一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯及其制备方法与应用。本发明专利技术使用等离子体在特定气体下处理Fe

【技术实现步骤摘要】
一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于软磁材料、粉末冶金等
，具体涉及一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的高磁感高电阻率磁粉芯及其制备方法与应用，具体为使用放电等离子体在特定气体环境下处理软磁粉末，使粉末表面生成一层纳米绝缘膜，进而结合压制和烧结工艺得到高磁感高电阻率的复合磁粉芯。

技术介绍

[0002]自19世纪发现铁是可用软磁材料以来，科学家们一直在不断探索新的成分来改进和优化以Fe为基底的软磁材料。1900年硅钢的专利技术是软磁材料的一个重要里程碑，至今硅钢仍然是主流的软磁材料，是大型变压器和各种电机的首选功能材料。然而，硅钢的低电阻率使其在工作频率增加时遭受巨大涡流损耗，因而具有更优异性能的磁粉芯成为了替代硅钢的理想材料。随着现代技术的更新换代，电气化在许多行业的使用越来越广泛，并且电子器件的小型化逐渐成为趋势，如3C产品、航空航天、通信电子、医疗器械、新能源汽车等领域，其具体应用的目标器件包括5G通信器件、5G通信基站、智能控温器、变压器、电动机、互感器、扼流圈、电感器、执行元器件、发电机、复杂阻尼器等。因此，需要制造出高磁感高电阻率等优异性能的磁粉芯，以满足电子器件不断小型化、高频化的性能需求。
[0003]磁粉芯软磁复合材料是近年来材料领域的研究重点。通常，磁粉芯软磁复合材料的制备包括以下步骤：(1)气/水雾化制备软磁材料粉末，其成分一般包括硅、镍、铝或钴等；(2)绝缘包覆软磁粉末颗粒；(3)混合绝缘包覆软磁粉末与润滑剂；(4)压制混合粉末制取生坯；(5)在400至900℃的温度下烧结，获得磁粉芯软磁复合材料。磁粉芯软磁复合材料在服役过程中，其被绝缘包覆的软磁粉末内部将形成非常小的涡流路径，因此一个被绝缘包覆的软磁粉末可以称为功能基元。进而，如果每个功能基元具有低的涡流损耗和较高的电阻率，则磁粉芯软磁复合材料将具有高电阻率。
[0004]磁粉芯软磁复合材料具有高电阻率和三维各向同性铁磁行为，以及在中高频较低的总磁损耗，因而广泛用于电子器件。目前，磁粉芯使用的材料最常见的是铁或铁合金，例如：Fe
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P、Fe
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Si或Fe
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Co。但是，由于难以获得大晶粒尺寸，以及需兼顾加工特性所需的较多包覆剂，磁粉芯软磁复合材料的磁导率U
i
被限制在100H/m以内。
[0005]提升磁粉芯软磁复合材料磁导率U
i
的途径之一是调控功能基元的绝缘包覆层，包括优化包覆剂的种类、厚度以及包覆均匀性。目前，磁粉芯的包覆通常使用绝缘剂和粘接剂混合包覆，其中绝缘剂包括Al2O3、SiO2、有机硅树脂、磷酸盐类、硅酸盐类、云母粉等，粘接剂一般为环氧类树脂。然而，现有绝缘包覆剂还存在以下问题：(1)需要混合搅拌，然后烘干，再破碎分离，工序较多；(2)包覆层厚度不均匀、包覆剂分布不均匀，致使磁损耗增大；(3)包覆层厚度难以精准控制，使得磁粉芯的磁导率大幅降低。因此，含有绝缘包覆剂的功能基元难以满足磁粉芯应用目标器件种类繁多、追求更高综合性能的多种需求。
[0006]另一方面，为了降低矫顽力和减少磁损耗，通常需对功能基元压坯进行烧结来消
除内应力。但在烧结过程中，高温往往使得功能基元的绝缘包覆层部分蒸发，从而降低了功能基元之间的绝缘性能，进而使得涡流路径增大，最终致使电阻率降低。于是，具有“功能基元”的磁粉芯在工作过程中涡流损耗增加，从而能耗增大。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的高磁感高电阻率磁粉芯的制备方法，纳米氧化物包覆均匀、厚度可控、耐高温。具体为使用放电等离子体在特定气氛下处理Fe
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基非晶合金粉末和FeSi
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基晶态合金粉末的混合粉末，使其表面生成一层纳米氧化物绝缘膜；处理后把FeSi
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基晶态合金粉末与Fe
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基非晶合金粉末按特定比例混合，经压制和烧结，得到具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯。
[0008]该方法可获得Fe
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基纳米晶和FeSi
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基微米晶双尺度软磁内核，从而可提升磁粉芯的饱和磁感应强度B
m
和磁导率U
i
，同时纳米氧化物绝缘包覆层使磁粉芯具有高电阻率，因而其具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯展现出全面、综合的高性能，可适用于多种类型场合。
[0009]本专利技术的另一目的在于提供上述方法制得的一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的高磁感高电阻率磁粉芯。
