一種用于制備金屬粉芯的具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁性金屬粉末的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于制備金屬粉芯的具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁性金屬粉末。采用該方法制備的粉末由內(nèi)向外具有三層結(jié)構(gòu)，最內(nèi)層材料為磁性金屬或合金，是金屬粉芯的磁性能的貢獻(xiàn)者；第二層材料為硬度相對(duì)較軟的金屬或合金，其在粉芯成型過程中起到緩沖的作用；最外層材料為金屬氧化物或氮化物等具有絕緣特征的離子型化合物及其混合物。另外，采用該粉末制備的金屬粉芯的殘余應(yīng)力小、粉芯密度高，因此金屬粉芯具有較低的損耗、較高的磁導(dǎo)率和較好的直流偏置特性。此復(fù)合結(jié)構(gòu)磁性粉末特別適用于制備硬度高、變形難的磁性金屬粉末的金屬粉芯，例如Sendust合金粉末、非晶合金粉末、納米晶合金粉末等，使之在成型過程中可以明顯降低成型壓力及殘余應(yīng)力，并提高其粉芯密度，最終改善金屬粉芯性能。
【專利說明】一種用于制備金屬粉芯的具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁性金屬粉末
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于磁性功能材料領(lǐng)域，涉及一種用于制備金屬粉芯的具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁性金屬粉末。
【背景技術(shù)】
[0002]磁粉芯是具有分布?xì)庀短卣鞯囊活愜洿挪牧?，其材料由金屬粉末、粉末表面絕緣劑及粘結(jié)劑組成；顆粒之間依靠表面的絕緣劑彼此保持絕緣，粉末之間依靠粘結(jié)劑而彼此保持一定的強(qiáng)度，顆粒之間的氣隙成為主要的儲(chǔ)能位置。
[0003]通常磁粉芯包括鐵粉芯、鐵硅粉芯、鐵硅鋁粉芯、坡莫合金粉芯。近年來隨著電力電子行業(yè)的發(fā)展，器件小型化、高頻化及高功率密度的要求導(dǎo)致現(xiàn)有磁粉芯難以很好地滿足發(fā)展要求，因此綜合性能優(yōu)異的非晶磁粉芯成為研發(fā)的重要目標(biāo)之一。目前，已經(jīng)有FeSiB系的非晶磁粉芯(破碎法)產(chǎn)品，并表現(xiàn)出低損耗、高直流偏置特性的特征。但是非晶軟磁優(yōu)異的軟磁特性(尤其是低損耗特征)未得到完全發(fā)揮，例如以上FeSiB非晶磁粉芯的單位體積損耗是FeSiB非晶帶材繞制的鐵芯損耗的5倍左右。
[0004]分析其原因后發(fā)現(xiàn)其核心在于非晶粉末的高硬度、難變形特性導(dǎo)致在壓制成型過程非晶粉末不會(huì)發(fā)生塑性變形，因此粉末之間的空隙無法填充、粉芯密度?。煌瑫r(shí)非晶粉末之間的接觸面積是局部點(diǎn)，造成結(jié)合強(qiáng)度小，并導(dǎo)致其磁路在這些點(diǎn)集中，從而引起局部點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度增加、磁導(dǎo)率下降；再有，這些高硬度、難變形合金粉末在壓力成型過程產(chǎn)生的局部點(diǎn)接觸問題還將引起應(yīng)力在這些局部區(qū)域集中，從而使得矯頑力增加、磁導(dǎo)率下降，導(dǎo)致其磁粉芯損耗增加、電感下降。以上原因?qū)е路蔷Ш辖鸬入y變形、高硬度材料的性能未得到充分發(fā)揮。因此，對(duì)于高硬度、難變形的材料磁粉芯的研制一直都是業(yè)界的難題，例如聞性能鐵娃招磁粉芯、納米晶磁粉芯和非晶磁粉芯。
[0005]本發(fā)明旨在提供一種用于制備金屬粉芯的具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁性金屬粉末，以解決高硬度、難變形材料的磁粉芯性能未得到完全發(fā)揮的問題。其原理在于:
