一種金屬軟磁復合材料用粉末的包覆方法及磁體的制備方法
【專利摘要】一種金屬軟磁復合材料用粉末的包覆方法，是由異丙醇鋁作為前驅物采用溶膠-凝膠及高溫熱處理法來包覆一層納米Al2O3，再包覆硅烷偶聯劑和硅樹脂并將包覆的有機物干燥即得到包覆粉末。本發明還公開了采用上述包覆粉末制備金屬軟磁復合材料的方法，即是將包覆粉末解碎過篩后添加適量的潤滑劑，進而壓制成形，最后將壓坯進行退火處理即得到所需的軟磁復合材料。本發明的軟磁復合材料粉末包覆納米Al2O3均勻致密，同時高溫熱處理改善了磁粉的成形性。所制備的軟磁復合材料具有高的磁導率和更低的損耗，頻率穩定性好，隨著頻率的提高，磁導率衰減很小，在高頻下具有更小的磁損耗，并且制備設備簡單、易操作，成本低，特別適合于工業化大批量、大規模生產用。
【專利說明】一種金屬軟磁復合材料用粉末的包覆方法及磁體的制備方 法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于粉末冶金及磁性材料【技術領域】，特別涉及一種金屬軟磁復合材料用粉 末的包覆方法，以及采用這種包覆粉末來制備軟磁復合材料的方法。
【背景技術】
[0002] 軟磁復合材料是一種重要的電子材料，在電力工業、電訊工程及高頻無線電技術 等方面均有重要的應用。早期的軟磁復合材料是采用有機物包覆金屬磁性粉末，然后通過 壓制成形和熱處理等工藝而制備。如美國專利USPatent874908就報道了采用鐵-樹脂復 合做成軟磁材料。此外Yamaguchi的美國專利U.S. 3935340采用熱塑料包覆層。使用有機 物包覆層時，熱處理溫度被限制在500°C以下，因而所得磁體的磁性能不高。為了進一步提 高絕緣層的耐熱溫度，無機物包覆被廣泛采用。無機包覆層主要有金屬氧化物包覆層（如 Al203、Si02、Fe203)、磷酸鹽包覆層(如磷酸鋅、磷酸鐵和磷酸猛等）和硫化物包覆層。如磷酸 溶液處理方法，它是將粉末置入特定濃度、溫度的磷酸溶液中，反應一定時間后，經過濾、洗 滌、烘干得到絕緣鐵粉。瑞典H6ga&s公司、德國Bosch公司等均采用這種方法獲得軟磁絕 緣鐵粉，并在中國申請了發明專利。日本JFE公司采用磷酸鋁鹽包覆方法對鐵粉、Fe-Si粉、 Fe-Al粉、Fe-Ni粉等進行絕緣化處理，溶液由重鉻酸鹽、磷酸、乙醇、蒸餾水組成，并添加硅 烷或表面活性劑提高金屬粉末壓縮性能，經浸泡、過濾、烘干得到絕緣粉末，再通過壓制成 形獲得具有良好絕緣性和高磁通密度的復合材料，但是，這種方法引入了有毒性的重鉻酸 鹽。
[0003] 實際的軟磁復合材料多采用無機物和有機物多層包覆。如Katz申請的專利 US2783208報道的雙層包覆層為磷酸和熱固性酚醛樹脂；而Rutz的專利US5063011則采用 的是鐵的磷酸鹽和熱塑性樹脂。Soileau等的專利US4601765報道的是先采用堿金屬硅酸 鹽包覆，然后再包覆硅氧烷樹脂。雙包覆層較能滿足各種性能的要求(磁性、機械、化學、熱 性能等)。
[0004] 近年來，以超細甚至納米金屬氧化物(如A1203、Ti02、Si02、Mg02等）作為無機物包 覆層得到普遍采用。歐洲專利EP434669報道在10-300iim的粉末中包覆一層不超過10iim 的堿金屬氧化物。中國發明專利200610040493. 7報道了一種采用納米Si02包覆羰基鐵粉 的制備方法。中國發明專利03118558. 4報道了一種硅-鐵均勻包覆型復合粉的制備方法， 利用高能粉碎設備將微米級硅粉粉碎成納米級硅粉，然后與球形鐵粉混合球磨，獲得納米 硅均勻包覆在鐵顆粒表面的復合粉。
[0005] A1203是一種具有高電阻率和耐熱性的絕緣材料，是軟磁復合粉末的首選包覆物。 而包覆納米氧化物又是最可行的。但是如何把該納米氧化物均勻地而致密地包覆在磁性金 屬粉末上，是當前軟磁復合材料領域的一項新課題。由于納米粉末容易團聚，所以不易分散 開，于是李篤信等人(粘結劑對純鐵磁粉芯性能的影響，粉末冶金工業，2011，vol. 21，No. 4) 采用納米無機物分散液將納米粉末分散開包覆在磁性粉末上。但是這樣也不能保證納米 粉末能與磁性金屬粉末牢固結合。為此，本專利采用溶膠-凝膠并結合高溫熱處理把納米A1203均勻而致密地包覆在金屬磁性粉末上，并采用此包覆粉末制備金屬軟磁復合材料。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種金屬軟磁復合材料用粉末的包覆 方法，該方法工藝簡單易操作，且設備簡單，制得的包覆層薄而均勻致密。
