[发明专利]一种高效软磁材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磁性材料领域，涉及一种由金属软磁粉末和软磁铁氧体组成的软磁材料的成分和制备方法。

背景技术

现在常用的软磁材料主要有电工纯铁、硅钢片、铁镍合金、铁氧体及非晶和纳米晶材料。我们对于电工纯铁、硅钢片、铁镍合金、铁氧体及非晶先后都进行了实际应用，研究表明，现有的导磁材料难以同时满足力学性能、磁学性能和电学性能的使用要求。

电工纯铁磁学性能和力学性能优异(磁导率高、饱和磁感应强度高(～2T)、机械强度高)，但电学性能差(电阻率低)，在交变场下涡流损耗大，无法满足实际使用；硅钢片磁学性能和电学性能优异(有高的饱和磁感应强度、高磁导率、高的电阻率)，但力学性能差(抗压强度低)；铁镍合金磁导率高，饱和磁感应强度高，但易变形，且抗涡流能力有限，虽然通过叠片等采取降低涡流损耗措施，一定程度上可以提高效率，但也明显影响功率和效率，难以满足实际需要；铁氧体抗涡流能力强，但饱和磁感应强度低(～0.6T)，影响磁路系统的设计与有效使用，对于偏置磁场优化设计提出了较大挑战与困难，影响选择使用；非晶和纳米晶不耐压，机械损耗大，无法满足实际使用。

由于软磁材料一般用于防振动冲击的环境中，对于软磁材料的研究单位，往往追求的是材料的磁学参数和电学参数，希望磁导率尽量高、涡流损耗小，追求电磁转换效率高，对于力学参数没有足够的重视。由于在新型声纳换能器的应用声学研究中，常常使用的是国内工业市场现有的软磁材料，受现有软磁材料的局限，并没有专门结合应用研究的具体需求与相关材料单位密切合作，使得超磁致伸缩驱动振子的性能不能得到充分发挥和电-磁-机转换效率偏低(一般低于40％)。

中国专利CN96120255.6公开了一种双相纳米晶铁基软磁材料及其制备方法。采用单辊激冷的方法得到非晶薄带再热处理得到FeZrNbSiB和FeYNbSiB双相纳米晶合金，该材料的软磁性能和韧性较好，但是强度和电学性能较差。

中国专利CN03128171.0公开了一种软磁材料的制备方法。软磁材料包括纯铁粉、绝缘剂和润滑剂，生产工艺由混粉和烧结组成。但该发明的成分和工艺只追求磁导率和涡流损耗，忽略了力学性能和电学性能。

为了进一步提高软磁合金的综合性能，扩大软磁合金的应用范围，急需研制一种新型高效能的软磁材料。

发明内容

本发明目的是：在保证力学性能的前提下，在磁学性能和电学性能之间进行综合平衡，提供一种高强度、抗涡流、软磁性能好的新型软磁材料。

为了达到上述目的，本发明采用以下实施方案：

本发明涉及一种软磁材料，其特征在于：该软磁材料由金属软磁粉末和软磁铁氧体粉末组成，其中金属软磁材料由Fe-Ni-Me系(Me是Cu、Cr、Nb、V、W、Si、Pd、Zn、Al、Ti、Mn中的一种或两种以上)、Fe-Co系、Fe-Co-V系、Fe-Al系、Fe-Al-Me系(Me是Co、Cr、Mo中的一种或两种以上)中的至少一种组成，软磁铁氧体粉末由Mn-Zn系、Ni-Zn系、Li-Zn系、Cu-Zn系、Mg-Zn系软磁铁氧体中的至少一种组成。

本发明的软磁材料的制备工艺包括以下步骤：

1)两种软磁粉末混合工序。将金属软磁合金粉末和软磁铁氧体粉末混合均匀。

2)软磁复合粉末烧结工序。可以选择冷压后再烧结、热压、放电等离子烧结中的一种。

冷压后再烧结的工序的特征在于：先冷压成型，所加的压力为10～30MPa，然后在氢气气氛中烧结，先在400℃～500℃预烧1～3h，再在900℃～1200℃，烧结1～5h。

热压工序，其特征在于：软磁复合粉末在模具中在800℃～1000℃热压10min～1h，然后随炉冷却，热压时所加的压力为10～30MPa。

放电等离子烧结工序，其特征在于：软磁复合粉末在600℃～900℃烧结5min～15min，然后以20℃/h～30℃/h的冷却速度冷到100℃出炉，放电等离子烧结时所加的压力为20～60MPa。

3)退火处理工序，其特征在于：在100～150Pa的氢气气氛中，在1000℃～1200℃范围内退火2～5h。

本发明所用的金属软磁粉末市场有售，“at％”表示原子百分比。

所述的金属软磁粉末，其颗粒尺寸为10～100μm。

所述的软磁铁氧体粉末，其颗粒尺寸为10～120μm。