硅钢磁粉芯及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硅钢磁粉芯及其制备方法，以硅钢片废料或其它硅钢材料为主要原料，并按需添加合金元素，冶炼到以下目标成分范围：C：≤0.005wt％，Si：0.30wt％～6.50wt％，Mn：≤0.50wt％，P：≤0.20wt％，S：≤0.005wt％，Als：≤1.5wt％，N：≤0.005wt％，其余为Fe及不可避免杂质，且同时满足1.0wt％≤(Si+Als)≤7.5wt％；再经过制粉、钝化、包覆、压制和热处理步骤，制得硅钢磁粉芯。本发明专利技术以硅钢片废料为主要原料雾化制粉，并以硅钢涂液为包覆剂，采用粉末冶金工艺，获得电磁性能优良的硅钢磁粉芯，可实现资源的综合利用。

Magnetic powder core of silicon steel and its preparation method

The invention discloses a silicon steel magnetic core and a preparation method thereof, in silicon steel scrap or other steel materials as the main raw material, and according to the need to add alloy elements, smelting to the following composition range: C: Si:0.30wt% = 0.005wt%, ~ 6.50wt%, Mn = 0.50wt%, P = 0.20wt: S = 0.005wt%:%. Als, N:: = 1.5wt%, less than 0.005wt%, the rest were Fe and unavoidable impurities, and meet at the same time 1.0wt% (Si+Als) = 7.5wt%; after milling, passivation, coating, pressing and heat treatment steps, made of silicon steel magnetic core. With silicon steel scrap as main raw material, atomizing and pulverizing, and silicon steel coating as coating agent, the silicon steel magnetic powder core with excellent electromagnetic performance is obtained by powder metallurgy process, and the comprehensive utilization of resources can be realized.

【技术实现步骤摘要】
硅钢磁粉芯及其制备方法
本专利技术涉及一种金属磁粉芯，特别是指一种硅钢磁粉芯及其制备方法。
技术介绍
金属磁粉芯广泛应用于PFC电路和开关电源(SMPS)中，是制造在线噪声滤波器、高频电感器、脉冲变压器及回扫变压器、太阳能逆变器等电子元器件的重要材料。金属磁粉芯的传统生产方法，是将金属软磁粉末颗粒采用绝缘介质包覆后，经压制成型、热处理，形成的一种软磁产品。由于磁性颗粒很小，包覆后具有较高的电阻率，一方面在高频磁场中涡流损耗较小，另一方面由于有颗粒间隙导致导磁率不高。现在常用的磁粉芯主要有铁粉芯、铁硅粉芯以及铁硅铝粉芯。衡量金属软磁粉芯的指标主要有饱和磁感强度、磁导率以及损耗大小。硅钢磁粉芯以Fe-Si合金为主，具有饱和磁感高，磁导率较大，成本较低，缺点是电阻率较低，在高频磁场作用下，涡流损耗较大。其电磁性能主要取决于粉粒材料的导磁率、粉粒大小和形状、以及填充系数、绝缘介质含量，成型压力以及热处理工艺等因素。中国专利公开号为CN104668556A的文献，公布了一种具有高性能FeSi软磁粉芯的制备方法，包括原材料；粉末的预处理；温压成型和胚体的热处理。其主要优点是采用温压工艺代替传统压制工艺；使用硅酸盐和多组分氧化物作为复合无机粘结剂代替单一的无机粘结剂。