[0010]本专利技术的再一目的在于提供上述一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的高磁感高电阻率磁粉芯在中高频领域电子器件的应用。
[0011]本专利技术所述具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的高磁感高电阻率磁粉芯可应用于如3C产品、航空航天、通信电子、医疗器械、新能源汽车等领域，其具体应用的目标器件包括5G通信器件、5G通信基站、智能控温器、变压器、电动机、互感器、扼流圈、电感器、执行元器件、发电机、阻尼器等。
[0012]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0013]一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)表面纳米氧化：将Fe
‑
基非晶合金粉末和FeSi
‑
基晶态合金粉末混合，进行放电等离子体表面纳米氧化处理，处理条件为：氧气和氢气中的至少一种气体氛围，电压131
±
5V，电流1.1～1.9A，转速500～1100r/min，每次放电处理时间为1.5～4h，每次放电处理完毕相隔20～40分钟再进行下次放电处理，直到放电处理次数达到5～10次，得到具有纳米氧化物/双尺度软磁内核的功能基元粉末；
[0015](2)功能基元粉末压制成型：将步骤(1)具有纳米氧化物/双尺度软磁内核的功能基元粉末与润滑剂混合均匀，压制成型，得到具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元粉末的高致密磁粉芯压坯；
[0016](3)磁粉芯烧结成型：将步骤(2)具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元粉末的高致密磁粉芯压坯，在惰性气体氛围中烧结成型，得到高磁感高电阻率的复合磁粉芯。
[0017]优选地，步骤(1)所述FeSi
‑
基晶态合金粉末占Fe
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基非晶合金粉末和FeSi
‑
基晶态合金粉末总质量的55～95％，更优选为70～80％。
[0018]优选地，步骤(1)所述Fe
‑
基非晶合金粉末元素含量Fe70～90at.％，余量由以下成
分中的两种或两种以上元素组成：Si、Co、B、C、P、Cu、Ni、Mo、Al、Ta、Nb和Sn元素；所述Fe
‑
基非晶合金粉末的粒径为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)表面纳米氧化：将Fe
‑
基非晶合金粉末和FeSi
‑
基晶态合金粉末混合，进行放电等离子体表面纳米氧化处理，处理条件为：氧气和氢气中的至少一种气体氛围，电压131
±
5V，电流1.1～1.9A，转速500～1100r/min，每次放电处理时间为1.5～4h，每次放电处理完毕相隔20～40分钟再进行下次放电处理，直到放电处理次数达到5～10次，得到具有纳米氧化物/双尺度软磁内核的功能基元粉末；(2)功能基元粉末压制成型：将步骤(1)具有纳米氧化物/双尺度软磁内核的功能基元粉末与润滑剂混合均匀，压制成型，得到具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元粉末的高致密磁粉芯压坯；(3)磁粉芯烧结成型：将步骤(2)具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元粉末的高致密磁粉芯压坯，在惰性气体氛围中烧结成型，得到高磁感高电阻率的复合磁粉芯。2.根据权利要求1所述一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述FeSi
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基晶态合金粉末占Fe
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基非晶合金粉末和FeSi
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基晶态合金粉末总质量的55～95％。3.根据权利要求1所述一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述Fe
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基非晶合金粉末元素含量Fe70～90at.％，余量由以下成分中的两种或两种以上元素组成：Si、Co、B、C、P、Cu、Ni、Mo、Al、Ta、Nb和Sn元素；所述Fe
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基非晶合金粉末的粒径为15～100μm；步骤(1)所述FeSi
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基晶态合金粉末元素含量Fe70～90at.％，Si 15～0.1at.％，余量由以下成分中的一种或一种以上元素组成：Co、B、C、P、Cu、Ni、Mo、Al、Ta、Nb和Sn元素；所述FeSi
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基晶态合金粉末的粒径为15～100μm。4.根据权利要求1所述一种具有纳米氧化物/双尺度软磁内核功能基元的磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述Fe
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基非晶合金粉末为Fe
83
Si5B8P3Cu1、Fe
83
Si5B8Cu4、Fe

【专利技术属性】
技术研发人员：杨超，李泓臻，彭焕林，
申请(专利权)人：中山市华佑磁芯材料有限公司，
类型：发明
国别省市：