一種復合磁粉及復合磁粉芯的制備方法與流程

本發明屬于磁性材料制備領域，尤其涉及一種復合磁粉及復合磁粉芯的制備方法。

背景技術：

鐵硅鋁軟磁合金，又稱為Sendust合金，其化學組成為5.4wt.％Al，9.6

wt.％Si，其余為Fe(85wt.％)。鐵硅鋁合金非常脆，很容易破碎成粉，一般制備成磁粉芯使用。

與鐵硅芯及鐵粉芯相比，鐵硅鋁磁粉芯高頻損耗更低，而且具有較高的飽和磁感應強度和磁導率，價格低廉，有利于實現小型化。此外，鐵硅鋁合金的磁致伸縮系數λ_s接近于零，有利于消除濾波電感器工作時產生的聽覺頻率噪聲。由于具有低損耗、低成本等特點，以及其他磁粉芯無可比擬的綜合性能，鐵硅鋁磁粉芯已快速發展起來，在輸出電感、線路濾波器、功率因素校正器等器件中得到了廣泛的應用。

早期的鐵硅鋁磁粉芯工作頻率比較低，只要求高的磁導率而對損耗要求并不高。隨著鐵硅鋁磁粉芯的使用工作頻率越來越高，高頻損耗大，如何在保證磁粉芯高磁導率的情況下，降低磁芯高頻損耗成為突出問題。因此研究磁粉芯磁導率和磁芯損耗的影響因素就顯得尤為重要。國內外關于金屬磁粉芯的研究主要是通過提高磁粉性能、選擇合適的絕緣劑及磁粉粒度、調整壓制參數等方法來改善磁粉芯的磁性能。隨著研究的深入，考慮從工藝方面進行改進，如成型壓力、絕緣包覆工藝和熱處理對磁粉芯的磁導率和損耗的影響越來越受到關注。鐵硅鋁磁粉芯生產過程中最關鍵工序之一就是粉末的絕緣包覆工藝。通過絕緣包覆，可阻隔磁粉之間的電接觸，從而可以增大磁粉的電阻率，降低高頻損耗。

目前國內外常用的鐵硅鋁磁粉芯制備方法采用的絕緣包覆工藝，使用的非磁性絕緣層稀釋了磁性，導致磁導率低；絕緣層不穩定(高溫分解)且強度低(磁粉芯壓制成型過程中包覆層容易被壓破)導致高頻損耗高。此外，目前常用的鐵硅鋁磁粉扁平度不夠好，不利于進一步提高磁導率及降低高頻損耗。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種復合磁粉及復合磁粉芯的制備方法，由本發明提供的方法制得的磁粉芯具有較高的磁導率和較低的高頻損耗。

