[发明专利]一种金属软磁复合粉芯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磁性材料技术领域，主要应用于大电流低损耗应用场合，具体涉及一种金属软磁复合粉芯及其制备方法。

背景技术

金属软磁粉芯是用金属或合金软磁材料制成的粉末，通过特殊的工艺压制而成的一种具有良好综合性能的新型软磁材料。它兼具金属软磁材料高饱和磁感应强度和铁氧体软磁材料高电阻率的优良特性，同时又最大限度地克服了金属软磁材料涡流损耗大和铁氧体软磁材料饱和磁感应强度低等缺点，具有恒磁导率、饱和磁感应强度较高、直流叠加能力强、工作频率较宽等优点，从而符合电力电子器件小型化、高频化、节能化、高效化的发展趋势，已被广泛用于光伏逆变器、电抗器、开关电源、UPS电源等现代电力电子装置中，作为功率因数校正电感、输出滤波电感、谐振电感、EMI电感和反激变压器等器件的铁芯。

目前，市场上应用的金属软磁粉芯多为单一材质，包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、铁硅粉芯、铁镍钼粉芯和铁镍粉芯。铁粉芯损耗较大，直流叠加性能较差，但因为价格低廉应用范围较广。铁硅铝磁粉芯价格低廉，损耗较低，但直流叠加性能较差，无法用于大电流场合。铁硅磁粉芯价格较低，具有优异的直流叠加性能，但损耗很高，无法用于要求低损耗的场合。铁镍钼粉芯损耗最低，但直流叠加性能一般，介于铁硅粉芯和铁硅铝粉芯之间，且其价格极高，因此应用较少。铁镍粉芯具有与铁硅粉芯相当的直流叠加性能，但损耗远低于铁硅粉芯，因而是目前可用于大电流低损耗场合的最佳磁芯，但同样是因为其极高的成本，因此应用范围受到极大限制。近年来，为了满足低损耗大电流的应用场合，研究人员又开发了非晶纳米晶粉芯，但制备成本很高，却目前工艺尚不成熟。另外，非晶纳米晶粉芯与铁硅铝、铁硅、铁镍粉芯相比，其最大的缺点在于合金的磁致伸缩系数较大导致在交变电磁场中会产生较大噪音，不符合环保要求。这个问题目前尚未得到解决。可见，单一材质的金属软磁粉芯，由于成本或综合性能的限制，都无法满足大电流低损耗低成本的应用需求。本发明制备了一种基于低成本铁硅和铁硅铝磁粉的软磁复合粉芯，能够满足在大电流下兼具低损耗和良好直流叠加性能的需求。

专利申请CN201210389520.7介绍了一种高直流叠加性能铁硅铝磁粉芯的制备方法。该方法采用铁硅铝金属粉末与铁粉或坡莫合金粉末（或两种粉末的混合物）的混合粉末，但所有实施例中提及的掺杂粉末均为坡莫合金（Ni-Fe合金），这会大幅提高粉芯成本，而且粉芯的直流叠加性能并不好，对于磁导率60的产品，仅在105Oe电感就已下降50%。专利申请CN201210230453.4介绍了一种磁导率60的纳米晶磁粉芯制备方法，该粉芯虽具有较低的损耗和较高直流叠加性能，但行业公认纳米晶粉末制备成本很高，且合金中含有Ni、Nb等贵金属元素，会大幅提高粉芯成本。专利申请CN201210203772.6介绍了一种纳米晶磁粉芯制备方法，采用的是Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉纳米晶合金，成本很高，且并未说明产品性能。专利申请CN201310454647.7和CN201310454203.3介绍了改性铁硅硼非晶粉芯的制备方法。两个申请的制备方法均采用铁硅硼非晶粉末与镍粉、铁镍粉、铁硅粉的一种或多种改性粉末混合之后的粉末。非晶粉末行业公认制备成本较高，而改性粉末中含有Ni元素会大幅提高粉芯成本，并且两个申请改性后的粉芯噪音问题虽有改善，但仍存在噪音，与没有噪音的铁硅、铁硅铝、铁镍等粉芯相比存在明显劣势。专利CN201110391858.1介绍了一种铁基复合磁粉芯的制备方法。该方法采用FeCuNbSiB非晶粉与羰基铁粉的混合粉末，具有非晶粉芯的缺点，且该产品使用含铬的辅料，不符合环保要求。专利申请CN201210509456.1介绍了一种铁硅软磁合金粉芯的制备方法。该方法采用快淬铁硅合金粉末与雾化铁硅合金粉末的混合粉末，制备过程中使用大量有机溶剂，成本较高，所得产品虽直流叠加性能较高，但损耗太高且Q值较低。专利申请CN201310414993.2介绍了一种高叠加低损耗金属磁粉芯的制备方法。该方法采用雾化铁硅铝磁粉与雾化铁镍粉的混合粉末，所得产品虽具有较高的直流叠加性能和较低的损耗，但因含有贵金属元素镍成本较高，另外该产品使用含铬的酸液，不符合环保要求。

综上所述，提供一种操作简单、生产成本低且面向于大电流低损耗应用场合的磁粉芯制备方法是本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术很难同时实现低损耗、高直流叠加性能、低成本的难题，本发明提供了一种低成本金属软磁复合粉芯及其制备方法。