[发明专利]一种Fe‑Si‑Al粉芯环形磁体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磁性材料技术领域，具体涉及一种低损耗Fe-Si-Al粉芯环形磁体的制备方法。

背景技术

铁硅铝磁性合金又称为Sendust合金，于上世纪30年代由日本人在仙台县发明。上世纪80年代初期，将铁硅铝磁性合金制成磁粉芯(又称为Sendust磁粉芯)，通常用CS来表示。铁硅铝磁粉芯的磁性能与高通量磁粉芯相近似，且损耗比高通量磁粉芯要低，然而它的价格要便宜许多。因此，近年来使用也愈来愈广泛。凡是能取代MPP、高通量磁粉芯的地方，都可尽量采用铁硅铝磁粉芯。铁硅铝合金的标准成分是：Al5.4％；Si9.6％；其余为铁。生产铁硅铝磁粉芯用的合金成份控制范围是：Al5.2-5.6％；Si9.2-9.8％；其余为铁。

Fe-Si-Al磁粉芯具有低损耗、高磁导率和高电阻等优点，自上世纪30年代被发现以来，得到众多研究者的广泛关注。同时，Fe-Si-Al磁粉芯的能量储存能力高于铁镍钼磁粉芯和铁硅铝磁粉芯，但是价格远低于铁镍钼磁粉芯，加之自身具有低损耗的特性，使其被广泛应用于开关电源能量存储和滤波电感器中。由于热处理温度、粒度分布、压制压强和绝缘粘结剂含量等都会对Fe-Si-Al磁粉的软磁磁性能造成影响，为了在工业生产过程中，得到优异的磁性能，需要对生产工艺进行量化和细化，找出最优生产过程。

在国内已有一些关于铁硅铝磁粉芯制备方法的专利，申请公布号为CN102303116 A，公布日期为2012年1月4日，专利名称为“一种μ40铁硅铝粉芯的制造方法”。该专利中，制备过程包含熔炼、粗破碎、热处理、细破碎、退火处理、粉末分级、粉末绝缘、压制成型和二次热处理等步骤。成型压力在1200-1400Mpa，热处理温度在600℃-800℃，保温时间1h。在绝缘过程中需要添加的是磷酸、尿素和甘油的水溶液进行钝化处理，粘结剂为固体无机粘结剂(氧化铜、氧化镁、氧化锌和五氧化二磷中的一种或几种)，绝缘剂为云母粉或者滑石粉，需要添加硬脂酸锌或者硬脂酸镁作为脱模剂。采用不同热处理温度、压强和粘结剂含量等制得的磁粉芯的磁导率为39.4-42.9，在100kHz，50mT时的损耗为332mW/cm³-349mW/cm³，损耗明显偏高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的缺点和不足，提供一种低损耗Fe-Si-Al粉芯环形磁体及其制备方法。

一种Fe-Si-Al粉芯环形磁体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将原始Fe-Si-Al合金粉末倒入含有偶联剂的丙酮溶液中搅拌均匀，搅拌均匀的合金粉末放置在真空干燥箱内烘干；

(2)将烘干后的粉末中添加绝缘粘结剂，搅拌均匀后再次进行干燥；所述绝缘粘结剂为有机硅树脂、纳米氧化铝和高岭土的混合物；

(3)将配置好的的混合粉末放入模具中施加压力，经压制成磁环；

(4)将上述磁环在350-450℃下保温20-40min进行热处理并随炉冷却，即可得到Fe-Si-Al磁粉芯。

所述缘粘结剂含量占Fe-Si-Al合金粉末质量的百分比为7wt％。其中，m(有机硅树脂)：m(纳米氧化铝和高岭土)＝2:1，m(纳米氧化铝)：m(高岭土)＝1:1。

所述纳米氧化铝为α-Al₂O₃，粒径30nm，高岭土粒径为3.5μm。

所述原始Fe-Si-Al合金粉末经分筛预处理，得到粒度分布在≤75μm范围内粉末。

所述分筛预处理后的粒度分布在≤50μm范围内粉末。

步骤(1)中所述偶联剂为：硅烷偶联剂KH-550，化学名为γ-氨丙基三乙氧基硅烷；偶联剂的质量占合金粉末质量的0.5％。

步骤(3)中所述压制的压强为1600MPa。

步骤(4)中所述的热处理温度为400℃，保温的时间为30min。

本发明无需进行熔炼和钝化处理，直接采用Fe-Si-Al粉末，经过粉末清洗，添加绝缘粘结剂(有机硅树脂、纳米氧化铝和高岭土)混合压制(压力为1600MPa)，热处理温度400℃，保温时间30min。制得的Fe-Si-Al磁粉芯，磁导率μ为45，在100kHz，50mT时的损耗为18.7W/kg(约合116mW/cm³)。若选用粉末粒度为50μm以下，磁导率可以保持在40，损耗降低为14.0W/kg(约合90mW/cm³)，与CN 102303116 A相比损耗降低了约300％。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：