一種金屬軟磁復(fù)合材料的高結(jié)合強(qiáng)度絕緣包覆處理方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬軟磁復(fù)合材料的高結(jié)合強(qiáng)度絕緣包覆處理方法。它包括如下步驟：1）將金屬磁粉過(guò)篩進(jìn)行粒度配比；2）利用溶膠凝膠法對(duì)配好的金屬磁粉進(jìn)行絕緣包覆后干燥；3）將干燥后的磁粉與粘結(jié)劑混合均勻，加入脫模劑干壓成型，將其壓制成磁環(huán)；4）將磁環(huán)于保護(hù)氣氛中保溫，空冷，噴涂，得到目標(biāo)產(chǎn)物。本發(fā)明采用溶膠凝膠法制備的復(fù)合粉末與磁粉顆粒結(jié)合強(qiáng)度高，包覆均勻、致密，包覆層厚度可控，具有良好的抗氧化性、高的飽和磁化強(qiáng)度，具有優(yōu)良的磁性能和力學(xué)性能；結(jié)合強(qiáng)度高，不易脫落，包覆效果優(yōu)于現(xiàn)有方法，且可操作性強(qiáng)，便于批量生產(chǎn)；有效提高軟磁金屬顆粒的電阻率，大幅降低軟磁復(fù)合材料的磁芯損耗。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種金屬軟磁復(fù)合材料的高結(jié)合強(qiáng)度絕緣包覆處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁性材料的制備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種金屬軟磁復(fù)合材料的高結(jié)合強(qiáng)度絕緣包覆處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬軟磁復(fù)合材料是由具有鐵磁性的粉末顆粒與絕緣物質(zhì)混合壓制而成的一種軟磁材料。金屬軟磁復(fù)合材料既保留了金屬軟磁和鐵氧體軟磁的一部分優(yōu)良特性，同時(shí)又克服了兩者的一些缺陷，綜合性能極佳。軟磁復(fù)合材料常用制備過(guò)程包括:粉末鈍化、絕緣包覆、壓制成型以及熱處理等。其中絕緣包覆是軟磁復(fù)合材料制備過(guò)程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，包覆的好壞直接影響到軟磁復(fù)合材料的頻率特性等磁性能，高頻下，良好的絕緣包覆可以顯著降低材料的渦流損耗。而在壓制成型過(guò)程中，結(jié)合性差的絕緣層容易破碎，同時(shí)由于壓制過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量?jī)?nèi)應(yīng)力與缺陷，造成磁滯損耗的增加，需要通過(guò)高溫?zé)崽幚韥?lái)消除殘余內(nèi)應(yīng)力，因而要求絕緣包覆劑的熱穩(wěn)定性良好，不會(huì)在退火過(guò)程中發(fā)生分解。因此迫切需要制備致密、結(jié)合性好且具有良好熱穩(wěn)定性的絕緣包覆層。
[0003]專(zhuān)利CN100500783C采用由Si02、Al203、Zr02、云母粉的納米顆粒混合物作為絕緣劑制備FeSiAl軟磁復(fù)合材料，但是磁粉與絕緣劑的均勻混合較難控制，難以對(duì)磁粉進(jìn)行均勻包覆，并且氧化物絕緣包覆層與磁粉結(jié)合強(qiáng)度不高，壓制過(guò)程中容易脫落，從而影響包覆效果造成磁芯損耗增加。日本專(zhuān)利特開(kāi)平9-74011及特開(kāi)平9-125108公開(kāi)了采用無(wú)機(jī)絕緣粘結(jié)劑硅酸鈉來(lái)制備FeSiAl軟磁復(fù)合材料，但是該軟磁復(fù)合材料在熱處理過(guò)程中，由于硅酸鈉的分解導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋甚至脫落，從而降低了磁粉的絕緣性。
