一种双无机包覆磁粉芯及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种双无机包覆磁粉芯及其制备方法，包括如下步骤：(1)磷化前处理：将金属软磁粉与表面活性剂和磷化用表面调整剂的水溶液混合搅拌，得到磁粉混合液；(2)磷化处理：将硝酸盐和磷酸二氢盐的水溶液与(1)中的磁粉混合液混合搅拌，在磁粉表面生成氧化层和磷化层的双无机包覆层，然后清洗磁粉，干燥后得到磷化磁粉；(3)造粒与成型：将磷化磁粉加入到溶于有机试剂的树脂和偶联剂中进行包覆造粒，得到磁粉颗粒，将磁粉颗粒压制成型，得到双无机包覆磁粉芯。本发明专利技术降低包覆层的孔隙率，减少磁粉的氧化，提高磁粉芯的耐温等级；且工艺简单，成本较低，适合工业大批量生产。适合工业大批量生产。适合工业大批量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种双无机包覆磁粉芯及其制备方法


[0001]本专利技术涉及材料
，尤其是涉及一种一步法制备双无机包覆磁粉芯的方法。

技术介绍

[0002]磁粉芯是一种以金属磁性粉末为原料，在粉末表面包覆绝缘介质，采用粉末冶金工艺将粉体压制成所需形状的新型软磁材料，广泛应用于能源、信息、交通、国防等领域，如电源变压器、电感器、逆变器以及滤波器等。
[0003]电感器的耐温等级一般分为85℃、125℃(商业级)、155℃(车规级)、180℃(航天级)甚至更高，表示电感器能在此温度下长期(如1000小时)工作而不失效。耐温等级越高，电感器的应用领域越广。因此电感器的耐温等级越高越好。
[0004]常规的磷酸磷化制备工艺简单，已被广泛应用于工业生产，其产品耐温等级能达到125℃左右。但随着市场对电感器的耐温性等要求越来越高，磷酸磷化已不太适用，因为磷化层由许多大小不同的晶体组成，它们从成核中心扩散连接，最后覆盖表面。这种类型的结构本质上意味着存在穿过晶间区到金属基体的裂缝和通道。磷酸磷化形成磷酸铁或磷酸亚铁包覆层有很多孔隙，孔隙率约为磷酸盐表面的0.5
‑
1.5％，空气中的氧气能够透过这些孔隙与磁粉基体接触，从而氧化磁粉，氧化后磁粉的磁性相减少，所以磁导率下降，损耗增加，Q值下降。温度越高越容易氧化。
[0005]目前研究中，提高磁粉芯的耐温等级可以采取降低包覆层的孔隙率，提高包覆层的均匀致密性。CN114144852A提出第一层包覆部含有磷和氧，第二层包覆部含有硅和氧的双无机包覆层。CN112289536A提出在磁粉表面包覆低空隙的氧化硅。这两种方法应该都可以提高磁粉芯的耐温等级。但由于都采用了溶胶凝胶包覆氧化硅的方法，工艺复杂。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的上述缺点，本专利技术采用表面活性剂+表面调整剂+硝酸盐+磷酸二氢盐组合磷化液，在磁粉表面形成氧化物+磷化层的双层无机包覆层，降低包覆层的孔隙率，减少磁粉的氧化，提高磁粉芯的耐温等级，本专利技术工艺简单，适用于工业生产。
[0007]一种双无机包覆磁粉芯的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)磷化前处理：将金属软磁粉与表面活性剂和磷化用表面调整剂的水溶液混合搅拌，得到磁粉混合液；
[0009](2)磷化处理：将硝酸盐和磷酸二氢盐的水溶液与(1)中的磁粉混合液混合搅拌，在磁粉表面生成氧化层和磷化层的双无机包覆层，然后清洗磁粉，干燥后得到磷化磁粉；
[0010]其中，硝酸盐与磁粉反应生成第一层无机包覆层的部分公式：
[0011]3Fe+8H
+
+8NO3‑
＝Fe3O4↓
+8NO2↑
+4H2O
[0012]2Fe3O4+2H
+
+2NO3‑
＝3Fe2O3↓
+2NO2↑
+H2O
[0013]磷酸二氢盐与磁粉反应生成第二层无机包覆层的部分公式(M分别是一价金属和
二价金属)：
[0014]3M
+
+PO
43
‑
＝M3PO4↓
[0015]3M
2+
+2PO
43
‑
＝M3(PO4)2↓
[0016](3)造粒与成型：将磷化磁粉加入到溶于有机试剂的树脂和偶联剂中进行包覆造粒，后续可进行筛分、添加脱模剂等步骤得到磁粉颗粒；将磁粉颗粒压制成型，得到双无机包覆磁粉芯。
[0017]优选地，所述表面活性剂包括OP系列乳化剂、tx系列乳化剂、np系列乳化剂；所述磷化用表面调整剂包括锌系磷化用表面调整剂和锰系磷化用表面调整剂。
[0018]优选地，所述锌系磷化用表面调整剂为钛盐表面调整剂、草酸表面调整剂，所述锰系磷化用表面调整剂为锰盐表面调整剂。
[0019]优选地，所述钛盐表面调整剂为[Na4TiO(PO4)2]；所述表面活性剂为OP10。
[0020]优选地，所述表面活性剂和磷化用表面调整剂的添加量均为金属软磁粉的0.1