本發明提供了一種復合磁粉的制備方法，包括以下步驟：

a)、采用熔體快淬法制備鐵硅鋁合金薄帶；制備過程中，甩帶時施加定向磁場；將制得的鐵硅鋁合金薄帶進行破碎，得到鐵硅鋁合金碎片；

b)、將所述鐵硅鋁合金碎片與鐵氧體粉末混合球磨，得到復合磁粉。

優選的，所述定向磁場的磁場強度為500～2000Oe。

優選的，甩帶過程中一直施加定向磁場。

優選的，所述鐵硅鋁合金薄帶的厚度為5～50μm。

優選的，所述鐵氧體粉末的粒徑為10nm～2μm。

優選的，所述鐵硅鋁合金碎片與鐵氧體粉末的質量比為100：(2～20)。

優選的，所述球磨過程中的球料質量比為(10～15):1。

優選的，所述球磨采用的磨球直徑為3～15mm。

本發明提供了一種復合磁粉芯的制備方法，包括以下步驟：

粘結劑、潤滑劑和按照上述技術方案所述方法制備得到的復合磁粉依次進行混合和壓制，得到復合磁粉芯。

優選的，所述壓制的壓力為1500～2000MPa；所述壓制的時間為3～8min。

與現有技術相比，本發明提供了一種復合磁粉及復合磁粉芯的制備方法，本發明提供的復合磁粉芯的制備方法包括以下步驟：a)、采用熔體快淬法制備鐵硅鋁合金薄帶；制備過程中，甩帶時施加定向磁場；將制得的鐵硅鋁合金薄帶進行破碎，得到鐵硅鋁合金碎片；b)、將所述鐵硅鋁合金碎片與鐵氧體粉末混合球磨，得到復合磁粉；c)、將粘結劑、潤滑劑和所述復合磁粉依次進行混合和壓制，得到復合磁粉芯。本發明首先在制備鐵硅鋁合金薄帶時的甩帶過程中施加定向磁場，通過這種方式提高了鐵硅鋁合金薄帶的飽和磁化強度和磁導率。之后將破碎得到鐵硅鋁合金碎片與鐵氧體粉末球磨，借助于球磨時碾壓作用，使鐵氧體粉末均勻嵌入在鐵硅鋁合金碎片表面，形成鐵氧體絕緣包覆層。本發明通過球磨的方式混合鐵氧體粉末和鐵硅鋁合金碎片，不但能夠使鐵氧體均勻、牢固的包覆在鐵硅鋁合金碎片表面，而且在鐵氧體粉末的用量較低的情況下就能夠實現鐵氧體粉末對鐵硅鋁合金表面的完全包覆，降低了鐵氧體的引入對于磁粉磁導率的影響，使磁粉的磁導率維持在較高水平，同時球磨還可以進一步實現磁粉的扁平化，從而進一步提高磁粉的磁導率和降低由其制成的磁粉芯的高頻損耗。由本發明提供的復合磁粉制成的磁粉芯具有高的磁導率和低的高頻損耗，應用前景廣闊，不僅可用于電訊、雷達，還可應用于吸波及電磁屏蔽領域。實驗結果表明，由本發明提供的方法制成的磁粉芯在100kHz的測試頻率下的有效磁導率高于40，在100kHz，Bm＝300mT測試條件下的損耗低于83W/kg。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明實施例6提供的不同配比的復合磁粉芯的有效磁導率；

圖2是本發明實施例6提供的不同配比的復合磁粉芯的損耗；

圖3是本發明實施例12提供的不同退火溫度的復合磁粉芯的有效磁導率；

圖4是本發明實施例12提供的不同退火溫度的復合磁粉芯的損耗。

具體實施方式

下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明提供了一種復合磁粉的制備方法，包括以下步驟：

a)、采用熔體快淬法制備鐵硅鋁合金薄帶；制備過程中，甩帶時施加定向磁場；將制得的鐵硅鋁合金薄帶進行破碎，得到鐵硅鋁合金碎片；

b)、將所述鐵硅鋁合金碎片與鐵氧體粉末混合球磨，得到復合磁粉。

在本發明提供的制備方法中，首先制備鐵硅鋁合金薄帶。本發明采用熔體快淬法制備鐵硅鋁合金薄帶，在甩帶過程中一直施加定向磁場。在本發明中，所述定向磁場的磁場強度優選為500～2000Oe，更優選為1000～1200Oe。在本發明中，甩帶過程中，可通過調整銅輥轉速來控制薄帶的厚度，銅輥轉速越快，厚度越薄，銅輥轉速優選為30～80m/s。本發明對制備鐵硅鋁合金薄帶的設備沒有特別限定，優選為本領域技術人員熟知的感應式熔體快淬設備。制備完畢后，得到鐵硅鋁合金薄帶。在本發明中，所述鐵硅鋁合金薄帶由Si、Al和Fe組成，其中，Si在合金薄帶中的含量優選為9.3～9.7wt％，更優選為9.6wt％；Al的在合金薄帶中的含量優選為5.2～5.6wt％，更優選為5.4wt％；余量為Fe。在本發明中，所述鐵硅鋁合金薄帶的厚度優選為5～50μm，更優選為5～30μm，最優選為5～15μm。得到鐵硅鋁合金薄帶后，將制得的鐵硅鋁合金薄帶進行破碎，得到鐵硅鋁合金碎片。