[0004]專(zhuān)利號(hào)為200910082072.4的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了采用正硅酸乙酯和氨水等作為原料，運(yùn)用溶膠凝膠法對(duì)FeSiAl磁粉表面包覆一層SiO2絕緣層，且其包覆厚度可以根據(jù)正硅酸乙酯的濃度來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這也是溶膠凝膠法可以制備出尺寸大小均勻且可控的納米顆粒的例證。但專(zhuān)利中沒(méi)有給出所制備的金屬軟磁復(fù)合材料的磁性能。專(zhuān)利號(hào)為201310411806.5的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了鐵氧體復(fù)合磁粉芯的制備方法，該工藝通過(guò)水熱法制備出鐵氧體顆粒，然后采用機(jī)械混合的方式對(duì)磁粉進(jìn)行包覆，雖然一定程度上克服了非磁性物質(zhì)作為包覆劑時(shí)基體磁性能降低的缺點(diǎn)，但鐵氧體顆粒與磁粉基體結(jié)合強(qiáng)度差，容易脫落，難以對(duì)磁粉進(jìn)行良好的包覆。
[0005]專(zhuān)利號(hào)為201310212031.9的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種金屬軟磁復(fù)合材料的制備方法，選用納米氧化物分散液對(duì)金屬磁粉進(jìn)行絕緣包覆。由于這種分散液穩(wěn)定性差，且納米顆粒對(duì)磁粉的粘附性欠佳，難以實(shí)現(xiàn)均勻包覆，同時(shí)在磁粉加工成軟磁復(fù)合材料的過(guò)程中，磁粉表面粘附的絕緣物質(zhì)容易脫落，導(dǎo)致磁粉絕緣性能差，磁芯渦流損耗偏大。本發(fā)明與之區(qū)別的地方在于:本發(fā)明是通過(guò)溶膠凝膠法對(duì)金屬粉末進(jìn)行絕緣包覆，包覆層與磁粉結(jié)合強(qiáng)度高，均勻性好，且具有良好的熱穩(wěn)定性和較好的磁性能。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對(duì)目前軟磁復(fù)合材料的絕緣包覆層結(jié)合強(qiáng)度低、包覆不均勻以及熱穩(wěn)定性差的缺陷，本發(fā)明提供了一種金屬軟磁復(fù)合材料的高結(jié)合強(qiáng)度絕緣包覆處理方法，采用溶膠凝膠法對(duì)金屬軟磁復(fù)合材料包覆具有高結(jié)合強(qiáng)度的T12絕緣層，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
金屬軟磁復(fù)合材料的高結(jié)合強(qiáng)度絕緣包覆處理方法包括如下步驟:
1)粒度配比:對(duì)金屬磁粉過(guò)篩后進(jìn)行粒度配比，所述金屬磁粉是鐵基磁粉、鐵硅基磁粉或鐵鎳基磁粉；
2)溶膠凝膠法絕緣包覆:在乙醇中溶解乙醇體積5~10%的鈦酸四丁酯，在室溫下攪拌3(Tl20min，得到前驅(qū)體溶液；去離子水、冰醋酸和乙醇按體積比1:2:4-1:2:7相互混合，在攪拌的同時(shí)逐滴加入到前驅(qū)體溶液中；然后持續(xù)攪拌6(Tl80min后得到黃色透明的T12溶膠；Ti02溶膠在回流條件下置于5(T100°C的環(huán)境中直至形成凝膠；將金屬磁粉與金屬磁粉重量1.0-5.0%的凝膠混合攪拌，直至溶劑蒸發(fā)完全，得到包覆后的磁粉；然后將包覆后的磁粉置于5(T100°C環(huán)境中干燥l(T20h ;再將包覆后的磁粉放在惰性氣體氛圍的管式爐中在50(T700°C下加熱5~1h ;向包覆后的磁粉加入占包覆后的磁粉質(zhì)量0.5^2.5%的粘結(jié)劑，在加熱條件下充分?jǐn)嚢柚粱旌衔锔稍?、混合均勻；最后向包覆后的磁粉中加入占包覆后的磁粉總?.5^2.0%的脫模劑并混合均勻，得到待成型磁粉；
3)壓制成型:將待成型磁粉在60(T2000MPa的壓強(qiáng)下壓制成型；
4)熱處理:采用氮?dú)饣驓鍤庾鞅Ｗo(hù)氣氛，將軟磁復(fù)合材料置于40(T650°C環(huán)境中保溫3(Tl20min ；
