[发明专利]一种制备高性能复杂形状纯铁软磁产品的方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，特别是提供了一种制备高性能复杂形状纯铁软磁产品的方法。

背景技术

纯铁是一种应用最早、价格最便宜的金属软磁材料，它具有较高饱和磁感应强度(Bs=2.15T)和较高居里温度(T_C=770℃），被广泛应用于电力和电子工业中。随着磁路元器件向微型化、多功能化方向发展，所使用的软磁合金零部件的尺寸越来越小，形状也越来越复杂。采用传统的机械加工方法制备这些软磁合金零部件，存在原材料浪费大，周期长，成本高，效率低的缺点。

粉末冶金工艺制备软磁产品具有近净成形的特点，所制备产品不需要或只需要微量加工，是一种节约能源和资源、低成本的制备技术，在软磁零部件的制备中得到广泛的应用。粉末冶金方法制备软磁材料的最大缺点是由于产品中存在一定数量孔隙，致密度低，造成材料磁性能不高。例如，传统压制方法制备的纯铁软磁材料的密度通常低于7.3g/cm³，难以达到高的饱和磁感、高的磁导率和低的矫顽力。为了提高粉末冶金软磁材料的密度和磁性能，中国专利（ZL201010216980.0）介绍了采用热压或热等静压方法提高材料的密度，并通过后续热处理提高材料的磁性能。该方法的主要缺点是热压或热等静压工艺对设备要求高，很难实现产品的低成本、大规模的生产。美国专利（US005963771A）介绍了采用添加磷元素的方法提高材料的密度，加磷可形成液相烧结，促进材料的致密化，提高材料的密度和性能，但由于合金元素磷的加入，会降低材料的饱和磁感强度，损害材料的磁性能，另外，液相烧结产品易于变形，尺寸精度不易控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备高性能和复杂形状纯铁软磁产品的方法。本发明将粉末注射成形与相变活化烧结技术相结合，可以制备出复杂形状、高尺寸精度、高致密度和高磁性能的纯铁软磁材料。

本发明采用羰基铁粉为原料，将羰基铁粉与合适的粘结剂混合均匀，制备出具有良好的流变性能的喂料，然后将喂料采用粉末注射成形技术制备出所需要形状的坯体，将注射坯体先采用溶剂脱脂的方法脱除部分粘结剂后，再采用加热分解的方法将坯体中的粘结剂脱除完全，将脱脂坯体在还原性气氛中、1400～1500℃的温度下烧结，得到高密度、高性能和复杂形状的纯铁软磁产品。该方法所制备材料的磁性能达到甚至超出了熔铸方法制备的电工纯铁的磁性能。本发明工艺步骤为：

1、原料粉末：所采用的原料粉末为羰基铁粉。

2、喂料制备：将羰基铁粉与一定量的粘结剂混合均匀，制备出喂料。本发明使用的粘结剂为蜡基粘结剂，粘结剂在喂料中的重量比为5％～10％。

3、注射成形：将喂料在注射成形机上在一定的成形参数下注入模具成形，得到所需形状的坯体。

4、脱脂：采用溶剂脱脂和热脱脂相结合的方法将成形坯中的粘结剂脱除掉。首先采用溶剂脱脂的工艺将粘结剂中能够溶解的组元溶解脱除，然后再采用热脱脂的方法将成形坯中剩余的粘结剂加热分解脱除掉。

5、烧结：将脱脂坯在1400～1500℃的温度下烧结10分钟～20小时，得到最终产品。

本发明的优点是：

1.无需采用加压烧结的方法获得高的密度，降低了对设备的要求，适合规模化生产。

2.无需采用添加磷的方法提高材料的烧结性能，可以克服磷对材料磁性能的损害以及液相烧结产品易于变形、尺寸精度不易控制的缺点。

3.采用粉末注射成形技术可直接制备出具有三维复杂形状的产品，无需后续机加工，可进一步节约资源和能源，降低成本。

4.可以制备出的致密度大于99％，B₅₀₀₀大于1.75T，矫顽力小于35A/m，最大磁导率大于15mH/m的软磁产品。该性能是目前采用粉末注射成形方法制备的最好的纯铁软磁材料的磁性能。

附图说明

图1为1450℃烧结6h纯铁软磁材料的显微组织

图2为1450℃烧结6h纯铁软磁材料的组织的磁滞回线

具体实施方式

实施例1：