本发明专利技术公开了一种基于非晶晶化双功能基元的高磁感磁粉芯及其制备方法与应用。本发明专利技术将两种以上不同过冷液相区和不同晶化温度的FeSi
【技术实现步骤摘要】
一种基于非晶晶化双功能基元的高磁感磁粉芯及其制备方法与应用
[0001]本专利技术属于软磁材料成形
，具体涉及一种基于非晶晶化双功能基元的高磁感磁粉芯及其制备方法与应用。具体为将两种以上不同过冷液相区和不同晶化温度的FeSi
‑
基非晶合金粉末进行混合，添加包覆剂包覆后进行压制，再通过烧结使两种非晶合金粉末晶化获得双功能基元，最后得到高磁感低损耗磁粉芯。
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软磁材料。然而，由于硅钢的低电阻率特性使得其在中高频(大于30MHz)工作时，涡流损耗大幅增加，进而导致磁损耗增加。另一方面，在大多数常规电子器件应用中，铁氧体磁芯由于其高频损耗低，且成本低也常用作于磁芯材料。然而，铁氧体磁芯的缺陷是它们的低磁感强度和难以制备大尺寸。随着科技设备的不断发展和更新换代，3C产品、医疗器械、新能源汽车、航空航天等领域的电子器件逐渐小型化，高频设备的使用越来越多，如新能源汽车的快速发展，各种电机和功率变换器正朝着小型化、高效率的方向发展，这就要求软磁材料在高频下具有高磁感强度和低磁损耗，以保证其在中高频率的运转下保持低损耗。因此，需要寻求更高性能、更高效的电感元件在中高频环境代替硅钢和铁氧体，来满足电子器件小型化的发展需求。
[0003]软磁磁粉芯也称为软磁复合材料，通过在金属软磁粉表面包覆一层绝缘层，能够有效的起到绝缘作用。软磁复合材料绝缘包覆层的独特之处在于：每个被绝缘层包覆的粉末颗粒，在其内部具有非常小的涡流路径，可以使整体的软磁复合材料在工作期间产生的涡流损耗大副降低，并且可以具有相对较高的电阻率。把每个绝缘包覆的粉末颗粒定义为一个独立的“功能基元”。对于软磁复合材料磁粉芯来讲，功能基元作为主要个体直接决定了其综合磁性能。饱和磁感强度、矫顽力、电阻率和磁损耗都与功能基元的晶粒尺寸和相结构密切相关。因此，功能基元的成分设计和晶粒尺寸调控对于实现软磁复合材料的优异软磁性能至关重要。
[0004]一般来讲，在晶态合金和铁氧体中，随着晶粒尺寸增加，初始磁导率增加，矫顽力减小，所以通常会尽可能地增大合金的晶粒尺寸，来获得优异的软磁特性。相反的是，纳米晶与上述规律不一样，当非晶相晶化后，晶粒尺寸为纳米级别时，反而也可以具有优异的软磁性能，这是因为对于纳米晶合金，α
‑
Fe(Si)固溶体晶粒极为细小，其结构长度远低于铁磁交换长度，使得磁各向异性常数K降低，进而使得纳米晶软磁合金具有优异的软磁性能，因而纳米晶软磁复合材料磁粉芯可以应用在多种场合。根据定义，纳米晶功能基元包括内部纳米晶粉末颗粒及其外部的绝缘包覆层。其内部的结构通常通过两阶段工艺路线获得：通过快速凝固获得非晶结构，然后经过烧结处理形成纳米晶。
[0005]目前纳米晶磁粉芯的开发，一般在于对其材料成分的开发，通过添加Cu、Nb、P、Zr
等元素使得纳米晶磁粉芯性能提升，如Yoshizawa等人在常规Fe
‑
Si
‑
B中添加少量Cu和Nb得到Fe
‑
Si
‑
B
‑
Nb
‑
Cu合金(也称为Finemet合金)，然后在500至600℃下烧结1小时，可以具有优异的软磁性能。此外，还有Suzuki等研究学者开发出Fe
‑
Zr
‑
B基合金，称为Nanoperm合金。Makino等研究学者开发出含非金属的Fe
‑
Si
‑
B
‑
P
‑
Cu Nanomet合金，这两种合金虽然都提高了饱和磁感强度Bs值，但是其在中高频环境工作时，磁损耗W
m
仍然偏高。还值得注意的是，这些方法往往局限于一种功能基元的探索。鉴于此，有必要探索出一种基于非晶晶化双功能基元的高磁感磁粉芯，以拓展软磁复合材料磁粉芯的应用领域。
技术实现思路
[0006]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基于非晶晶化双功能基元的高磁感磁粉芯的制备方法，具体为将两种不同过冷液相区和不同晶化温度的FeSi
‑
基非晶合金粉末进行混合，添加包覆剂后进行压制，最后通过烧结使得两种非晶合金粉末分步晶化，生成两种不同的纳米晶粒尺寸，为两种纳米晶功能基元，进而获得非晶晶化双功能基元的高磁感磁粉芯。
