[发明专利]一种面向大功率电抗器磁导率等于60的复合粉芯制备方法

说明书

技术领域

本发明属于软磁材料制备技术领域，具体涉及一种面向大功率电抗器磁导率等于60的复合粉芯制备方法。

背景技术

软磁材料是电力电子工业中广泛应用的一类材料，主要起能量转换、信息变换和传递等作用。金属软磁材料是磁性材料中用途最广、用量最大的一类材料，主要有电工纯铁、铁镍(坡莫)合金、铁硅合金、铁铝合金、铁硅铝合金以及铁钴合金等。

通常，铁硅合金中硅的质量分数介于0.5wt％～6.5wt％，硅含量的增加将会使铁硅合金的电阻率得到提高、损耗下降和加工性能变差。采用铁硅合金粉制备出的软磁粉芯具有优良的直流偏置性能，并且性价比也较高。铁硅铝合金又称为仙台斯特合金(Sendust合金)，它的元素含量为9.6wt％Si、5.4wt％Al，其余全部是Fe元素。由于铁硅铝磁晶各向异性常数和磁致伸缩系数均接近于0，因此铁硅铝软磁材料的磁导率较高、矫顽力也非常低，仅为1.6A/m。该合金还具有高的硬度和高的耐磨性，因此广泛用于制作视频和音频磁头的磁芯。与铁硅软磁粉芯相比较，铁硅铝软磁粉芯的损耗水平明显优于铁硅粉芯，但是直流偏置性能要远低于铁硅粉芯。如果开发出能够结合铁硅铝低损耗和铁硅的优良直流偏置性能的软磁粉芯，将可以用在大功率电抗器中，同时实现耐受大电流、低温升、高效率等优点，因此市场前景非常广阔。

专利CN104505209A公开一种金属软磁复合粉芯的制备方法，即将铁硅铝和铁硅粉末经过前期的退火处理后，按照铁硅与铁硅铝质量比2.0～0.9:1进行配粉，然后采用传统的磷酸钝化工艺对两种粉末分别进行绝缘处理，然后通过混粉、压制，制备出复合粉芯。该专利公布的制备方法工艺复杂，并且需要对铁硅铝和铁硅原粉进行前期的热处理工序。专利CN106229104A中选用的粉末材质为纯Fe、FeSi、FeSiAl、FeNi50、FeNiMo和FeCo，复合粉芯的原粉由金属软磁粉末、非晶纳米晶粉末以及铁氧体粉末中的至少两种粉末类型构成。此外，针对不同材质的粉末，还需要选定不同的粒度。经过粉末的选型和配比之后，采用酸钝化工艺，制备出了不同性能的复合磁粉芯。其中，采用FeNi50:FeSi:FeSiAl(气雾化):Fe基纳米晶:MnZn铁氧体为55:25:5:15:1比例制备出的复合粉芯性能最优，磁导率μ为60复合粉芯的直流偏置性能(100Oe)高达82％，并且在50kHz、100mT条件下的损耗仅为350mW/cm³。但是该制备方法中采用了价格昂贵的FeNi50合金粉，并且所占质量比例为55％，所以该复合粉芯的性价比不高。在实际生产中，采用多种原料粉进行粉料配比，过程控制也比较复杂。

综上所述，很有必要研究一种操作简单的复合粉芯的制备方法，并且能够同时具有低损耗和优良的直流偏置性能。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种面向大功率电抗器磁导率等于60的复合粉芯制备方法，可以制备出有效磁导率为60的复合软磁粉芯，制备出的复合粉芯，在50kHz、100mT条件下的粉芯损耗低于500mW/cm³，具有良好的直流偏置性能。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种面向大功率电抗器磁导率等于60的复合粉芯制备方法，包括以下步骤：

(1)选用质量占比20.0％～30.0％的铁硅粉和70.0％～80.0％的破碎铁硅铝粉配置出金属磁粉；

(2)对制得的金属磁粉进行绝缘处理，并将获得的干燥的绝缘粉末用筛网进行过筛；

(3)向步骤(2)中筛过的绝缘粉末中加入占绝缘粉末质量0.25％的粘结剂、0.3％的脱模剂，混合均匀后，得到待成型的磁粉；

(4)将待成型磁粉压制成粉芯毛坯件；

(5)在充有保护性气体的环境中，将粉芯毛坯件在700℃～800℃进行保温80分钟～110分钟，得到半成品磁粉芯；

(6)在半成品磁粉表面进行绝缘喷涂，获得所需的磁导率等于60的复合粉芯。

进一步地，所述步骤(2)具体为：向制得的金属磁粉中加入占金属磁粉质量6.5‰～8.5‰的磷酸、4.0％～8.0％的CaO粉末以及12.0％的H₂O，搅拌均匀，形成混合的磁粉浆料；将磁粉浆料在常温下搅拌20分钟后，加热至100℃～150℃，并继续搅拌15分钟～40分钟；保温结束后，将获得的干燥的绝缘粉末用筛网进行过筛。

进一步地，所述步骤(2)中采用60-120目的筛网进行过筛。