其缺点是主要成分只有Fe和Si两种元素，不能充分发挥硅钢磁粉芯的综合性能。中国专利公开号为CN104103413A的文献，公布一种具有高磁通磁环性能的磁粉芯的制备方法，包括合金冶炼、气雾破碎、退火处理、绝缘包覆、模压成型、热处理、加固和表面喷涂油漆。所制备的磁粉芯具有高饱和磁感强度、高的交直流叠加特性及良好的温度稳定性、低的铁芯损耗、低成本。该专利的优点是采用高岭土为绝缘剂，制备方法简单实用，缺点是只考虑Fe和Si两种元素，也不能利用现有硅钢片的余料。中国专利公开号为CN104759619A的文献，公布一种金属磁粉绝缘处理及制备金属磁粉芯的方法。采用磷酸和硼酸与金属磁粉表面反应，在金属磁粉表面生成并吸附一层磷酸盐和硼酸盐层，获得所需B、P扩散源；然后在真空气氛下进行扩散反应，金属磁粉表面的B、P元素向金属内部扩散，金属磁粉表面渗B、P后，在金属磁粉磷酸盐及硼酸盐层包覆下方形成含B或P的金属间隙化合物，这层金属间隙化合物，同时残余磁粉外部的硼酸，由于其具有低熔点的特征，高温下将会变成液态，起到无机粘结剂作用。此专利的优点在于包覆层的生成，其缺点是需要在真空条件下进行扩散反应，不利于大规模制备。综上所述，现有技术中暂未有以硅钢废料作为原料、电磁性能优良、适于产业化生产的硅钢磁粉芯及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电磁性能优良、适于产业化生产的硅钢磁粉芯及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术所提供的硅钢磁粉芯，以硅钢片废料或其他硅钢材料为主要原料，并按需添加合金元素，冶炼到如下目标成分范围(本专利技术中，元素成分均为质量百分比)：C：≤0.005wt％，Si：0.30wt％～6.50wt％，Mn：≤0.50wt％，P：≤0.20wt％，S：≤0.005wt％，Als(酸溶铝)：≤1.5wt％，N：≤0.005wt％，其余为Fe及不可避免杂质，且同时满足1.0wt％≤(Si+Als)≤7.5wt％；再经过制粉、钝化、包覆、压制和热处理步骤制得。优选地，该硅钢磁粉芯的平均粒径在70～100μm。优选地，该硅钢磁粉芯加工制得的磁环，在50Hz、5000A/m下的磁感应强度B5000不小于500mT，在20KHz、0.1T下的铁损P0.1/20K为30～55w/kg。本专利技术同时提供了前述硅钢磁粉芯的制备方法，包括如下步骤：1)冶炼：采用真空炉冶炼，以硅钢片废料或其它硅钢材料为主要原料，并按需添加合金元素，冶炼到所述目标成分范围以内；2)制粉：采用水雾化法或气雾化法进行雾化制粉，并筛分至100μm以下，得到雾化粉；3)钝化：在所述雾化粉中添加混合液，在研磨中使粉末颗粒表层生成钝化膜，得到钝化粉；4)包覆：在所述钝化粉中，添加作为包覆剂的硅钢涂液，并添加用于改善成型性能的粘结剂，进行覆膜得到包覆粉；5)压制：对所述包覆粉进行压制，得到特定形状和尺寸的压制试样；6)热处理：对所述压制试样进行热处理，消除残余应力并使粉粒内部发生再结晶，得到硅钢磁粉芯成品。优选地，所述步骤3)中，所述混合液由磷酸、硼酸和丙酮按质量比2∶1∶5调配制得，其加入量为所述钝化粉的2wt％～5wt％；所述雾化粉的研磨在球磨机中进行，研磨时间为15～30min。优选地，所述步骤4)中，所述硅钢涂液为T2或T4硅钢涂液，所述硅钢涂液的加入量为所述包覆粉的2wt％～10wt％。优选地，所述步骤4)中，所述粘结剂为硅酸钠和高岭土的混合物，所述粘结剂的加入量为所述包覆粉的1wt％～2wt％。优选地，所述步骤4)中，覆膜的具体操作为：将所述硅钢涂液、粘结剂与钝化粉在60～80℃恒温水浴锅中搅拌60～90min。优选地，所述步骤5)中，压制的具体操作为：称取一定质量的包覆粉，在液压机上压制为特定形状和尺寸；压制的系统压力设定为25～30MPa，所得压制试样的密度为5.8～6.3g/cm3。优选地，所述步骤6)中，热处理的具体操作为：将所述压制试样放入退火炉中，随炉升温到200～250℃并保温0.5～1h；然后控制升温速度不大于10℃/min，升温到700～800℃并保温1～3h；该步骤中，退火气氛采用N2、H2混合气，且N2与H2的体积流量比为3∶1。本专利技术的有益效果是：以硅钢片废料或其它硅钢材料为主要原料，并雾化制粉，并以硅钢涂液为包覆剂，采用粉末冶金工艺，获得电磁性能优良的硅钢磁粉芯，可实现硅钢资源的综合利用。