一种高性能铁基非晶态金属粉芯的制备及涂层方法

摘要

一种高性能铁基非晶态金属粉芯的制备及涂层方法，它涉及磁性材料技术领域，铁基非晶态金属粉芯的制备方法为：采用球磨机或破碎机将铁基非晶材料破碎为铁基非晶态合金粉末，然后采用磷酸钝化液对粉末表面进行钝化处理，加入绝缘剂、粘结剂、润滑剂对其进行绝缘包覆处理，再采用机械式或油压式压力机将粉末压制成制品，粉末成型后进行退火处理，退火处理后的粉芯表面涂覆环氧树脂涂层。它制备方法简单，得到的铁基非晶态金属粉芯比常规技术获得的铁基非晶态金属粉芯其相对磁导率高，铁芯损耗较常规技术获得的铁基非晶态金属粉芯低，同时也改善了铁基非晶态金属粉芯在涂层之后应力敏感性的问题。

说明书

技术领域：

本发明涉及磁性材料技术领域，具体涉及一种高性能铁基非晶态金属粉芯的制备及涂层方法。

背景技术：

铁基非晶态软磁合金由于具备优异的综合软磁特性及较低的成本，被赋予下一代软磁材料的典型代表。上世纪90年代，日本东本大学的研究人员在实验中获得了具有优异软磁特性的铁磁性大块非晶合金Fe-(A1，Ga)-(P，C，B，Si，Ge)，其集聚低损耗、高磁导率和高饱和磁感应强度于一身并因此得到广泛关注；但是其成分中含有较贵的金属Ga、Ni、Co等从而造成其应用难以推广。此后，替代贵金属Ga、Ge的研究成为该领域的重点研究方向，并因此出现了Fe-(P，C，B，Si)、Fe-(Al，Cr、Mo、Sn)-(P，C，B，Si)非晶软磁合金，例如Fe-(P，B，Si)的饱和磁感应强度可达到1.6T以上。

随着Fe(1-x)(SiB)x一系列非晶合金的市场化，非晶合金在电力电子行业得到了广泛应用，例如作为共模电感及变压器铁芯等，并形成了系列合金，例如K101、k102、k107等牌号。但是以上成果都是通过快淬工艺将液态合金直接浇铸成薄带，带厚约25μm，当制备其非晶态粉末时由于过冷液相区不足导致很难完全形成非晶态结构。因此，将快淬形成的非晶带破碎成为非晶合金粉末是一种较为便捷的途径，并由此制备的非晶态金属粉芯已经显示出较为优越的综合软磁特性。

但是铁基非晶态合金对应力极其敏感，因此采用铁基非晶态合金制作的电感在涂层后电感量会明显下降，同时铁芯损耗明显增加。其中主要的原因在于涂层材料一般为绝缘性能优秀的树脂类有机材料，例如环氧树脂，其在固化后由于收缩产生的应力使采用铁基非晶态合金制作的电感收到压力作用，该压力会使铁基非晶态合金内部产生微小的弹性变形，该弹性变形产生的应力使铁基非晶合金的矫顽力增加，同时恶化了磁导率和铁芯损耗。对于铁基非晶态金属粉芯同样会遇到此问题，虽然通过减小粒度、改变绝缘包覆配方等方法也可以明显环节该问题，但以上方法都是基于补救的思路，且效果无明显改善。

发明内容：

本发明的目的是提供一种高性能铁基非晶态金属粉芯的制备及涂层方法，它制备方法简单，得到的铁基非晶态金属粉芯比常规技术获得的铁基非晶态金属粉芯其相对磁导率高，铁芯损耗较常规技术获得的铁基非晶态金属粉芯低，同时也改善了铁基非晶态金属粉芯在涂层之后应力敏感性的问题。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下技术方案：铁基非晶态金属粉芯的制备方法为：(1)采用球磨机或破碎机将铁基非晶材料破碎为铁基非晶态合金粉末，粉末形状为片状；

