CN104465004B - 碱性烤蓝工艺制备高饱和磁通密度软磁复合材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碱性烤蓝工艺制备高饱和磁通密度软磁复合材料的方法。采用碱性烤蓝工艺使磁粉表面氧化生成一层均匀的Fe₃O₄的绝缘层，然后经粘结、压制成型、热处理工艺，制备新型软磁复合材料。本发明的优点是：采用碱性烤蓝工艺制备的Fe₃O₄是在软磁粉末的表面原位生长，因此绝缘包覆层与磁粉之间结合度高，并且包覆均匀致密；由于Fe₃O₄具有较高的电阻率，因此具有较好的绝缘效果；另一方面，用亚铁磁性的Fe₃O₄作为绝缘包覆剂，克服了传统非磁性物质作为包覆剂的磁稀释现象，可以获得更高的磁导率及磁通密度；碱性烤蓝工艺操作简单，成本较低，有利于实现工业化生产。

Description

碱性烤蓝工艺制备高饱和磁通密度软磁复合材料的方法

技术领域

本发明涉及磁性材料领域，尤其涉及一种碱性烤蓝工艺制备高饱和磁通密度软磁复合材料的方法。

背景技术

软磁复合材料是采用粉末冶金工艺制造的一种软磁材料，其特殊的磁性能使得其在许多应用场合具有其它材料难以比拟的优势，至今这种材料已经成为软磁材料的重要组成部分。软磁复合材料生产历史悠久，但真正形成产业化是从二十世纪八十年代开始，随着逆变技术的快速发展和广泛应用，伴随着EMC的需求，软磁复合材料得到了广泛的应用；进入二十一世纪，随着逆变电路的高频、高功率密度化和EMC的更高要求，加上人们对软磁复合材料的认识的进一步加深，软磁复合材料的产业化发展速度超过了其它任何软磁材料。

铁粉芯能在高的磁化场下不被饱和，具有良好的直流叠加稳定性。而且其产生工艺简单，价格在各类金属软磁粉芯中是最低的。一般在能满足使用要求的情况下，可优先选用铁粉芯。目前在各类金属软磁粉芯中，是使用最普及，用量最大的一种。

传统的软磁复合材料的制备工艺是用磷酸钝化形成铁的磷化物，然后添加粘结剂、压制成型，在较低的温度下退火或不退火，得到软磁粉芯。因为铁的磷化物在较高的温度下会分解，导致绝缘性能下降，因此退火温度较低，使得压制时产生的内应力不能够完全消除，因此不利于减小磁滞损耗，因此，近年来出现了不同的用氧化物来进行包覆的磁粉芯制备方法，如三菱公司发明了一种蒸镀法在铁粉表面包覆一层MgO绝缘层，另外，近几年来，也出现了用溶胶凝胶法制备氧化物包覆磁粉芯的报道，利用以上方法制备的磁粉芯可以在较高的温度下退火，因此有利于消除压制成型的内应力，但这几种方法制备的绝缘层都是非磁性相，因此会造成磁稀释，导致磁粉芯的饱和磁感应强度下降。

发明内容

本发明的目的是针对上述现象，提供一种碱性烤蓝工艺制备高饱和磁通密度软磁复合材料的方法。通过碱性烤蓝工艺使磁粉表面氧化生成一层均匀的Fe₃O₄的绝缘层，由于Fe₃O₄是一种亚铁磁性的合金，能有效降低合金的磁稀释，有利于提高合金的磁导率及饱和磁通密度。同时碱性烤蓝工艺进行绝缘包覆是一种原位反应过程，因此制备的Fe₃O₄是与磁粉表面的Fe直接反应产生，因此具有更高的结合度，并容易生成一层致密的绝缘保护层。

一种碱性烤蓝工艺制备高饱和磁通密度软磁复合材料的方法步骤如下：

1) 磁粉的绝缘包覆：取NaOH、NaNO₃、NaNO₂溶于H₂O中配置成碱性烤蓝液，控制NaOH、NaNO₃、NaNO₂的浓度分别为0.4~0.7 g/ml、0.06~0.15 g/ml、0.02~0.05 g/ml，将配制好的碱性烤蓝液加热煮沸，加入磁粉，并保证磁粉的浓度小于0.75 g/ml，继续加热保持煮沸状态5~35 min，使得磁粉表面包覆一层绝缘层，然后过滤，干燥,得到软磁合金粉末；

2) 添加粘结剂：将磁粉质量百分比0.5% - 2%的粘结剂倒入包覆好的软磁合金粉末中，加热并充分搅拌至混合物干燥、混合均匀；

3) 压制成型：将上述混合均匀后的合金粉末加入磁粉质量百分比0.25%的硬脂酸锌、0.25%的硬脂酸钡作为润滑剂，在400~2000 MPa的压力下压成磁芯；

4) 热处理：在惰性气体的保护下在400 ~ 700^oC的温度下热处理0.5~2 h，以消除压制产生的内应力，得到软磁复合材料。

所述的粘结剂为硅树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂、硅酮树脂、低熔点玻璃粉、SiO₂中的一种或多种。

所述的磁粉为铁粉或铁硅粉。

利用该方法制备的软磁复合材料由于磁粉表面包覆的一层Fe₃O₄为亚铁磁性材料，不会对软磁复合材料的饱和磁通密度造成太大的损失，可以进一步提高软磁复合材料的饱和磁通密度，另外，碱性烤蓝工艺与蒸镀、溶胶凝胶法等方法相较，工艺简单，制备成本低，更有利于实现大规模的工业化生产。