[0007] 本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種金屬軟磁復合材料的制備方法，采 用上述包覆粉末進行制備，所得軟磁復合材料具有絕緣性好、性能穩定、制備工藝簡單等特 點，適合于大規模生產。
[0008] 本發明解決上述第一個技術問題所采用的技術方案為：一種金屬軟磁復合材料用 粉末的包覆方法，其特征在于包括以下步驟：
[0009] 1)把異丙醇鋁和去離子水放入燒杯中并置于80?90°C水浴攪拌溶解30_60min;
[0010] 2)然后加入HN03，繼續在80?90°C水浴中攪拌10?15h;
[0011] 3)隨后在85?95 °C水浴中靜置陳化20?30h;
[0012] 4)將過濾后得到的A100H溶膠與金屬磁性粉末混合；
[0013] 5)接著在120?150°C下干燥30?150min得到A100H凝膠包覆的粉末；
[0014] 6)將所得到的粉末在H2或分解氨氣氛下高溫熱處理，即得到包覆納米A1203的金 屬磁性粉末；
[0015] 7)最后在步驟6)得到的金屬磁性粉末上先包覆硅烷偶聯劑，再包覆硅樹脂，并將 混合好的物料于120?180°C保溫干燥30-150min，即得到包覆粉末。
[0016] 作為改進，所述步驟1)、2)中的異丙醇鋁、去離子水和HN03的加入量的摩爾比為 1:80 ?100:0.3?0.5。
[0017] 作為改進，所述步驟4)中的金屬磁性粉末是由純Fe、Fe-Si、Fe-Si-Al、Fe-Ni、 Fe-Ni-Mo或Fe-Co中的一種或多種組成，金屬磁性粉末平均粒度為20?100iim。
[0018] 再改進，所述步驟6)中的高溫熱處理的溫度為1000?1300°C，保溫時間30? 180min〇
[0019] 再改進，所述步驟7)中的金屬磁性粉末占總成分97. 5?99wt%，硅烷偶聯劑占總 成分0. 3?1.Owt%，娃樹脂占總成分0. 5?1. 5wt%。
[0020] 本發明解決上述第二個技術問題所采用的技術方案為：一種軟磁復合材料的制備 方法，其特征在于包括以下步驟 ：
[0021] 1)以異丙醇鋁作為前驅物，按照上述任意一種金屬軟磁復合材料用粉末的包覆方 法獲得包覆粉末；
[0022] 2)將烘干后的包覆粉末進行解碎并過篩；
[0023] 3)隨后加入適量潤滑劑后混合均勻；
[0024] 4)將混合料壓制成形；
[0025] 5)最后將壓坯進行退火熱處理，即得到所需的軟磁復合材料。
[0026] 作為優選，所述步驟2)的過篩是采用100?200目篩。
[0027] 作為優選，所述步驟3)的潤滑劑為KP-11、硬脂酸、硬脂酸鋅或硬脂酸鋰中的一種 或幾種混合，潤滑劑含量為混合料重量的〇. 4?1. 2%。
[0028] 作為優選，所述步驟4)的壓制成形的工藝為在800?1500MPa壓力下壓制成環形、 E形或U形。
[0029] 優選的，所述步驟5)的退火熱處理的工藝參數為：溫度500?1000°C，保溫時間 30?120min，氣氛為H2或分解氨氣氛。
[0030] 與現有技術相比，本發明的優點在于：采用溶膠-凝膠及高溫熱處理法進行包覆， 所包覆納米A1203無機物層薄而均勻致密，具有優良的絕緣性；同時由于高溫熱處理改善了 金屬磁性粉末壓制成形性，采用本發明所制備的軟磁復合材料具有高的磁導率和更低的損 耗，頻率穩定性好，隨著頻率的提高，磁導率衰減很小，在高頻下具有更小的磁損耗，并且制 備設備簡單、易操作，成本低，特別適合于工業化大批量、大規模生產用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發明的軟磁復合材料的制備工藝流程圖；
[0032] 圖2是純鐵粉的SEM照片；
[0033] 圖3是純Fe包覆A100H凝膠后的磁粉照片；
[0034] 圖4是純Fe經高溫熱處理包覆納米A1203后的磁粉照片；
[0035] 圖5是純Fe包覆納米A1203及有機物后的磁粉照片；
[0036] 圖6. 1、圖6. 2是純Fe軟磁復合材料650°C退火處理后的SME照片。
【具體實施方式】
[0037] 以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0038] 實施例1 :
