[发明专利]一种μ60铁硅镍磁粉芯材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及软磁材料技术领域，尤其是涉及一种μ60铁硅镍磁粉芯材料及其制备方法。

背景技术

金属磁粉芯具有高饱和磁感应强度、高居里温度和恒导磁等优点，被广泛应用于大电流功率器件。随着太阳能发电、风力发电的逐渐推广，逆变器中所用的磁芯要求具有高直流叠加特性、低损耗和良好的频率稳定性。目前广泛应用于该领域的磁芯主要是铁硅磁粉芯，铁硅磁粉芯，成本低，直流叠加性能高，但损耗高，一般有Pcv=2100mw/cm³(100k，100mT)，发热比较严重，不利于器件节能高效化。

如中国专利授权公告号：CN102303115A，授权公告日2012年01月04日的专利文件中，公开了一种铁硅材料及μ26的铁硅金属磁粉芯的制备方法，该方法的铁硅材料中，Si含量为6.4wt%～7.0wt%，添加微量的Nb和V元素，余量为Fe，在开口炉中直接进行熔炼雾化制粉并制备出μ26铁硅磁芯。该方法中，掺入微量的Nb和V元素可以抑制铁硅合金的氧化，防止氧化物夹杂在晶粒内部，可以减少矫顽力，降低磁芯的磁滞损耗，但是微量的Nb和V元素的掺入对铁硅合金的电阻率基本不产生影响，涡流损耗较高，因此铁硅磁芯的整体损耗偏高。

发明内容

本发明是为了解决一般铁硅磁粉损耗高的不足之处，提供了一种低损耗的μ60铁硅镍磁粉芯材料的制备方法。本发明还提供了一种由该制备方法得到的μ60铁硅镍磁粉芯材料。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种μ60铁硅镍磁粉芯材料的制备方法，操作步骤为：

（1）初次熔炼：称取82～91重量份的铁锭和4～8重量份的硅锭，置于真空中频感应炉进行初次熔炼，获得铁硅二元合金；

（2）二次熔炼：将冷却的铁硅二元合金破碎后，混入5～10重量份的镍粉，再次置于真空中频感应炉进行二次熔炼，获得铁硅镍三元合金；

（3）制粉：熔融的铁硅镍三元合金经雾化设备的中间包，用氮气进行喷雾制粉；

（4）磁粉处理：将制得的磁粉放入含磷酸的丙酮溶液中钝化处理，不断搅拌直至丙酮挥发完全，磷酸加入量为磁粉重量的1.0～1.3%；

（5）制得磁粉芯：将处理后的磁粉经过模压成型、热处理和表面喷漆，得到铁硅镍磁粉芯。

本发明制备的铁硅镍磁粉芯材料，与铁硅磁粉芯相比，镍原子固溶于铁硅合金中，导致硅在铁硅合金晶粒内部溶解度下降，硅在晶界处富集，形成高电阻率的富硅晶界相包覆于晶粒周围，使材料电阻率大大提高，降低磁芯涡流损耗；与铁镍磁粉芯相比，镍含量低，成本低。本发明利用上述制备方法得到了铁硅镍三元合金材料，获得了铁硅磁粉芯、铁镍磁粉芯各自的优点。

本发明制备的铁硅镍磁粉采用两步真空熔炼法，两步熔炼的好处在于在第二步熔炼的时候，一方面加入的镍元素进入铁硅合金晶粒内部，使硅在晶界处富集，形成富硅的晶界相，提高电阻率；另一方面采用分步熔炼铁硅镍合金，可以提高硅在合金当中的固溶度，有利于提高磁芯的电阻率。真空可以降低铁硅镍合金的氧含量，减少材料内部氧化物颗粒杂质，有利于降低材料矫顽力。

本发明采用磷酸的丙酮溶液作为钝化剂，未经钝化处理的磁粉不易发生塑性变形导致磁粉芯不易压制成形且压实密度很低，成形性很差。钝化时，选择丙酮作为溶剂分散磷酸，利用丙酮易挥发的特性，使之在搅拌过程中自然挥发除去，简化操作。同时，磷酸的用量对制得的磁粉芯的磁导率和品质系数影响较大。随着磷酸用量的增加，磁导率呈下降趋势，可以利用控制磷酸用量，来得到不同磁导率的磁粉芯材料。

作为优选，将步骤（3）中制得的磁粉按-200目、-150目、-100目进行粒度分级，然后按照-200目：-150目：-100目=6：3：1混合后进入步骤（4）。

作为优选，将步骤（4）钝化处理后的磁粉放入含硅胶树脂的丙酮溶液中，不断搅拌直至丙酮挥发完全，硅胶树脂加入量为磁粉重量的1～2%。 钝化后的磁粉加入硅胶树脂，一方面辅助磁粉成型时粘接，另一方面增加磁粉芯耐高温的特性。

作为优选，真空中频感应炉的熔炼温度为1460℃～1600℃。

作为优选，步骤（2）中镍粉的粒度为-300目。

作为优选，步骤（5）模压成型时加入占磁粉重量0.3%～1%的脱模剂，所述脱模剂为硬脂酸盐、二氧三硼、二硫化钼中的一种或几种。防止磁粉芯和模具粘接。