附图说明

图1为用碱性烤蓝工艺及传统的磷酸钝化工艺制备的铁粉芯的磁滞回线。

具体实施方式

本发明的软磁复合材料是将磁粉进行碱性烤蓝处理在铁粉表面生成一层Fe₃O₄作为绝缘层，然后添加粘结剂、压制成型后退火制成软磁复合材料。

软磁复合材料制备方法的步骤如下：

1) 磁粉的绝缘包覆：取NaOH、NaNO₃、NaNO₂溶于H₂O中配置成碱性烤蓝液，控制NaOH、NaNO₃、NaNO₂的浓度分别为0.4~0.7 g/ml、0.06~0.15 g/ml、0.02~0.05 g/ml，将配制好的碱性烤蓝液加热煮沸，加入磁粉，并保证磁粉的浓度小于0.75 g/ml，继续加热保持煮沸状态5~35 min，使得磁粉表面包覆一层绝缘层，然后过滤，干燥,得到软磁合金粉末；

2) 添加粘结剂：将磁粉质量百分比0.5% - 2%的粘结剂倒入包覆好的软磁合金粉末中，加热并充分搅拌至混合物干燥、混合均匀；

3) 压制成型：将上述混合均匀后的合金粉末加入磁粉质量百分比0.25%的硬脂酸锌、0.25%的硬脂酸钡作为润滑剂，在400~2000 MPa的压力下压成磁芯；

4) 热处理：在惰性气体的保护下在400 ~ 700^oC的温度下热处理0.5~2 h，以消除压制产生的内应力，得到软磁复合材料。

以下结合实例对本发明作进一步详细描述：

实施例1：

将50 g NaOH、10 g NaNO₃及3 g NaNO₂溶于100 ml H₂O中，搅拌均匀，加热至沸腾，然后加入60g Fe粉，继续加热使溶液保持沸腾状态10 min，然后过滤，用无水乙醇反复洗涤3次，在80^oC条件下搅拌直至得到的铁粉干燥。

将得到的铁粉加入2wt%硅树脂与10wt%的乙二醇溶液中，在80^oC条件下搅拌直至粉末干燥，然后加入0.25wt%的硬脂酸锌与0.25wt%的硬脂酸钡，在800 MPa的条件下压制成致密的环形，对环形样品在450^oC条件下退火1 h，制成软磁复合材料。

经检测，软磁合金的饱和磁通密度为1.6 T，磁导率为83。图1为用碱性烤蓝工艺及传统的磷酸钝化工艺制备的铁粉芯的磁滞回线。从图1中可以看出，采用碱性烤蓝工艺制备的铁粉芯具有更高的饱和磁通密度及磁导率。

实施例2：

将40 g NaOH、6 g NaNO₃及5 g NaNO₂溶于100 ml H₂O中，搅拌均匀，加热至沸腾，然后加入75gFe粉，继续加热使溶液保持沸腾状态5 min，然后过滤，用无水乙醇反复洗涤3次，在80^oC条件下搅拌直至得到的铁粉干燥。

将得到的铁粉加入0.5wt%环氧树脂与10wt%的丙酮溶液中，在80^oC条件下搅拌直至粉末干燥，然后加入0.25wt%的硬脂酸锌与0.25wt%的硬脂酸钡，在400 MPa的条件下压制成致密的环形，对环形样品在400^oC条件下退火2 h，制成软磁复合材料。

经检测，软磁合金的饱和磁通密度为1.5 T，磁导率为78。

实施例3：

将70 g NaOH、15 g NaNO₃及2 g NaNO₂溶于100 ml H₂O中，搅拌均匀，加热至沸腾，然后加入50 g 铁硅粉，继续加热使溶液保持沸腾状态35 min，然后过滤，用无水乙醇反复洗涤3次，在80^oC条件下搅拌直至得到的铁粉干燥。

将得到的铁粉加入1wt%酚醛树脂、1wt%SiO₂与10wt%的丙酮溶液中，在80^oC条件下搅拌直至粉末干燥，然后加入0.25wt%的硬脂酸锌与0.25wt%的硬脂酸钡，在2000 MPa的条件下压制成致密的环形，对环形样品在700^oC条件下退火0.5 h，制成软磁复合材料。

经检测，软磁合金的饱和磁通密度为1.6 T，磁导率为95。

Claims (3)

1.一种碱性烤蓝工艺制备高饱和磁通密度软磁复合材料的方法,其特征在于它的步骤如下：

1) 磁粉的绝缘包覆：取NaOH、NaNO₃、NaNO₂溶于H₂O中配置成碱性烤蓝液，控制NaOH、NaNO₃、NaNO₂的浓度分别为0.4~0.7 g/ml、0.06~0.15 g/ml、0.02~0.05 g/ml，将配制好的碱性烤蓝液加热煮沸，加入磁粉，并保证磁粉的浓度小于0.75 g/ml，继续加热保持煮沸状态5~35 min，使得磁粉表面包覆一层绝缘层，然后过滤，干燥,得到软磁合金粉末；

2) 添加粘结剂：将磁粉质量百分比0.5% - 2%的粘结剂倒入包覆好的软磁合金粉末中，加热并充分搅拌至混合物干燥、混合均匀；

3) 压制成型：将上述混合均匀后的合金粉末加入磁粉质量百分比0.25%的硬脂酸锌、0.25%的硬脂酸钡作为润滑剂，在400~2000 MPa的压力下压成磁芯；

4) 热处理：在惰性气体的保护下在400 ~ 700^oC的温度下热处理0.5~2 h，以消除压制产生的内应力，得到软磁复合材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的粘结剂为硅树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂、硅酮树脂、低熔点玻璃粉、SiO₂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的磁粉为铁粉或铁硅粉。