[0006](I)最內(nèi)層材料為磁性金屬，通常具有難變形、高硬度特征，例如鐵硅鋁合金、非晶軟磁合金、納米晶合金等；
[0007](2)第二層為金屬材料，通常具有易變性、硬度低的特征，與(I)中所述材料形成互補(bǔ)，例如鋁、銅、鎳、鐵等金屬。在壓力成型過程中，壓力首先達(dá)到第二層金屬的壓縮強(qiáng)度并使之發(fā)生塑性變形，從而減小作用于最內(nèi)層金屬粉末的應(yīng)力；同時(shí)，通過軟金屬的塑性變形將繼續(xù)加載的壓力傳導(dǎo)至還未發(fā)生變性的軟金屬表面，從而將力均勻地分散，并增加了粉末之間的接觸面積，最終大大減少應(yīng)力集中點(diǎn)并使難變形、高硬度粉末實(shí)現(xiàn)最佳的密堆拓?fù)洌?br> [0008](3)雖然以上結(jié)構(gòu)已經(jīng)緩解了應(yīng)力集中和密度小的問題，但是作為磁粉芯的磁性金屬粉末其表面必須保證絕緣，這樣才能保證高頻下電流不會(huì)在粉末之間流通，從而減小渦流損耗。因此，最外層結(jié)構(gòu)的材料必須具有絕緣特征，例如金屬氧化物等。
[0009]通過以上原理，本發(fā)明旨在解決難變形、高硬度材料在制備磁粉芯時(shí)遇到的困難，從而使得磁性材料盡可能發(fā)揮出優(yōu)異的特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明提供了一種用于制備金屬粉芯的具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁性金屬粉末。該復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁性金屬粉末由內(nèi)向外具有三層結(jié)構(gòu)，最內(nèi)層材料為磁性金屬，是金屬粉芯磁性能的來源，通常屬于高硬度、難變形合金，可以是鐵硅鋁、鐵硅、鐵基非晶合金、鈷基非晶粉末、納米晶等金屬的其中一種；第二層材料為相對(duì)第一層金屬硬度較軟的金屬，其在粉芯成型過程中起到減小應(yīng)力集中和提高粉芯密度的作用，可以是鋁、鉻、銅、錫、鎳、鐵、鎂等金屬單質(zhì)或其合金的其中一種；最外層材料為金屬氧化物或氮化物等具有絕緣特征的離子型化合物或其混合物，通常是具有離子鍵的一些非金屬離子化合物，具有優(yōu)秀的絕緣特征，保證金屬粉末彼此之間絕緣，可以是氧化鋁、氮化鋁、氧化鉻、氮化鉻、氧化鎂、氮化鎂、氧化鐵、氮化鐵、氧化鎳、氧化銅、軟化點(diǎn)低于800 V的玻璃、氮化銅磷酸二氫鹽、磷酸氫鹽、磷酸鹽、水玻璃等的一種或一種以上的混合物。最外層材料除具有絕緣作用外，同時(shí)也可以具有粘結(jié)作用，尤其是在一定溫度下通過材料軟化使得粉末之間得以產(chǎn)生粘結(jié)力，這是因?yàn)橛行o機(jī)絕緣物在一定溫度下同時(shí)也有粘結(jié)劑的作用，例如低熔點(diǎn)玻璃、磷酸二氫鹽、磷酸鹽、水玻
墻坐
[0011]本發(fā)明所述的最內(nèi)層金屬粉末的制備方法很多，可以是破碎法、水霧化、氣霧化、化學(xué)還原、溶膠凝膠等，此環(huán)節(jié)不屬于
【發(fā)明內(nèi)容】
，因此在此不一一列舉。本發(fā)明第二層金屬完全包裹在最內(nèi)層金屬表面上，厚度為0.l-20um，具體厚度需要根據(jù)最內(nèi)層金屬粉末的粒徑調(diào)整，最內(nèi)層金屬粉末粒徑越大，第二層金屬的厚度越大，該金屬層獲得的方法很多，例如電鍍、化學(xué)方法、溶膠凝膠法、物理方法等，此環(huán)節(jié)不屬于
【發(fā)明內(nèi)容】
，因此在此不一一列舉。本發(fā)明最外層絕緣物質(zhì)完全包裹在第二層金屬表面上，厚度為0.01-20um，具體厚度需要根據(jù)其工作時(shí)所承受的感應(yīng)電壓而定，原則是在保證絕緣物不被電壓擊穿的前提下越薄越好，該層獲得的方法也很多，例如氧化法、氮化法、化學(xué)反應(yīng)法、物理涂覆法、溶膠凝膠法等，此環(huán)節(jié)不屬于