得到鐵硅鋁合金碎片后，將所述鐵硅鋁合金碎片與鐵氧體粉末混合球磨。其中，鐵氧體粉末優選為錳鋅鐵氧體粉末，其化學通式為Mn_xZn_1-xFe₂O₄，0＜x＜1。在本發明提供的一個實施例中，所述錳鋅鐵氧體粉末的化學通式為Mn_0.4Zn_0.6Fe₂O₄。在本發明中，所述鐵氧體粉末的粒徑優選為10nm～2μm。本發明對所述鐵氧體粉末的來源沒有特別限定，可采用化學共沉法制備得到，以錳鋅鐵氧體粉末為例，可以按照以下方法制備得到：

(1)、鐵鹽、鋅鹽、錳鹽和水混合，得到混合鹽溶液；

(2)、用可溶性堿調節所述混合鹽溶液的pH值，進行反應，得到錳鋅鐵氧體前驅體；

(3)、所述錳鋅鐵氧體前驅體進行焙燒，得到錳鋅鐵氧體粉末。

在本發明提供的上述制備錳鋅鐵氧體粉末的方法中，首先將鐵鹽、鋅鹽、錳鹽和水混合，其中，所述鐵鹽為鐵的可溶鹽或其水合物，包括但不限于FeCl₃、Fe(NO₃)₃和Fe₂(SO₄)₃中的一種或多種；所述鋅鹽為鋅的可溶鹽或其水合物，包括但不限于ZnCl₂、Zn(NO₃)₂和ZnSO₄中的一種或多種；所述錳鹽為錳的可溶鹽或其水合物，包括但不限于MnCl₂、MnCl₂·4H₂O、Mn(NO₃)₂和MnSO₄中的一種或多種。鐵鹽、鋅鹽和錳鹽在水中完全溶解后，得到混合鹽溶液。

得到混合鹽溶液后，用可溶性堿調節所述混合鹽溶液的pH值至堿性。其中，所述可溶性堿優選為NaOH或其水溶液，所述NaOH水溶液的濃度優選為1～2mol/L。在本發明中，優選調節所述混合鹽溶液的pH值至9～13，更優選為10～11。在本發明中，優選現將所述混合液溶液的溫度加熱至50～90℃，更優選為70～80℃后再調節其pH值。pH調節完畢后，混合鹽溶液中的各離子之間發生反應，得到固體沉淀物，所述固體沉淀物即為錳鋅鐵氧體前驅體。在本發明中，所述反應的時間優選為10～60min，更優選為30～40min。

得到錳鋅鐵氧體前驅體后，對所述錳鋅鐵氧體前驅體進行焙燒。其中，所述焙燒的溫度優選為800～900℃，更優選為850～870℃；所述焙燒的時間優選為1～5h，更優選為2～3h。焙燒結束后，得到錳鋅鐵氧體粉末。在本發明中，所述錳鋅鐵氧體前驅體優選在進行焙燒之前，先進行洗滌和干燥。所述干燥的溫度優選為90～100℃；所述干燥的時間優選為1～2h。

在本發明中，鐵氧體粉末與鐵硅鋁合金碎片進行球磨的過程中，所述鐵硅鋁合金碎片與鐵氧體粉末的質量比優選為10：(2～20)，更優選為100:2、100:4、100:6、100:10或100:20。在本發明中，所述球磨過程中的球料質量比優選為(10～15):1，更優選為(12～13)：1。在本發明中，所述球磨采用的磨球優選為鋼球；所述鋼球直徑優選為3～15mm，更優選為5～10mm；在本發明提供的一個實施例中，所述磨球包括直徑為5mm的鋼球和直徑為10mm的鋼球，直徑為5mm的鋼球和直徑為10mm的鋼球的個數比優選為(3～10)：1，更優選為5:1。在本發明中，所述球磨的轉速優選為30～80rpm，更優選為50～60rpm；所述球磨的時間優選為20～60h，更優選為30～40h。球磨結束后，得到復合磁粉。

