[发明专利]一种烧结铁粉基软磁复合材料的制备方法

说明书

本发明提供一种烧结铁粉基软磁复合材料的制备方法，属于软磁复合材料技术领域。工艺流程为：首先采用高温水蒸气处理对水雾化纯铁粉进行预处理，再利用双锥喷雾混料器进行粘结化处理，粘结剂溶液在高压气体的作用下雾化并均匀喷洒在不断翻滚的物料上，将超细纯硅粉和超细铁磷合金粉末均匀粘附在铁粉颗粒表面，得到粘结化铁基粉末。通过模壁润滑下的温模高速压制制备高密度压坯，经低温快速烧结致密化，最终得到铁硅磷软磁复合材料。所得的烧结铁粉基软磁复合材料既具有软磁复合材料磁导率高、涡流损耗低的特点，又具有烧结软磁复合材料强度高的优点，适合高频应用。

技术领域

本发明属于软磁复合材料技术领域，涉及一种以铁粉蒸汽处理、双锥喷雾式粘结化处理、温模具高速压制和低温烧结相结合制备烧结软磁复合材料的方法。

背景技术

铁粉基软磁复合材料通过对粉末颗粒表面进行绝缘化处理，再采用粉末冶金工艺制备的一类电磁应用材料。软磁复合材料的电阻率高，在交变磁场中涡流损耗低，适合于较高频率下使用，在电工、电力和电子设备,如电磁铁铁芯、断路器铁芯、变压器铁芯、电机定子和转子的铁芯等领域都有重要的应用。传统的铁粉基软磁复合材料通过有机和无机材料的包覆获得绝缘层，然后采用压制成形，无需高温烧结，由于材料的强度低，限制了软磁复合材料的推广应用。

本发明采用铁粉蒸汽处理、双锥喷雾式粘结化处理、温模具高速压制和低温烧结相结合的工艺制备烧结铁粉基软磁复合材料。首先对铁粉颗粒进行蒸气处理，在颗粒表面形成很薄的一层Fe₃O₄包覆氧化膜，起到界面扩散障碍层阻碍基体和Si之间互扩散的作用。然后采用粘结化工艺将微细的硅粉和铁磷合金粉末均匀包覆在铁粉颗粒表面。最后采用温模高速压制技术成形，得到高密度的压坯，促进元素的扩散。粉末高速压制是利用重锤高速冲击产生的巨大冲击波能量使金属粉末在很短的时间内致密化，具有压制速度高、压坯密度高且密度分布均匀、弹性后效和脱模力低的优点，并且可以进行多次冲击压制，进一步提高压坯密度。通过添加铁磷合金，在较低的温度下形成低熔点共晶相，烧结过程中形成的液相促进烧结过程，解决了高温烧结下Si元素在基体中快速扩散均匀化而不能形成具有高电阻率的界面铁硅相，使涡流损耗增大的问题。烧结铁粉基软磁复合材料中铁粉颗粒表面均匀包覆一层薄的铁硅相，具有铁磁原子有序结构和高的电阻率，降低了复合材料的涡流损耗，氧化层的存在阻碍了烧结过程中Si原子向铁颗粒内部的扩散。所得的烧结铁粉基软磁复合材料既具有软磁复合材料涡流损耗低的特点，又具有烧结软磁复合材料强度高的优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备烧结铁粉基软磁复合材料的方法，旨在提高铁粉基软磁复合材料的致密度、磁导率和强度。

一种烧结铁粉基软磁复合材料的制备工艺，具体工艺步骤有：

1、铁粉蒸汽处理：以80-180μm的水雾化纯铁粉为原料，粉末在570～1150℃，于水蒸气气氛中进行表面氧化处理1～6h，蒸汽处理后的铁粉在80-120℃干燥1-5小时，得到预处理铁粉。

2、混合粉末粘结化处理：将预处理粉末与0.1-5μm的超细纯硅粉和1-5μm的超细铁磷合金粉末预混合均匀，得到混合粉末。混合粉末在双锥喷雾混料器中进行粘结化处理，首先将粘结剂在60～100℃的温度下溶于溶剂中，形成粘结剂溶液，粘结剂溶液被加热到80-100℃，然后在高压气体的携带下进入双锥喷雾混料器中，粘结剂溶液被雾化并均匀喷洒在不断翻滚的物料上，混合1-5h，得到粘结化处理粉末。

其中铁磷合金中的含磷量为15-23％。

所述的粘结剂为丁苯橡胶、氯丁橡胶，或聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸、聚酰胺蜡、微晶蜡中的一种或几种。

所述的溶剂为汽油、甲苯、二甲苯、三氯甲烷、二氯甲烷、正庚烷和酒精中的一种或几种。

所述的粘结剂溶液中粘结剂的含量为0.05wt％～10wt％，粘结剂的溶解温度为60-90℃。