粉还会变化，必须有去应力措施和粘结剂的固化处理。
日本专利P2000-058817(压粉磁芯用磁性粉末)，其主要改变粉末组成，高压13t/cm2成形，再经过700℃，氩气保护1小时热处理，其磁导率达到100左右。估计其成本较高，其一是细粉过多，＜45μm为20～60％，专利要求2中20μm以下为10～50％，其二是成型压力达到13t/cm2，其三是700℃氩气Ar环境保持1小时，还没有报导铁芯损耗数据。
美国专利2002-6419877压制用软磁材料，采用雾化铁(ABC100.30)高压成形300～1500MPa，600℃以上热处理，报导150Hz，1kHz 1～10kHz铁芯损耗。估算其成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种高磁导率铁粉芯的制造方法。
方法的步骤如下
1)将100重量份的二次还原铁粉按大于100目，3～10重量份，100目至325目，70～80重量份，小于325目，10～27重量份比例均匀混合，加入10～20重量份的重量浓度为0.1～0.2％铬酸酐溶液，加热到100～150℃炒干，
2)小于400目0.1～0.3重量份的云母粉、0.2～0.4重量份有机环氧型粘结剂和0.2～0.6硬脂酸锌与上述炒干的铁粉混合均匀；
3)将上述混合铁粉在自动干粉成型液压机上模压成型，成型压力为8～9t/cm2，成形密度为6.9～7.0g/cm3，经100～150℃去应力处理，去应力处理时间为1～4小时，再用氮气保护于500～600℃进行热处理，保温时间为10～40分钟后，投入水中冷却，随后用100℃烘干，再经过表面喷涂环氧型绝缘油漆即为成品。
所述的二次还原铁粉为FHY100.25或FHY100.27。
本发明的有益效果：
1)由于将铁粉分级按一定的粒度组成，在模压成型压力不大时(如8～9t/cm-2)，能适当的提高生坯密度，从6.9g/cm3升到7.15g/cm3，为成品提高磁性能打好基础；
2)选用氮气作为模压成型后热处理的保护性气体，安全性强，便于生产，成本低，有进一步提高成品密度的作用；
3)制造出的软磁铁粉具有磁导率为100，铁芯损耗低，交直流叠加，性能良好的特点。
具体实施方式
本发明为了提高磁导率，通常要求提高成形体的高密度化，提高密度也会使其叠加直流偏磁场后的磁导率下降较小。使成形体高密度化，这样会提高模压成形的压力，使得成形体的温度升高，会影响压制速度，造成效率的低下。改变粉料颗粒组成的配比也可以适当提高密度，采用压制成型后热处理，除了能提高密度外，还能使铁粉产生再结晶，从而提高饱和磁感应强度Bs值，这也是达到提高磁导率的有效手段。
用粉末冶金用还原铁粉制造出磁导率为100，铁芯损耗在100kHz，140Gs条件下小于60mw/cm3，在AC100交流kHz时附加直流偏磁场(DC Bias)后磁导率为50的高磁导率铁粉芯。本发明要解决的技术问题是提供一种工艺较为便捷，生产出上述技术性能的铁粉的制造方法。
本发明包括下述步骤：购进还原铁粉进行粉料颗粒分级和按一定的粒度组成进行混合粉末表面化字处理—添加绝缘剂、粘结剂、脱模剂后混合均匀—模压成型—热处理—表面喷涂绝缘油漆。
下面对本发明作进一步的说明。
实施例1：
将购进的粉末冶金用还原铁粉进行检验，使用化学成份要求C≤0.03％，S，P≤0.02％，Fe≥98.5％，氢损≤0.30％，物理-工艺性能：松装密度2.40～2.80％，流动性不大于30S/50g，压缩性不小于6.60g/cm3。将符合上述要求的铁粉进行筛分，按＞150μm(+100目)，3％，-100目～+325目80％，-325目(＜45μm)17％混合均匀，配制铬酸酐(CrO3)溶液0.1％，质量为铁粉的10％，添加到混合均匀的铁粉中加热到100℃炒干，配制绝缘剂-云母粉(-400目)0.1％，FK有机环氧型粘结剂0.2％，脱膜剂为硬脂酸锌，质量为0.2％，将其与炒干后的铁粉均匀混合。用此经化学处理和添加绝缘剂、粘结剂、脱模剂的铁粉在自动干粉成型液压机上模压成型，将铁粉投入Φ26.9/Φ14.5×11.0模压，选定单位压强8t/cm2进行压制，成形密度为6.9g/cm3，经100℃去应力处理后再进行热处理，热处理时用氮气保护在500℃保温40分钟后，投入水中冷却，随后用100℃烘干，再经过表面喷涂环氧型绝缘油漆即为成品。经上述工艺后其磁性能技术参数如表1，表2，表3：
绕制线径Φ0.29mm 10匝
表1
Figure A20061005362900051
表1中电感系数与磁导率有对应关系μ＝LLe/4πAeN2，AL＝L/N2，对于规格为Φ26.9/Φ14.5×11.1铁粉芯μe＝100对应AL＝12.5nH/N2。
表2Φ0.8mm 26Ts交直流叠加性能AC为100kHz。
Figure A20061005362900052
表3磁芯损耗(mw/m3)
试样号   10kHz500Gs   50kHz225Gs   100kHz140Gs   250kHz200Gs
  1   59   67   60   490
  2   58   66   60   485
实施例2：