本發明首先在制備鐵硅鋁合金薄帶時的甩帶過程中施加定向磁場，通過這種方式能夠提高鐵硅鋁合金薄帶的飽和磁化強度和磁導率。之后將破碎的鐵硅鋁合金薄帶與鐵氧體粉末球磨，借助于球磨時碾壓作用，使鐵氧體粉末均勻嵌入在鐵硅鋁合金碎片表面，形成鐵氧體絕緣包覆層。本發明通過球磨的方式混合鐵氧體粉末和鐵硅鋁合金碎片不但能夠使鐵氧體均勻、牢固的包覆在鐵硅鋁合金碎片表面，而且在鐵氧體粉末的用量較低的情況下就能夠實現鐵氧體粉末對鐵硅鋁合金表面的完全包覆，降低了鐵氧體的引入對于磁粉磁導率的影響，使磁粉的磁導率維持在較高水平，同時球磨還可以實現磁粉的扁平化，從而進一步提高磁粉的磁導率和降低由其制成的磁粉芯的高頻損耗。以本發明提供的方法制備的復合磁粉為原料制成的磁粉芯具有高的磁導率和低的高頻損耗，應用前景廣闊，不僅可用于電訊、雷達，還可應用于吸波及電磁屏蔽領域。實驗結果表明，以本發明提供的方法制得的復合磁粉為原料制成的復合磁粉芯在100kHz的測試頻率下的有效磁導率高于40，在100kHz，Bm＝300mT測試條件下的損耗低于83W/kg。

本發明還提供了一種按照上述方法制備得到的復合磁粉，該復合磁粉包括鐵硅鋁合金磁粉和包覆在所述鐵硅鋁磁粉表面的鐵氧體粉末，該復合磁粉呈扁平狀，具有較高的磁導率、較高的飽和磁化強度和較低的高頻損耗，應用前景廣闊。

本發明還提供了一種復合磁粉芯的制備方法，包括以下步驟：

粘結劑、潤滑劑和按照上述技術方案所述方法制備得到的復合磁粉依次進行混合和壓制，得到復合磁粉芯。

在本發明提供的復合磁粉芯的制備方法中，首先將粘結劑、潤滑劑和所述復合磁粉進行混合。其中，所述粘結劑優選為環氧樹脂；所述粘結劑和復合磁粉的質量比優選為(1～2)：100，更優選為1.5:100。所述潤滑劑優選為硬脂酸鎂；所述潤滑劑和復合磁粉的質量比優選為(0.5～2)：100，更優選為(1～1.5):100。混合完畢后，進行壓制。其中，所述壓制的壓力優選為1500～2000MPa，更優選為1700～1800MPa；所述壓制的時間優選為3～8min。壓制完畢后，得到復合磁粉芯。在本發明中，優選對得到的復合磁粉芯進行退火處理，以消除其內部應力，提高磁導率。其中，所述退火處理的溫度優選為600～700℃，更優選為650～690℃；所述退火處理的保溫時間優選為1～2h。

采用本發明提供的方法制得的復合磁粉芯具有高的磁導率和低的高頻損耗，應用前景廣闊，不僅可用于電訊、雷達，還可應用于吸波及電磁屏蔽領域。實驗結果表明，本發明提供的的復合磁粉芯在100kHz的測試頻率下的有效磁導率高于40，在100kHz，Bm＝300mT測試條件下的損耗低于83W/kg。

綜合評價本發明提供的技術方案，其具有以下優點：

1)采用感應式熔體快淬設備制取鐵硅鋁合金薄帶，甩帶過程中施加定向磁場，使易軸沿外磁場取向，提高了制得的鐵硅鋁合金薄帶的飽和磁化強度和磁導率；

2)、采用球磨的方式混合鐵氧體粉末和鐵硅鋁合金碎片，借助于球磨時碾壓作用，使鐵氧體粉末均勻嵌入在鐵硅鋁合金碎片表面，形成均勻、牢固的鐵氧體絕緣包覆層；避免了鐵硅鋁磁粉在絕緣包覆過程中易出現的絕緣層不穩定(高溫分解)、強度低(壓制成型過程中包覆層容易被壓破)、不連續及厚度難以控制等問題；