[0039] 將異丙醇鋁放入去離子水中經85°C水浴并磁力攪拌40min，隨后滴入HN03并繼續 磁力攪拌l〇h，異丙醇鋁、去離子水和硝酸按摩爾比1:80:0. 4配比。磁力攪拌結束后繼續 在90°C下水浴靜置陳化20h，將過濾得到的A100H溶膠與用作軟磁復合材料用的平均粒徑 為35ym的水霧化純Fe粉混合均勻，溶膠重量為水霧化純Fe粉的2%，隨后將混合料在干燥 箱中150°C保溫120min即得到A100H凝膠包覆的粉末。再將所得粉末在H2氣氛中加熱到 1120°C保溫60min。即得到納米A1203所包覆的磁性粉末。隨后將熱處理過的混合料中加入 占總質量0. 5%的硅烷偶聯劑進行混合均勻，將占總質量1%硅樹脂加入混合均勻。將混合 好的物料放入烘干箱中150°C干燥2h，冷卻后物料經解碎過100目篩。所得粉末加入0.6% 含量的KP-11潤滑劑混合均勻，隨后經llOOMPa壓力壓制成416X48X5環。將得到的試 樣在純H2氣氛的燒結爐中650°C熱處理，保溫60min，最后在BH測試儀上對樣品進行磁性 能測試。所得試樣性能見表1所示（Bmax=20mT)。
[0040] 表 1
【權利要求】
1. 一種金屬軟磁復合材料用粉末的包覆方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 把異丙醇鋁和去離子水放入燒杯中并置于80?90°C水浴攪拌溶解30-60min ; 2) 然后加入HN03，繼續在80?90°C水浴中攪拌10?15h ; 3) 隨后在85?95 °C水浴中靜置陳化20?30h ; 4) 將過濾后得到的A100H溶膠與金屬磁性粉末混合，溶膠重量為金屬磁性粉末重量的 0. 5-3% ； 5) 接著在120?150°C下干燥30?150min得到A100H凝膠包覆的粉末； 6) 將所得到的粉末在H2或分解氨氣氛下高溫熱處理，即得到包覆納米A1203的金屬磁 性粉末； 7) 最后在步驟6)得到的金屬磁性粉末上先包覆硅烷偶聯劑，再包覆硅樹脂，并將混合 好的物料于120?180°C保溫干燥30-150min，即得到包覆粉末。
2. 根據權利要求1所述的包覆方法，其特征在于：所述步驟1)、2)中的異丙醇鋁、去離 子水和HN03的加入量的摩爾比為1:80?100:0. 3?0.5。
3. 根據權利要求1所述的包覆方法，其特征在于：所述步驟4)中的金屬磁性粉末是由 純Fe、Fe-Si、Fe-Si-Al、Fe-Ni、Fe-Ni-Mo或Fe-Co中的一種或多種組成，金屬磁性粉末平 均粒度為20?100 ii m。
4. 根據權利要求1所述的包覆方法，其特征在于：所述步驟6)中的高溫熱處理的溫度 為1000?1300°C，保溫時間30?180min。
5. 根據權利要求1所述的包覆方法，其特征在于：所述步驟7)中的金屬磁性粉末占總 成分97. 5?99wt%，硅烷偶聯劑占總成分0. 3?1. Owt%，硅樹脂占總成分0. 5?1. 5wt%。
6. -種軟磁復合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 以異丙醇鋁作為前驅物，按照權利要求1?5任意一種所述的包覆方法獲得包覆粉 末； 2) 將烘干后的包覆粉末進行解碎并過篩； 3) 隨后加入適量潤滑劑后混合均勻； 4) 將混合料壓制成形； 5) 最后將壓坯進行退火熱處理，即得到所需的軟磁復合材料。
7. 根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于：所述步驟2)的過篩是采用100?200 目篩。
8. 根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于：所述步驟3)的潤滑劑為KP-11、硬脂 酸、硬脂酸鋅或硬脂酸鋰中的一種或幾種混合，潤滑劑含量為混合料重量的〇. 4?1. 2%。
9. 根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于：所述步驟4)的壓制成形的工藝為在 800?1500MPa壓力下壓制成環形、E形或U形。
10. 根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于：所述步驟5)的退火熱處理的工藝 參數為：溫度500?1000°C，保溫時間30?120min，氣氛為H2或分解氨氣氛。
【文檔編號】B22F1/02GK104368807SQ201310351622
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年8月13日 優先權日:2013年8月13日
【發明者】彭元東, 馬建, 聶軍武, 包崇璽 申請人:東睦新材料集團股份有限公司