5)表面噴涂:在步 驟4)處理后的軟磁復(fù)合材料的表面噴涂一層環(huán)氧樹(shù)脂絕緣漆，制得成品，即得到金屬軟磁復(fù)合材料。
[0007]所述的金屬磁粉的重量為l(T20g，所述的前驅(qū)體溶液中乙醇的體積為10(Tl50mL，所述的去離子水的體積為5~20 mL。
[0008]所述的粘結(jié)劑為酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、硅樹(shù)脂、聚氟化乙烯、三聚氰胺樹(shù)脂、低熔點(diǎn)玻璃粉、S12中的一種或多種。
[0009]所述的脫模劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鋇、硬脂酸鈣或二硫化鑰中的一種或幾種。
[0010]與現(xiàn)有的軟磁復(fù)合材料制備方法相比，本發(fā)明主要具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)采用溶膠凝膠法制備的復(fù)合粉末與磁粉顆粒結(jié)合強(qiáng)度高，包覆均勻、致密，包覆層厚度可控，具有良好的抗氧化性、高的電阻率、高的飽和磁化強(qiáng)度，具有優(yōu)良的磁性能和力學(xué)性能；
(2)采用溶膠凝膠法在金屬磁粉表面均勻包覆一層T12絕緣層，結(jié)合強(qiáng)度高，不易脫落，包覆效果優(yōu)于現(xiàn)有方法，包覆處理溫度低，可操作性強(qiáng)，便于批量生產(chǎn)；
(3)絕緣包覆層具有良好的耐熱性能，可以在600°C以上的溫度進(jìn)行退火處理而不發(fā)生分解和破壞；
(4)絕緣包覆層電阻率較高，可以有效提高軟磁復(fù)合材料的電阻率，大幅降低軟磁復(fù)合材料的磁芯損耗。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明采用具有高化學(xué)活性組分的鈦酸四丁酯作前驅(qū)體，冰醋酸作催化劑，乙醇作溶劑，在液相下將這些原料均勻混合，并進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經(jīng)陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0012]實(shí)施例1
取5mL鈦酸四丁酯(TBT)加入到10mL乙醇中，在室溫下攪拌30min得到前驅(qū)體溶液；取5mL蒸餾水、1mL冰醋酸以及20mL乙醇相互混合，在攪拌的同時(shí)逐滴加入到前驅(qū)體溶液中；然后持續(xù)攪拌Ih后得到黃色透明的T12溶膠；溶液在回流條件下置于80°C的環(huán)境中直至形成凝膠；將20g純鐵粉過(guò)篩進(jìn)行粒度配比后，將鐵粉與占鐵粉重量2.5%的凝膠混合，攪拌直至溶劑蒸發(fā)完全，得到包覆后的磁粉；然后將包覆后的磁粉置于70°C環(huán)境中干燥15h ;再將磁粉放在惰性氣體氛圍的管式爐中在550°C下加熱5h ;向包覆后的磁粉加入占包覆后的磁粉質(zhì)量0.5%的粘結(jié)劑，在加熱條件下充分?jǐn)嚢柚粱旌衔锔稍?、混合均勻，所述的粘結(jié)劑為環(huán)氧樹(shù)脂；向包覆磁粉中加入占包覆磁粉總重0.5%的脫模劑并混合均勻，所述的脫模劑為硬脂酸鋅，得到待成型磁粉；將待成型磁粉在600MPa的壓強(qiáng)下壓制成外徑23.6mm,內(nèi)徑14.4mm,高8.89mm的環(huán)形軟磁復(fù)合材料；采用氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)氣氛，將軟磁復(fù)合材料置于400°C環(huán)境中保溫120min，制成軟磁復(fù)合材料；在軟磁復(fù)合材料的表面噴涂一層環(huán)氧樹(shù)脂絕緣漆，制得成品，即得到鐵基金屬軟磁復(fù)合材料。
[0013]在鐵基軟磁復(fù)合材料上采用線徑Φ0.8mm，線長(zhǎng)0.9m的漆包線繞制20匝電感線圈，測(cè)得軟磁復(fù)合材料電磁性能具體如下:
(1)軟磁復(fù)合材料磁導(dǎo)率:65；
(2)10kHz/lV 條件下，電感 L=38.5 μ H ;