【發(fā)明內(nèi)容】
，因此在此不一一列舉。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0012]附圖1.本發(fā)明粉末的復(fù)合結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]其中I為最內(nèi)層，2為第二層，3為最外層。
實(shí)施例
[0014]實(shí)施例1
[0015]該實(shí)施例采用Fe78(SiB)22水霧化非晶粉末，形狀近似球形，平均粒徑D50為26um，之后采用電鍍工藝在其表面生成厚度為3um的金屬鋁薄膜，然后在lmol/L的磷酸溶液中加熱到100°C反應(yīng)10分鐘生成一層磷酸鋁鹽復(fù)合物，厚度為5um ;最后通過包覆工藝、壓力成型及熱處理制備出磁粉芯。為了對(duì)比，采用Fe78(SiB)22水霧化非晶粉末及相同的工藝制備出磁粉芯。其性能如下表:
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種用于制備金屬粉芯的具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁性金屬粉末，其特征在于:所述金屬粉末的最內(nèi)層材料為磁性金屬；第二層材料為比所述最內(nèi)層金屬的硬度軟的金屬材料，所述第二層材料通過在制備所述金屬粉芯的壓力成型過程中，減小作用于最內(nèi)層金屬粉末的應(yīng)力，起到緩沖的作用；最外層為絕緣層，所述絕緣層是具有離子鍵的非金屬離子化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性金屬粉末，其特征在于所述最內(nèi)層材料是鐵硅鋁粉末、鐵硅粉末、鐵基非晶合金粉末、鈷基非晶粉末、納米晶粉末中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性金屬粉末，其特征在于所述第二層材料是鋁、鉻、銅、錫、鎳、鐵、鎂的金屬單質(zhì)或其合金中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁性金屬粉末，其特征在于所述非金屬離子化合物為金屬氧化物或氮化物等具有絕緣特征的離子型化合物或其混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁性金屬粉末，其特征在于所述非金屬離子化合物為氧化鋁、氮化鋁、氧化鉻、氮化鉻、氧化鎂、氮化鎂、氧化鐵、氮化鐵、氧化鎳氧化銅、軟化點(diǎn)低于800 V的玻璃、氮化銅磷酸二氫鹽、磷酸氫鹽、磷酸鹽或水玻璃的一種或一種以上的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁性金屬粉末，其特征在于:所述金屬粉末形貌是球形、橢球形或多邊形的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁性金屬粉末，其特征在于:所述最外層材料具有絕緣和粘結(jié)作用。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁性金屬粉末，其特征在于:當(dāng)采用硬度高的磁性金屬粉末制備金屬粉芯時(shí)，該粉末減小壓力成型過程中集中于磁性金屬粉末表面局部微小區(qū)域的應(yīng)力，并且利用第二層金屬的變形協(xié)調(diào)周圍粉末的整體位移，提高金屬粉芯的密度。
【文檔編號(hào)】H01F1/047GK103545074SQ201210234712
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月9日
【發(fā)明者】郭峰 申請(qǐng)人:郭峰