3)、采用球磨的方式混合鐵氧體粉末和鐵硅鋁合金碎片，可在鐵氧體粉末的用量較低的情況下就能夠實現鐵氧體粉末對鐵硅鋁合金表面的完全包覆，降低了鐵氧體的引入對于磁粉磁導率的影響，使磁粉的磁導率維持在較高水平，為獲得高磁導率的磁粉芯提供了技術保障；

4)、通過對鐵硅鋁合金碎片進行球磨，可得到扁平化磁粉，從而進一步提高磁粉的磁導率和降低由其制成的磁粉芯的高頻損耗；

5)、優選采用化學共沉淀法制備鐵氧體粉末，反應速度快，產率高；

6)、優選對壓制得到的復合磁粉芯進行退火處理，以消除磁粉芯的內應力，進一步提高磁粉芯的磁導率。

為更清楚起見，下面通過以下實施例進行詳細說明。

實施例1

(1)在感應式熔體快淬設備中制備厚度為5～15μm的標準成分鐵硅鋁合金帶(5.4wt％Al，9.6wt％Si，其余Fe)，制備合金帶的過程中，甩帶時的銅輥轉速為60m/s，甩帶過程中一直施加1000Oe的定向磁場。得到鐵硅鋁合金帶后，在不銹鋼罐中進行破碎，得到鐵硅鋁合金碎片。

(2)以FeCl₃、ZnCl₂及MnCl₂·4H₂O為原料，按Mn_0.4Zn_0.6Fe₂O₄中Fe³⁺、Zn²⁺、Mn²⁺的摩爾比n[Fe³⁺]:n[Zn²⁺]:n[Mn²⁺]＝10:3:2分別稱量需要的原料，加入適量去離子水，不斷攪拌使原料顆粒溶解完全，得到Fe-Zn-Mn混合鹽溶液，加熱到80℃，同時滴入濃度為2mol/L的NaOH溶液，不斷攪拌，調節溶液的pH值為10，反應30min，合成錳鋅鐵氧體前驅體；反應結束后用去離子水洗滌鐵氧體前驅體數次，置于干燥箱中在100℃下干燥1h。將干燥后的鐵養體前驅體置于馬弗爐中在850℃焙燒2h，得到粒徑為10nm～2μm的錳鋅鐵氧體粉末。

(3)將鐵硅鋁合金碎片置于球磨機的不銹鋼球磨罐中，按錳鋅鐵氧體粉末與鐵硅鋁合金碎片的質量比為2％，將相應質量的錳鋅鐵氧體粉末放入不銹鋼球磨罐中與鐵硅鋁合金碎片進行球磨；球磨采用的磨球為直徑10mm和5mm的鋼球，大球與小球的個數比為1:5；球磨時的球料質量比為12:1，球磨機轉速為50rpm，球磨30h后，得到鐵硅鋁/鐵氧體復合磁粉。

(4)在得到的復合磁粉中添加復合磁粉質量1.5wt％的環氧樹脂和復合磁粉質量1wt.％的硬脂酸鎂，之后在1800Mpa下冷壓5min，得到復合磁粉芯坯料。

(5)將復合磁粉芯坯料在600℃于氮氣中退火2h，得到復合磁粉芯制品。

實施例2～5

參見實施例1的制備方法，依次調整錳鋅鐵氧體粉末與鐵硅鋁合金碎片的質量比為4％、6％、10％、20％，制備得到復合磁粉芯制品。

對比例1

參見實施例1的制備方法，調整錳鋅鐵氧體粉末與鐵硅鋁合金碎片的質量比為0，制備得到復合磁粉芯制品。

實施例6

在100kHz的測試頻率下分別測試實施例1～5和對比例1制得的復合磁粉芯制品的有效磁導率，結果如圖1所示，圖1是本發明實施例6提供的不同配比的復合磁粉芯的有效磁導率，通過圖1可以看出，采用實施例1～5提供的方法制得的磁粉芯的有效磁導率高于40。

