[发明专利]一种低磁芯损耗的Fe-Si磁粉芯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低损耗特性的磁粉芯及其制备方法。

背景技术

磁粉芯是将铁磁性粉末与绝缘介质混合压制而成的一种复合软磁材料。与金属软磁相比，具有低涡流损耗的特点；与软磁铁氧体相比，又具有更高的饱和磁感应强度。因此，磁粉芯是目前具有良好综合性能的一种新型软磁材料。

Fe-Si磁粉芯的主要特点是饱和磁感应强度高、磁芯损耗比铁粉芯更低、具有优异的直流偏置性能。另外，Fe-Si粉芯还拥有良好的温度稳定性和高能量贮存能力。

发明CN 102314986 A和CN 103824670 A中Fe-Si磁粉芯采用的包覆剂为酚醛树脂。由于有机包覆剂的熔点低，采用这种包覆剂的磁粉芯不能进行高温热处理来消除内应力。发明CN 103700460 A中无机包覆制备的Fe-Si磁芯损耗仍然较高，为2000 mW/cm³左右（测试条件100 kHz, 100 mT）。

发明内容

本发明的目的是使用纳米无机绝缘包覆剂对Fe-Si磁粉进行绝缘处理，提供了一种制备低损耗、高稳定性的Fe-Si磁粉芯的方法。

本发明低磁芯损耗Fe-Si磁粉芯中Si的含量为6.5 wt.%，其余为Fe元素含量。本发明采用的技术方案如下。

1）粉体预处理：将粉体原料先在氢气中进行高温退火预处理，退火温度为800 ℃，保温2小时，然后缓慢冷却至室温。

2） 磷化液的配制：称取一定量的磷酸或者磷酸二氢铝溶于乙醇后配成磷酸的乙醇溶液。

3）粘合剂的配制：采用纳米二氧化硅、云母粉、高岭土等分散于乙醇中，形成一定浓度的胶体溶液或者悬浊液。

4）磷化处理：称取一定量的磷化液，加入粉体后均匀搅拌至溶剂基本挥发尽，然后在80 ℃烘干。磷化液的加入量一般以磷酸计在粉体质量的0.1 %。

5）绝缘粘合剂的包覆：称取一定量的粘合剂分散液，加入粉体后均匀搅拌至溶剂基本挥发尽，然后在80℃烘干。粘合剂的加入量在粉体质量的1%左右。

6）压制成型：采用液压机在磨具中一次压制成型，压制吨位为20 T/cm²，压制前加入0.15 %硬脂酸锌作脱模润滑剂。压制样品为环形，外径14 mm，内径8 mm，质量控制在4.6 g左右。

7）退火烧结：将样品置于管式炉中，于氢气气氛下烧结，烧结温度在600-800℃，保温时间1-2小时。

本发明采用纳米SiO₂作为表面绝缘包覆材料，经过调控粘合剂的加入量、去应力退火条件等参数条件，获得了低磁芯损耗（614 mW/cm³, 测试条件为50 kHz, 100 mT）的Fe-6.5Si磁粉芯。该粉芯具有比铁粉芯更低的损耗、高的性价比和良好的直流偏置特性。

本发明Fe-6.5Si低损耗磁粉芯可以用来替代成本较高的高磁通材料。由于高饱和度的优势，还可以应用在大负载电感的设计和应用中，例如使用新能源(太阳能、风能和混合动力)的变频器、功率因数校正器和UPS不间断电源。

附图说明

图1为不同频率条件下磁芯损耗随磁场的变化（0.3%纳米SiO₂）。

图2为直流叠加特性（0.3%纳米SiO₂）。

图3为磁粉芯损耗与使用温度的关系（0.3%纳米SiO₂）。

具体实施方式

本发明Fe-Si磁粉芯的磁芯损耗为614 mW/cm³ (50 kHz, 100 mT)之间，具体实施方式如下。

实施方式一。

1）本发明低损耗Fe-Si磁粉芯由Fe、Si两种元素组成，其中Si元素原子比为6.5 wt%，其余为Fe元素。粉体颗粒大小选择200目。

2）先将粉体原料在氢气中进行高温退火预处理，退火温度为800 ℃，保温2小时，然后缓慢冷却至室温。

3）称取粉体质量的0.1 %（以磷酸计）的磷化液，加入粉体后均匀搅拌至溶剂基本挥发尽，然后在80 ℃烘干。

4）称取粉体质量1 %的粘合剂分散液和0.15 %的SiO₂，加入粉体后均匀搅拌至溶剂基本挥发尽，然后在80℃烘干。

5）加入0.15 %硬脂酸锌作脱模润滑剂，然后采用液压机在模具中一次压制成型，压制吨位为20 T/cm²。