‑
2.0wt.％。
[0021]优选地，所述金属软磁粉采用羰基铁粉、还原铁粉、FeSi系合金粉、FeNi系合金粉、非晶/纳米晶粉中的一种或两种以上。
[0022]优选地，步骤(2)所述硝酸盐和磷酸二氢盐的水溶液中硝酸盐和磷酸二氢盐的浓度均为金属软磁粉的0.1
‑
2.0wt.％；所述硝酸盐包括硝酸锌、硝酸锰、硝酸钙；所述磷酸二氢盐包括磷酸二氢锌、磷酸二氢锰、磷酸二氢铵。
[0023]优选地，步骤(3)所述有机试剂为酒精或丙酮；所述树脂为有机硅树脂，所述偶联剂为硅烷偶联剂；磷化磁粉与树脂、偶联剂的质量比为100∶1～8∶0.1～1；所述压制成型的条件为400MPa～3000MPa。
[0024]一种电感，将步骤(3)制得的磁粉颗粒压制成型，制得电感。
[0025]本专利技术先用表面活性剂+表面调整剂的水溶液对磁粉芯进行磷化前处理，表面活性剂可以降低水的表面张力和润湿角，使磷化液与磁粉表面充分接触；表面调整剂可以增加磁粉表面的活性中心，为后面的磷化提供形核位点。锌磷化可加入胶体钛、草酸、多磷酸盐等表面调整剂，锰磷化可加入不溶性磷酸锰等表面调整剂。然后用硝酸盐+磷酸二氢盐的水溶液对磁粉芯进行磷化处理，硝酸盐作为氧化促进剂可以控制溶液中的亚铁离子和铁离子的含量，促使在磁粉表面生成第一层无机包覆层：氧化铁和四氧化三铁。磷酸二氢盐作为磷化主液，可以在第一层无机包覆层的基础上生成第二层无机包覆层：磷酸盐。双无机包覆层能提高磁粉的绝缘效果和抗氧化能力。后续在无机包覆处理的基础上进行有机包覆处理，并压制成磁粉芯和电感。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有如下优异效果：
[0027](1)将金属软磁粉末作为原材料；采用表面活性剂+表面调整剂+硝酸盐+磷酸二氢盐的组合磷化液对其进行磷化处理，在磁粉表面一步形成均匀致密的双无机包覆层；本专利技术工艺简单，成本较低，适合工业大批量生产。
[0028](2)本专利技术双无机包覆层能降低包覆层的孔隙率，减少磁粉的氧化，提高磁粉芯的耐温等级，提高磁粉芯和电感的长期工作寿命。
附图说明
[0029]图1为实施例1的磷化示意图。
[0030]图2为实施例1的SEM图像。
[0031]图3为实施例1的XPS图像。
[0032]图4为实施例1的TEM图像。
具体实施方式
[0033]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明，但本专利技术不限于以下实施例。羰基铁粉购自江苏天一超细金属粉末有限公司，有机硅树脂购自日本信越化学工业株式会社公司。
[0034]实施例1
[0035](1)粉末准备：采用500g羰基铁粉作为原材料。
[0036](2)磷化前处理：将羰基铁粉与0.2wt.％OP10+0.2wt.％钛盐表面调整剂[Na4TiO(PO4)2]的水溶液在室温下混合搅拌，搅拌时间为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双无机包覆磁粉芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)磷化前处理：将金属软磁粉与表面活性剂和磷化用表面调整剂的水溶液混合搅拌，得到磁粉混合液；(2)磷化处理：将硝酸盐和磷酸二氢盐的水溶液与(1)中的磁粉混合液混合搅拌，在磁粉表面生成氧化层和磷化层的双无机包覆层，然后清洗磁粉，干燥后得到磷化磁粉；(3)造粒与成型：将磷化磁粉加入到溶于有机试剂的树脂和偶联剂中进行包覆造粒，得到磁粉颗粒；将磁粉颗粒压制成型，得到双无机包覆磁粉芯。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂包括OP系列乳化剂、tx系列乳化剂、np系列乳化剂；所述磷化用表面调整剂包括锌系磷化用表面调整剂和锰系磷化用表面调整剂。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述锌系磷化用表面调整剂为钛盐表面调整剂、草酸表面调整剂，所述锰系磷化用表面调整剂为锰盐表面调整剂。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钛盐表面调整剂为[Na4TiO(PO4)2]；所述表面活性剂为OP10。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂和...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘仲武，袁涵，余红雅，胡锦文，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：