在100kHz，Bm＝300mT測試條件下分別測試實施例1～5和對比例1制得的復合磁粉芯制品的的損耗(Core loss)，結果如圖2所示，圖2是本發明實施例6提供的不同配比的復合磁粉芯的損耗，通過圖2可以看出，采用實施例1～5提供的方法制得的磁粉芯的損耗低于83W/kg。

實施例7

(1)在感應式熔體快淬設備中制備厚度為5～15μm的標準成分鐵硅鋁合金帶(5.4wt％Al，9.6wt％Si，其余Fe)，制備合金帶的過程中，甩帶時的銅輥轉速為60m/s，甩帶過程中一直施加1000Oe的定向磁場。得到鐵硅鋁合金帶后，在不銹鋼罐中進行破碎，得到鐵硅鋁合金碎片。

(2)以FeCl₃、ZnCl₂及MnCl₂·4H₂O為原料，按Mn_0.4Zn_0.6Fe₂O₄中Fe³⁺、Zn²⁺、Mn²⁺的摩爾比n[Fe³⁺]:n[Zn²⁺]:n[Mn²⁺]＝10:3:2分別稱量需要的原料，加入適量去離子水，不斷攪拌使原料顆粒溶解完全，得到Fe-Zn-Mn混合鹽溶液，加熱到80℃，同時滴入濃度為2mol/L的NaOH溶液，不斷攪拌，調節溶液的pH值為10，反應30min，合成錳鋅鐵氧體前驅體；反應結束后用去離子水洗滌鐵氧體前驅體數次，置于干燥箱中在100℃下干燥1h。將干燥后的鐵養體前驅體置于馬弗爐中在850℃焙燒2h，得到粒徑為10nm～2μm的錳鋅鐵氧體粉末。

(3)將鐵硅鋁合金碎片置于球磨機的不銹鋼球磨罐中，按錳鋅鐵氧體粉末與鐵硅鋁合金碎片的質量比為6％，將相應質量的錳鋅鐵氧體粉末放入不銹鋼球磨罐中與鐵硅鋁合金碎片進行球磨；球磨采用的磨球為直徑10mm和5mm的鋼球，大球與小球的個數比為1:5；球磨時的球料質量比為12:1，球磨機轉速為50rpm，球磨30h，球磨結束后，得到鐵硅鋁/鐵氧體復合磁粉。

(4)在得到的復合磁粉中添加復合磁粉質量1.5wt％的環氧樹脂和復合磁粉質量1wt.％的硬脂酸鎂，之后在1800Mpa下冷壓5min，得到復合磁粉芯坯料。

(5)將復合磁粉芯坯料在600℃于氮氣中退火1h，得到復合磁粉芯制品。

實施例8～11

參見實施例7的制備方法，依次調整復合磁粉芯坯料退火的溫度為630℃、660℃、690℃、720℃，制備得到復合磁粉芯制品。

實施例12

在100kHz的測試頻率下分別測試實施例7～11制得的復合磁粉芯制品的有效磁導率，結果如圖3所示，圖3是本發明實施例12提供的不同退火溫度的復合磁粉芯的有效磁導率，通過圖3可以看出，采用實施例7～11提供的方法制得的磁粉芯的有效磁導率高于60。

在100kHz，Bm＝300mT測試條件下分別測試實施例7～11制得的復合磁粉芯制品的的損耗(Core loss)，結果如圖4所示，圖4是本發明實施例12提供的不同退火溫度的復合磁粉芯的損耗，通過圖4可以看出，采用實施例7～11提供的方法制得的磁粉芯的損耗低于68W/kg。

對比例2

參見實施例1的制備方法，只是在甩帶過程中沒有施加定向磁場，錳鋅鐵氧體粉末與鐵硅鋁合金碎片的質量比為6％，制備得到復合磁粉芯制品，在690℃于氮氣中退火1h后，檢測有效磁導率及損耗。在100kHz的測試頻率下有效磁導率僅為51.2。在100kHz，Bm＝300mT測試條件下損耗為71W/kg。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。