[发明专利]高强度软磁复合材料的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于软磁材料技术领域，具体涉及一种高强度软磁复合材料的制备方法及应用。

背景技术

现代科学技术的发展要求磁性材料具有高磁导率、高电阻率、低矫顽力、低损耗、低磁各向异性系数、设计和加工灵活性等特点，因此要求软磁性片状材料的厚度薄而电阻率高，并尽量减少磁导率随频率提高而迅速下降的效应。传统软磁材料如纯铁、硅钢、坡莫合金等磁性能虽然优异，但电阻率偏低，导致在交变磁场作用下涡流损耗很大；而软磁铁氧体材料磁性能尚可，但机械强度很低，已远远不能适应新发展的要求。

软磁复合材料(SMCs)是在软磁粉末颗粒外包覆一层绝缘层，经压制、热处理而成。由于其具有三维各向同性(3D)，低涡流损耗，在中、高频范围内相对低的总损耗，良好的频率特性及易于机械加工等特殊的优异性能而备受关注。因此可以制备很多常规软磁材料难以实现的部件，可应用于永磁电机中复杂的爪极结构、变压器、电磁整流器和电抗器等领域。由于现有的软磁复合材料的包覆层采用有机材料，与软磁粉末热性能差异较大，热处理过程中将产生大的孔洞(孔洞尺寸为2～5μm)，故产品机械强度相对较低，仅限用于在高频作用下具有复杂形状和磁路的电机，而在强度要求较高的电磁轴承领域无法使用。A.H.Taghvaei的论文“Analysisofthemagneticlossesiniron-basedsoftmagneticcompositeswithMgOinsulationproducedbysol–gelmethod”，其期刊为：JournalofMagnetismandMagneticMaterials，Volume332，Issue23,页码：3748-3754，以二乙醇镁作为原料，氢氧化铵作为水解催化剂，采用溶胶凝胶法制备MgO涂层，制备工艺复杂，MgO的颗粒大小无法控制，且压制过程中压力过大MgO涂层易被破坏，从而导致涡流损耗增大，进而影响材料的磁性能。但现有的无机绝缘层也有缺点，无机绝缘材料颗粒尺寸过大或分布不均匀，均导致无机绝缘层包覆的软磁复合材料磁性能一般，无法满足机械强度要求。

为了提高软磁复合材料的强度，从材料学科的角度分析，上述软磁复合材料的组织并不理想。对于Fe含量为95wt％以上的软磁复合材料，试样表面孔洞较多，且均分布在Fe粉颗粒交界处，孔洞尺寸达到20μm。这种现象造成了磁性能急剧降低，强度和硬度也不均匀，产生较大的残余应力，易导致局部或整体的破坏。然而，纯铁的应力释放温度在570～775℃之间，而树脂的热处理温度又较低，与纯铁的应力释放温度差距较大，不能很好地消除应力；若热处理温度过高(500℃以上)，热固性树脂碳化，Fe粉颗粒表面的树脂绝缘层发生破坏，在树脂层处形成孔洞，增大涡流损耗，降低磁性能，故不适合在高频时工作。因此现有的软磁复合材料存在的问题是：在保证磁性能及电性能基础之上，现有的技术及方法无法制备机械性能优良的软磁复合材料。为了保证软磁复合材料的磁性能，首先MgO颗粒越细越好，其次由于MgO是脆性材料，易产生破坏，因此需要在Fe颗粒表面增加一个保护层，起到双重保护的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度软磁复合材料的制备方法，以克服现有的软磁复合材料孔洞多、涡流损耗大、磁性能低、机械强度低的问题。

本发明的另一个目的是提供上述高强度软磁复合材料的应用。

高强度软磁复合材料的制备方法，包括以下操作步骤：

步骤1，处理铁粉

先备好纯铁粉末，要求该纯铁粉末的纯度为99.99wt％，铁颗粒粒径为60～120μm；再将该纯铁粉末溶于浓度为99.9wt％的丙酮溶液中进行脱脂，并用螺旋搅拌器进行搅拌以达到去油的目的；然后过滤出铁粉，并将铁粉洗净后待丙酮挥发完毕，将铁粉烘干；

步骤2，钝化铁粉

将烘干后的铁粉与NaNO₂的碱性溶液混合，并在搅拌速度为300r/min下搅拌15～30min，然后过滤出铁粉；最后将过滤出的铁粉放在马弗炉中，以1500℃的恒温烧结10～20min，取出即得到钝化后的铁粉；

步骤3，细化MgO粉末

将纯度为99.5wt％的MgO粉末放入球磨机中进行球磨，球磨机转速为800r/min，MgO粉末与球磨钢珠质量比为10:1，球磨时间5～8小时，整个球磨过程始终在循环水冷却下进行；球磨后的MgO粒径为80nm～100nm；

步骤4，制备双重复合金属粉末