(3)直流疊加性能:10kHz,H=100e 時(shí)，LH/L0=44.2% ；
(4)100kHz/lV條件下，品質(zhì)因數(shù)Q=46 ；
(5)軟磁復(fù)合材料損耗:50kHz/100mT時(shí)，Pw=963.6mW/cm3。
[0014]實(shí)施例2
取1mL鈦酸四丁酯(TBT)加入到120mL乙醇中，在室溫下攪拌90min得到前驅(qū)體溶液；取5mL蒸餾水、1mL冰醋酸以及35mL乙醇相互混合，在攪拌的同時(shí)逐滴加入到前驅(qū)體溶液中；然后持續(xù)攪拌90min后得到黃色透明的T12溶膠；溶液在回流條件下置于50°C的環(huán)境中直至形成凝膠；將15g鐵硅鋁磁粉過(guò)篩進(jìn)行粒度配比后，將磁粉與占磁粉重量1.0%的凝膠混合，攪拌直至溶劑蒸發(fā)完全，得到包覆后的磁粉；然后將包覆后的磁粉置于50°C環(huán)境中干燥20h ;再將磁粉放在惰性氣體氛圍的管式爐中在500° C下加熱7h ;向包覆后的磁粉加入占包覆后的磁粉質(zhì)量1.5%的粘結(jié)劑，在加熱條件下充分?jǐn)嚢柚粱旌衔锔稍铩⒒旌暇鶆?，所述的粘結(jié)劑為酚醛樹(shù)脂；向包覆磁粉中加入占包覆磁粉總重1.0%的脫模劑并混合均勻，所述的脫模劑為硬脂酸鋇和硬脂酸鈣按質(zhì)量比1:1混合的混合物，得到待成型磁粉；將待成型磁粉在2000MPa的壓強(qiáng)下壓制成外徑23.6mm,內(nèi)徑14.4mm,高8.89mm的環(huán)形軟磁復(fù)合材料；米用IS氣作保護(hù)氣氛，將軟磁復(fù)合材料置于600° C環(huán)境中保溫60min,制成軟磁復(fù)合材料；在軟磁復(fù)合材料的表面噴涂一層環(huán)氧樹(shù)脂絕緣漆，制得成品，即得到鐵硅鋁金屬軟磁復(fù)合材料。
[0015]在鐵硅鋁軟磁復(fù)合材料上采用線徑Φ0.8mm，線長(zhǎng)0.9m的漆包線繞制20匝電感線圈，測(cè)得軟磁復(fù)合材料電磁性能具體如下:
(!)軟磁復(fù)合材料磁導(dǎo)率:96 ；(2)lOkHz/lV 條件下，電感 L=48.2 μ H ;
(3)直流疊加性能:10kHz,H=100e 時(shí)，LH/L0=41.1% ；
(4)100kHz/lV條件下，品質(zhì)因數(shù)Q=67 ；
(5)軟磁復(fù)合材料損耗:50kHz/100mT時(shí)，Pcv=231.5mW/cm3。
[0016]實(shí)施例3
取15mL鈦酸四丁酯(TBT)加入到150mL乙醇中，在室溫下攪拌120min得到前驅(qū)體溶液；取5mL蒸餾水、1mL冰醋酸以及30mL乙醇相互混合，在攪拌的同時(shí)逐滴加入到前驅(qū)體溶液中；然后持續(xù)攪拌180min后得到黃色透明的T12溶膠；溶液在回流條件下置于100° C的環(huán)境中直至形成凝膠；將1g鐵鎳磁粉(鐵、鎳的質(zhì)量百分比各為50%)過(guò)篩進(jìn)行粒度配比后，將磁粉與占磁粉重量5.0%的凝膠混合，攪拌直至溶劑蒸發(fā)完全，得到包覆后的磁粉；然后將包覆后的磁粉置于100°C環(huán)境中干燥1h ;再將磁粉放在惰性氣體氛圍的管式爐中在700° C下加熱1h ;向包覆后的磁粉中加入占包覆后的磁粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%的粘結(jié)劑，在加熱條件下充分?jǐn)嚢柚粱旌衔锔稍铩⒒旌暇鶆?，所述的粘結(jié)劑為硅樹(shù)脂；向包覆磁粉中加入占包覆磁粉總重2.0%的脫模劑并混合均勻，所述的脫模劑為硬脂酸鋅和二硫化鑰按質(zhì)量比1:1混合的混合物，得到待成型磁粉；將待成型磁粉在1600MPa的壓強(qiáng)下壓制成外徑23.6mm,內(nèi)徑14.4mm,高8.89mm的環(huán)形軟磁復(fù)合材料；采用氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)氣氛，將軟磁復(fù)合材料置于650° C環(huán)境中保溫30min，制成軟磁復(fù)合材料；在軟磁復(fù)合材料的表面噴涂一層環(huán)氧樹(shù)脂絕緣漆，制得成品，即得到鐵鎳基金屬軟磁復(fù)合材料。