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术所提供的硅钢磁粉芯，以硅钢片废料或其它硅钢材料为主要原料，并按需添加少量合金元素，冶炼到如下目标成分范围：C：≤0.005wt％，Si：0.30wt％～6.50wt％，Mn：≤0.50wt％，P：≤0.20wt％，S：≤0.005wt％，Als：≤1.5wt％，N：≤0.005wt％，其余为Fe及不可避免杂质，且同时满足1.0wt％≤(Si+Als)≤7.5wt％。其平均粒径在70～100μm，经加工制成圆环后，50Hz下磁感应强度B5000大于500mT，高频铁损P0.1/20K为30～55w/kg。以下阐述各元素在本专利技术中的作用机理。C：C为有害元素，其含量过多会使磁性恶化。成品随着含碳量增高，铁损增大。C还具有时效作用，随时间的推移会伴随着磁性(铁损)的恶化，这种恶化程度在C含量超过0.010wt％时最为显著，因此，C含量限制在0.010wt％以下。为获得优异磁性的产品，优选为C≤0.0050wt％。Si：Si是提高固有电阻的有效元素，但过多的硅使得饱和磁感降低，因此其上限为10wt％，优选为1.0～6.5wt％。Mn：Mn是硅钢片中防止热脆不可缺少的元素，具有以MnS形式固定S、抑制因FeS引起热脆。在本专利技术中Mn不是必须添加的元素，只是在硅钢原料中有Mn残留而已，因此，Mn含量控制在0.5wt％以下。P：P也是硅钢片中的残留元素。故P含量控制在0.20wt％以下。Al：Al与Si作用相似，有增加电阻率改善铁损的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅钢磁粉芯，其特征在于：它是以硅钢片废料或其它硅钢材料为主要原料，并按需添加合金元素，冶炼到以下目标成分范围：C：≤0.005wt％，Si：0.30wt％～6.50wt％，Mn：≤0.50wt％，P：≤0.20wt％，S：≤0.005wt％，Als：≤1.5wt％，N：≤0.005wt％，其余为Fe及不可避免杂质，且同时满足1.0wt％≤(Si+Als)≤7.5wt％；再经过制粉、钝化、包覆、压制和热处理步骤制得。

【技术特征摘要】
1.一种硅钢磁粉芯，其特征在于：它是以硅钢片废料或其它硅钢材料为主要原料，并按需添加合金元素，冶炼到以下目标成分范围：C：≤0.005wt％，Si：0.30wt％～6.50wt％，Mn：≤0.50wt％，P：≤0.20wt％，S：≤0.005wt％，Als：≤1.5wt％，N：≤0.005wt％，其余为Fe及不可避免杂质，且同时满足1.0wt％≤(Si+Als)≤7.5wt％；再经过制粉、钝化、包覆、压制和热处理步骤制得。2.根据权利要求1所述的硅钢磁粉芯，其特征在于：该硅钢磁粉芯的平均粒径在70～100μm。3.根据权利要求2所述的硅钢磁粉芯，其特征在于：该硅钢磁粉芯加工制得的磁环，在50Hz、5000A/m下的磁感应强度B5000不小于500mT，在20KHz、0.1T下的铁损P0.1/20K为30～55w/kg。4.一种如权利要求1～3中任一项所述硅钢磁粉芯的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)冶炼：采用真空炉冶炼，以硅钢片废料或其它硅钢材料为主要原料，并按需添加合金元素，冶炼到所述目标成分范围以内；2)制粉：采用水雾化法或气雾化法进行雾化制粉，并筛分至100μm以下，得到雾化粉；3)钝化：在所述雾化粉中添加混合液，在研磨中使粉末颗粒表层生成钝化膜，得到钝化粉；4)包覆：在所述钝化粉中，添加作为包覆剂的硅钢涂液，并添加用于改善成型性能的粘结剂，进行覆膜得到包覆粉；5)压制：对所述包覆粉进行压制，得到特定形状和尺寸的压制试样；6)热处理：对所述压制试样进行热处理，消除残余应力并使粉粒内部发生再结...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯大军，肖一坦，焦立新，康凌晨，韩斌，胡守天，党宁员，石文敏，彭明新，
申请(专利权)人：武汉钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42