将购进的粉末冶金用还原铁粉进行检验，使用化学成份要求C≤0.03％，S，P≤0.02％，Fe≥98.5％，氢损≤0.30％，物理-工艺性能：松装密度2.40～2.80％，流动性不大于30S/50g，压缩性不小于6.60g/cm3。将符合上述要求的铁粉进行筛分，按＞150μm(+100目)，10％，-100目～+325目70％，-325目(＜45μm)20％混合均匀，配制铬酸酐(CrO3)溶液0.2％，质量为铁粉的20％，添加到混合均匀的铁粉中加热到100℃炒干，配制绝缘剂-云母粉(-400目)0.4％，FK有机环氧型粘结剂0.4％，脱膜剂为硬脂酸锌，质量为0.6％，将其与炒干后的铁粉均匀混合。用此经化学处理和添加绝缘剂、粘结剂、脱模剂的铁粉在自动干粉成型液压机上模压成型，将铁粉投入Φ26.9/Φ14.5×11.0模压，选定单位压强9t/cm2进行压制，成形密度为7g/cm3，经100℃去应力处理后再进行热处理，热处理时用氮气保护在600℃保温10分钟后，投入水中冷却，随后用100℃烘干，再经过表面喷涂环氧型绝缘油漆即为成品。经上述工艺后检验其磁性能技术参数如表4、表5、表6：
表4Φ26.9/Φ14.5×11.1Φ0.29 10Ts
表5交直流叠加性能AC 100kHz
Figure A20061005362900071
表6磁芯损耗(mw/m3)
试样号   10kHz500Gs   50kHz225Gs   100kHz140Gs   250kHz200Gs
  1   58   65   60   485
  2   58   66   61   480
实施例3
将购进的粉末冶金用还原铁粉进行检验，使用化学成份要求C≤0.03％，S，P≤0.02％，Fe≥98.5％，氢损≤0.30％，物理-工艺性能：松装密度2.40～2.80％，流动性不大于30S/50g，压缩性不小于6.60g/cm3。将符合上述要求的铁粉进行筛分，按＞150μm(+100目)，8％，-100目～+325目75％，-325目(＜45μm)17％混合均匀，配制铬酸酐(CrO3)溶液0.15％，质量为铁粉的15％，添加到混合均匀的铁粉中加热到100℃炒干，配制绝缘剂-云母粉(-400目)0.3％，FK有机环氧型粘结剂0.3％，脱膜剂为硬脂酸锌，质量为0.4％，将其与炒干后的铁粉均匀混合。用此经化学处理和添加绝缘剂、粘结剂、脱模剂的铁粉在自动干粉成型液压机上模压成型，将铁粉投入Φ26.9/Φ14.5×11.0模压，选定单位压强8.5t/cm2进行压制，成形密度为7g/cm3，经100℃去应力处理后再进行热处理，热处理时用氮气保护在550℃保温20分钟后，投入水中冷却，随后用100℃烘干，再经过表面喷涂环氧型绝缘油漆即为成品。经上述工艺后制成的环形铁粉芯的磁性能如表7、表8、表9：
表7
Figure A20061005362900072
表8交直流叠加性能AC 100kHz
Φ0.8mm 26Ts
Figure A20061005362900081
表9磁芯损耗(mw/m3)
试样号   10kHz500Gs   50kHz225Gs   100kHz140Gs   250kHz200Gs
  5   58   67   59   485
  6   58   66   60   488
对比样数据如下：μ0＝100规格Φ26.9/Φ14.5×11.1 AL＝125 DC BiasHDC＝50Oe为46％μ0，磁芯损耗如表10
表10磁芯损耗(mw/m3)
牌号   1kHz1500Gs   10kHz500Gs   50kHz225Gs   100kHz140Gs   500kHz50Gs
  -45μ0＝100 49 60 69 62 92
(对比数据来自美国MICROMETALS公司样本)
日本专利P2000-058817的实例数据如下：密度5.6～5.95g/cm3，磁导率92.9～102.9，HDC＝80Oe 32.8～38.5％。
发明的效果
从上述的工艺数据可以看出使用粉末冶金用二次还原铁粉通过粒度组成的限度，可以提高压制密度，再经过热处理可以制造出磁导率为100，磁芯损耗低，叠加直流偏磁场后磁性能良好的铁粉芯，具有较大的工业化价值。
工艺流程图
原料粉→分筛→配比→混合→表面处理→添加辅料混合→模压成型→热处理→表面喷涂绝缘油漆→检验。

Claims (2)

1、一种高磁导率铁粉芯的制造方法，其特征在于，方法的步骤如下
1)将100重量份的二次还原铁粉按大于100目，3～10重量份，100目至325目，70～80重量份，小于325目，10～27重量份比例均匀混合，加入10～20重量份的重量浓度为0.1～0.2％铬酸酐溶液，加热到100～150℃炒干；
2)小于400目0.1～0.3重量份的云母粉、0.2～0.4重量份有机环氧型粘结剂和0.2～0.6硬脂酸锌与上述炒干的铁粉混合均匀；
3)将上述混合铁粉在自动干粉成型液压机上模压成型，成型压力为8～9t/cm2，成形密度为6.9～7.0g/cm3，经100～150℃去应力处理，去应力处理时间为1～4小时，再用氮气保护于500～600℃进行热处理，保温时间为10～40分钟后，投入水中冷却，随后用100℃烘干，再经过表面喷涂环氧型绝缘油漆即可。
2、根据权利要求1所述的一种高磁导率铁粉芯的制造方法，其特征在于，所述的二次还原铁粉为FHY100.25或FHY100.27。
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