[发明专利]压粉铁芯用包覆粉末及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于功能新材料领域，涉及一种压粉铁芯用包覆粉末及其制备工艺，采用本发明的包覆粉末被用于制作变压器和感应体中的磁芯、电动机及其他电子部件的压粉铁芯。

背景技术

现在市场上铁粉芯主要采用将冲压的硅钢片叠层为硅钢板，再机加工制成叠层铁芯，用于制作各种变压器、电动机和发电机的铁芯。硅钢片又称电工钢，是一种含碳极低的硅铁软磁合金，一般含硅量为0.5～4.5％，选用硅钢片制成的铁芯磁导率大、铁损低，应用广泛，但是制备工艺繁琐，需要冲压而不能一次成形，原材料利用率低，难以实现自动化；硅钢片具有一定的取向性，需要多步骤工艺方能制造出所需三维形状的铁芯产品。

将冲压的硅钢片叠层为硅钢板、再机加工制成的叠层铁芯存在一个很大的局限性，就是在叠层钢的平面上磁性能很好，但在其垂直方向磁性能差，由于磁性能各项异性与冲压技术的局限，迫使叠层电机只能运用于二维磁通的部件而无法在三维电机上使用；同时由于叠层钢经常有尖锐突出的边棱，表面较为粗糙，为保护绕组需要坚韧厚实的绝缘层从而必须绕更多的铜线，这样既浪费材料(铜线)，同时绝缘层的增多会导致热传导降低。

铁硅铝粉芯和坡莫合金粉芯、高磁通粉芯的制备可以采用粉末冶金工艺一次性加工成形，材料利用率高，有望替代叠层铁芯，但是由于相应的铁粉芯用包覆粉末磁导率低，价格昂贵，在实际生产中并不能替代叠层铁芯而广泛应用。

就制备压粉铁芯而言，有不同的加工方法将纯铁粉制备成扁平状粉末颗粒，如通过电解法和水雾化工艺制备的各种形式的铁粉。但是电解制粉成本偏高，铁粉纯度不高，粉末氧含量超过0.6％，制备成的铁芯机械性能不能满足加工要求；水雾化法制粉粉末形貌不规则，制备成的铁芯磁性能不够稳定，因此不适于被用作叠层铁芯的替代物。

因此，生产出适于制备压粉铁芯的包覆粉末是替代叠层铁芯的重要途径。

21世纪电动机向微型化方向发展，必然要求磁性器件的高频化，迫使磁性器件向小型化、智能化、高集成化、高密度和超快传输速度等方向发展。为了顺应减小电子设备尺寸的趋势，对压粉铁芯提出了更高的要求，要求压粉铁芯致密而有效。纯铁磁粉芯粉末的磁导率大(22-100H/m)，制备成压粉铁芯可以减少尺寸，这使得电动机小型化、轻量化成为可能，但是由于铁粉的电阻率低(10^-8Ω·m数量级)，在交流外场高频区中使用时涡流损耗大，因此需要在粉末颗粒表面均匀包覆一层绝缘膜以提高磁粉芯的电阻率，减少涡流损耗。常用的方法是采用化学包覆法在粉末颗粒表面覆盖一层绝缘涂层。而在压粉铁芯的制备过程中，施以较大的压制压力使包覆粉末成形以提高磁粉芯的致密度，压坯内不可避免地存在较大的内应力，为了释放压坯内的残余应力以提高磁粉芯的力学性能、改善磁粉芯的磁性能，需要进行退火处理，温度一般在400-600℃之间，而采用上述化学包覆法制备的包覆粉末，在后续的热处理过程中，包覆在颗粒表面的绝缘涂层一般为有机绝缘膜，在退火过程中不可避免会分解碳化，从而恶化磁粉芯的磁性能，进而又导致在交流外场高频区中使用时涡流损耗加大，至今没有很有效的解决办法。因此，化学包覆法制备包覆粉末存在一定的缺点而无法推广应用。

赫格纳斯是世界上最大、最有经验的铁基粉末生产集团，该公司生产的Somaloy系列粉末是一种适于制备压粉铁芯的包覆粉末，但在实际应用中，由Somaloy系列粉末一次加工成形制备出的压粉铁芯，力学性能不佳，压制压力小于400MPa，容易出现掉边、掉角现象；压粉铁芯在热处理过程中如果温度超过500℃，添加在Somaloy系列粉末中的有机树脂会大量分解，严重损害压粉铁芯的力学性能、磁性能等综合性能；此外Somaloy系列粉末价格昂贵，这一系列因素限制了包覆粉末的推广应用，使得压粉铁芯并不能替代传统的叠层铁芯。

综上所述，寻求一种用于压粉铁芯(磁粉芯)制备且成本低、粉末工艺性能优异的包覆粉末及其制备工艺具有重要的意义，是压粉铁芯替代传统叠层铁芯，制备出结构紧凑、各向同性的三维磁通的关键所在。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种工艺性能好、利于后续产品压粉铁芯的一次成型并显著提高压粉铁芯致密度、改善其相关机械性能、减少其在交流外场高频区中使用的涡流损耗、增强其磁性能且成本低廉的压粉铁芯用包覆粉末及其制备工艺。

本发明的技术解决方案如下：

本发明压粉铁芯用包覆粉末的制备工艺包括以下步骤：

先将铁粉、有机绝缘剂、润滑剂进行混合，其中铁粉质量占总量的93％以上，后加入质量分数为铁粉质量3％-6％的无机纳米氧化物，混合均匀；