[发明专利]一种复合磁粉芯及其制备方法

说明书

一种复合磁粉芯及其制备方法，涉及金属软磁粉芯的制备方法。所述复合磁粉芯包括FeSiCr磁粉和纳米NiZn铁氧体包覆剂，其中，FeSiCr磁粉为Fe_80～90Si_0.1～10Cr_5～10，粒径5μm～20μm；NiZn铁氧体为Ni_xZn_1‑xFe₂O₄，粒径100nm～1μm，0.2≤x≤0.4；NiZn铁氧体包覆剂为FeSiCr磁粉质量的3wt％～5wt％。本发明采用NiZn铁氧体为原料，经粉碎球磨制备纳米NiZn铁氧体作为包覆剂，并在丙酮溶液中完成绝缘包覆过程，使NiZn铁氧体粉末均匀包覆在FeSiCr磁粉表面，从而制备出一种高电阻率、高磁感应强度、高有效磁导率、低功率损耗的复合磁粉芯。

技术领域

本发明涉及一种金属软磁粉芯的制备方法，具体涉及一种FeSiCr/纳米NiZn铁氧体复合磁粉芯的制备方法。

背景技术

由于电子器件应用环境的高频化、高直流叠加、大电流以及大功率密度需求，传统磁芯材料如软磁铁氧体、金属软磁材料等已不再适用。软磁铁氧体材料虽然具有较高的电阻率，但由于其属于亚铁磁性材料，磁通密度只有金属软磁材料的1/3～1/2；金属软磁材料具有较高的磁通密度，但是其电阻率极低，在高频应用中遇到困难。金属软磁粉芯是指由铁磁性粉末和绝缘介质经压制成型而形成的一类金属复合材料。由于其综合了软磁金属材料和软磁铁氧体的优点，工作频率范围更宽更高、软磁性能优异、成本较低，成为近年来国内外材料研究的新热点。

制备软磁复合磁粉芯最为关键的流程是磁性粉末颗粒表面绝缘包覆工艺，目前主要分为以下三类：化学表面处理工艺；有机物包覆处理工艺；无机物包覆处理工艺。化学表面处理工艺主要采用无机酸盐，如磷酸、磷酸盐等，对金属磁粉进行表面钝化处理。专利CN107424706 A直接采用磷酸溶液浸泡硅钢磁性粉末的方法来实现包覆，制备的复合磁粉芯在50Hz、5000A/m下的磁感应强度B₅₀₀₀≥500mT，在25℃、20kHz、100mT下的损耗为30～50W/kg。该法所包覆绝缘层均匀，厚度易于控制，但是这种无机盐钝化层不耐高温，而且无机酸会对环境造成相当程度的污染。有机物包覆处理工艺中，中国专利CN 105225783 A公布了采用环氧树脂、有机硅树脂等反应后所得的环氧改性有机硅树脂对磁粉芯进行绝缘包覆，制备的复合磁粉芯磁导率μ_e为60±8％，在25℃、50kHz、100mT下的损耗为450mW/cm³左右。这种工艺可以大大提高磁性粉末表面的电阻率从而降低涡流损耗。但由于有机包覆材料的耐热性能较差，这种包覆层材料制备的软磁复合材料只能在温度低于500℃时进行热加工，当温度过高时，有机包覆层材料开始变软熔化，相邻的铁粉颗粒形成有效接触，导致材料的电阻率急剧下降，从而失去绝缘作用，而且加入过多的非磁性物质会使磁粉芯软磁性能大幅度下降。目前较为普遍的磁性粉末包覆方法为无机物包覆处理，中国专利CN 108335820 A使用MnZn铁氧体与铁粉混合球磨完成Fe粉表面的包覆，制备的复合磁粉芯有效磁导率μ_e最大可达到223，饱和磁感应强度B_s＝1.71T，但是整个制备过程较为复杂，不利于控制产品均一性，此外MnZn铁氧体电阻率远低于NiZn铁氧体，用MnZn铁氧体包覆制备的复合磁粉芯的电阻率相对较低。中国专利CN 106356177 A采用水热法制备纳米MnZn铁氧体对FeSiAl磁粉进行包覆，制备的复合磁粉芯有效磁导率μ_e达到76.4，在100kHz、300mT、25℃下的损耗为56.5W/kg，虽然这种方法制备的FeSiAl复合磁粉芯磁导率较高，但是这种方法制备工艺复杂，难以实现量产。因此，一种制备工艺简单、成本较低、复合磁粉芯电磁性能优异的磁粉芯制备方法成为本领域的亟需。

发明内容