[0007]本专利技术方法制造工艺流程与现用的磁粉芯制造流程一样，不用添加额外的工序以增加成本，可个性化制造，也可批量生产，尤其适用于中高频领域电子器件的应用。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供上述方法制得的一种基于非晶晶化双功能基元的高磁感磁粉芯。
[0009]本专利技术的再一目的在于提供上述一种基于非晶晶化双功能基元的高磁感磁粉芯在中高频领域电子器件的应用。
[0010]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0011]一种基于非晶晶化双功能基元的高磁感磁粉芯的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)将两种晶化温度T
X
差为20～60℃的FeSi
‑
基非晶合金粉末与包覆剂进行混合包覆和干燥后，再与润滑剂混合均匀，压制成型，得到包覆复合非晶合金粉末；
[0013](2)将步骤(1)包覆复合非晶合金粉末进行烧结处理，烧结温度为(T
X1
+T
X2
)/2
±
20℃，时间为20min～2h，其中T
X1
为复合非晶合金粉末的最低晶化温度，T
X2
为复合非晶合金粉末的最高晶化温度，烧结过程中两种FeSi
‑
基非晶合金粉末发生分步非晶晶化形成两种尺寸的纳米晶，生成非晶晶化双功能基元的高磁感磁粉芯。
[0014]优选地，步骤(1)中两种晶化温度T
X
差为20～60℃的非晶合金粉末的质量比为1：4～4：1；更优选为3：7～7：3。
[0015]优选地，步骤(1)中FeSi
‑
基非晶合金粉末元素含量Fe87～70at.％，余量由以下成分中的两种或两种以上元素组成：Co、B、C、P、Cu、Ni和Mo元素。
[0016]更优选地，步骤(1)中FeSi
‑
基非晶合金粉末为Fe
85.5
B
10
Si
1.5
P2C1、Fe
78
Si9B
10
P3、Fe
85.5
B
10
Si
2.5
P2、Fe
83
Si5B8Cu4和Fe
83
Si5B5Cu7中的两种且不同非晶合金粉末的晶化温度T
X
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于非晶晶化双功能基元的高磁感磁粉芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将两种晶化温度T
X
差为20～60℃的FeSi
‑
基非晶合金粉末与包覆剂混合均匀，进行包覆复合和干燥后，再与润滑剂混合均匀，压制成型，得到具有两种晶化温度的复合非晶合金粉末；(2)将步骤(1)的复合非晶合金粉末烧结成形，烧结温度为(T
X1
+T
X2
)/2
±
20℃，时间为20min～2h，其中T
X1
为复合非晶合金粉末的较低晶化温度，T
X2
为复合非晶合金粉末的较高晶化温度，烧结过程中两种FeSi
‑
基非晶合金粉末发生分步非晶晶化形成两种尺寸的纳米晶，生成具有双功能基元的高磁感磁粉芯。2.根据权利要求1所述一种基于非晶晶化双功能基元的高磁感磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤(1)中两种晶化温度T
X
差为20～60℃的非晶合金粉末的质量比为1：4～4：1。3.根据权利要求1所述一种基于非晶晶化双功能基元的高磁感磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤(1)中FeSi
‑
基非晶合金粉末元素含量Fe87～70at.％，余量由以下成分中的两种或两种以上元素组成：Co、B、C、P、Cu、Ni和Mo元素。4.根据权利要求1所述一种基于非晶晶化双功能基元的高磁感磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤(1)中FeSi
‑
基非晶合金粉末为Fe
85.5
B
10
Si
1.5
P2C1、Fe
78
Si9B
10
P3、Fe
85.5
B
10
...
【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：
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