[0017]在鐵鎳基 軟磁復(fù)合材料上采用線徑Φ0.8mm，線長(zhǎng)0.9m的漆包線繞制20匝電感線圈，測(cè)得軟磁復(fù)合材料電磁性能具體如下:
Cl)軟磁復(fù)合材料磁導(dǎo)率:156 ；
(2)10kHz/lV 條件下，電感 L=53.5 μ H ;
(3)直流疊加性能:10kHz,H=100e 時(shí)，LH/L0=74.1% ；
(4)100kHz/lV條件下，品質(zhì)因數(shù)Q=83 ；
(5)軟磁復(fù)合材料損耗:50kHz/100mT時(shí)，Pw=202.4mW/cm3。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬軟磁復(fù)合材料的高結(jié)合強(qiáng)度絕緣包覆處理方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)粒度配比:對(duì)金屬磁粉過(guò)篩后進(jìn)行粒度配比，所述金屬磁粉是鐵基磁粉、鐵硅基磁粉或鐵鎳基磁粉； 2)溶膠凝膠法絕緣包覆:在乙醇中溶解乙醇體積5~10%的鈦酸四丁酯，在室溫下攪拌3(Tl20min，得到前驅(qū)體溶液；去離子水、冰醋酸和乙醇按體積比1:2:4~1:2:7相互混合，在攪拌的同時(shí)逐滴加入到前驅(qū)體溶液中；然后持續(xù)攪拌6(Tl80min后得到黃色透明的T12溶膠；Ti02溶膠在回流條件下置于5(T100°C的環(huán)境中直至形成凝膠；將金屬磁粉與金屬磁粉重量1.0-5.0%的凝膠混合攪拌，直至溶劑蒸發(fā)完全，得到包覆后的磁粉；然后將包覆后的磁粉置于5(T100°C環(huán)境中干燥l(T20h ;再將包覆后的磁粉放在惰性氣體氛圍的管式爐中在50(T700°C下加熱5~1h ；向包覆后的磁粉加入占包覆后的磁粉質(zhì)量0.5^2.5%的粘結(jié)劑，在加熱條件下充分?jǐn)嚢柚粱旌衔锔稍铩⒒旌暇鶆?；最后向包覆后的磁粉中加入占包覆后的磁粉總?.5^2.0%的脫模劑并混合均勻，得到待成型磁粉； 3)壓制成型:將待成型磁粉在60(T2000MPa的壓強(qiáng)下壓制成型； 4)熱處理:采用氮?dú)饣驓鍤庾鞅Ｗo(hù)氣氛，將軟磁復(fù)合材料置于40(T650°C環(huán)境中保溫3(Tl20min ； 5)表面噴涂:在步驟4)處理后的軟磁復(fù)合材料的表面噴涂一層環(huán)氧樹(shù)脂絕緣漆，制得成品，即得到金屬軟磁復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬軟磁復(fù)合材料的高結(jié)合強(qiáng)度絕緣包覆處理方法，其特征在于:所述的金屬磁粉的重量為l(T20g，所述的前驅(qū)體溶液中乙醇的體積為10(Tl50mL，所述的去離子水的體積為5~20 mL。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬軟磁復(fù)合材料的高結(jié)合強(qiáng)度絕緣包覆處理方法，其特征在于:所述的粘結(jié)劑為酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、硅樹(shù)脂、聚氟化乙烯、三聚氰胺樹(shù)脂、低熔點(diǎn)玻璃粉、S12中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬軟磁復(fù)合材料的高結(jié)合強(qiáng)度絕緣包覆處理方法，其特征在于:所述的脫模劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鋇、硬脂酸鈣或二硫化鑰中的一種或幾種。
【文檔編號(hào)】B22F1/02GK104028750SQ201410245747
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】吳琛, 劉冬, 嚴(yán)密 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)