(2)称量铁基非晶态合金粉末，再加入磷酸钝化液对粉末表面进行钝化处理，从而使其表面形成一层绝缘薄膜；

(3)粉末钝化后，加入绝缘剂、粘结剂、润滑剂对其进行绝缘包覆处理；

(4)再采用机械式或油压式压力机将粉末压制成制品，压强一般在1200MPa-2000MPa；

(5)粉末成型后还不具备足够的强度，因此需要进行退火处理。退火温度40-60℃的范围内，退火保温在30-40分钟即可。

所述的绝缘剂为无机矿物粉末，如高岭土、云母粉、蒙脱石粉等。

所述的粘结剂采用无机类粘结剂，可以是硅酸盐类及磷酸盐类粘结剂，例如Na2SiO4.9H2O、硅酸铝、磷酸二氢盐。

所述的润滑剂一般为硬脂酸锌粉末。

为了在长期使用过程中避免潮气侵蚀及保持足够的绝缘耐压能力需要在退火处理后的粉芯表面形成一层绝缘涂层，涂层的方法为：

(1)、配胶：先称量溶剂，再将称量好的胶体倒入溶剂并搅拌为均匀透明溶液，最后将填料加入到溶液中并充分搅拌均匀配成胶液；

(2)、浸润：将退火处理后的粉芯浸入以上配制的胶液中，待无气泡产生后将粉芯取出并滤除粉芯表面多余的胶液；

(3)、预固化：为了涂覆外层涂层方便，需要对已经涂覆胶液的粉芯表面进行预固化处理，处理温度选择在80-180℃，预固化时间为5-120分钟，胶液预固化后表面初步凝胶形成固态薄膜，薄膜厚度在200微米以下；

(4)、涂覆环氧树脂涂层：将环氧树脂胶与溶剂先配制成涂层胶液，然后在预固化后的粉芯外表面进行喷涂涂层胶液即可。

所述的胶体为硅树脂或者硅橡胶。

所述的填料采用微米级或纳米级的云母粉、蒙脱石粉末、高岭土、萤石粉、钛白粉、氧化硅、氮化硅、氮化硼、碱金属氧化物粉末等。

本发明具有以下有益效果：它制备方法简单，得到的铁基非晶态金属粉芯比常规技术获得的铁基非晶态金属粉芯其相对磁导率高，铁芯损耗较常规技术获得的铁基非晶态金属粉芯低，同时也改善了铁基非晶态金属粉芯在涂层之后应力敏感性的问题。

具体实施方式：

本具体实施方式采取以下技术方案：铁基非晶态金属粉芯的制备方法为：(1)采用球磨机或破碎机将铁基非晶材料破碎为铁基非晶态合金粉末，粉末形状为片状；

(2)称量铁基非晶态合金粉末，再加入磷酸钝化液对粉末表面进行钝化处理，从而使其表面形成一层绝缘薄膜；

(3)粉末钝化后，加入绝缘剂、粘结剂、润滑剂对其进行绝缘包覆处理；

(4)再采用机械式或油压式压力机将粉末压制成制品，压强一般在1200MPa-2000MPa；

(5)粉末成型后还不具备足够的强度，因此需要进行退火处理。退火温度40-60℃的范围内，退火保温在30-40分钟即可；

所述的绝缘剂为无机矿物粉末，如高岭土、云母粉、蒙脱石粉等。

所述的粘结剂采用无机类粘结剂，可以是硅酸盐类及磷酸盐类粘结剂，例如Na2SiO4.9H2O、硅酸铝、磷酸二氢盐。

所述的润滑剂一般为硬脂酸锌粉末。

为了在长期使用过程中避免潮气侵蚀及保持足够的绝缘耐压能力需要在退火处理后的粉芯表面形成一层绝缘涂层，涂层的方法为：

(1)、配胶：先称量溶剂，再将称量好的胶体倒入溶剂并搅拌为均匀透明溶液，最后将填料加入到溶液中并充分搅拌均匀配成胶液；

(2)、浸润：将退火处理后的粉芯浸入以上配制的胶液中，待无气泡产生后将粉芯取出并滤除粉芯表面多余的胶液；

(3)、预固化：为了涂覆外层涂层方便，需要对已经涂覆胶液的粉芯表面进行预固化处理，处理温度选择在80-180℃，预固化时间为5-120分钟，胶液预固化后表面初步凝胶形成固态薄膜，薄膜厚度在200微米以下；

(4)、涂覆环氧树脂涂层：将环氧树脂胶与溶剂先配制成涂层胶液，然后在预固化后的粉芯外表面进行喷涂涂层胶液即可。

所述的胶体为硅树脂或者硅橡胶。

所述的填料采用微米级或纳米级的云母粉、蒙脱石粉末、高岭土、萤石粉、钛白粉、氧化硅、氮化硅、氮化硼、碱金属氧化物粉末等。

本具体实施方式具有以下有益效果：它制备方法简单，得到的铁基非晶态金属粉芯比常规技术获得的铁基非晶态金属粉芯其相对磁导率高，铁芯损耗较常规技术获得的铁基非晶态金属粉芯低，同时也改善了铁基非晶态金属粉芯在涂层之后应力敏感性的问题。