一种铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯及其制备方法

摘要

本发明提供一种铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯及其制备方法，所述磁性片状粉芯的制备原料，按重量份计，包括：CoNiFeSiB非晶片状粉末1000份～1500份；纳米氧化物10份～15份；正硅酸乙酯20份～30份；聚乙烯吡咯烷酮25份～40份；硅树脂40份～50份；无水乙醇1200份～1500份；丙酮50份～100份；硬脂酸锌12份～20份。本发明提供的铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯的制备方法采用一锅法节省磁粉芯的原材料—铁基非晶软磁合金磁性片状磁粉的，且其制备温度不高，节省了制备效率和所需要的能源，且制备得到具有纳米氧化物包裹的减少磁导率损耗，提高其制备得到的磁性片状粉芯的耐腐蚀性和电阻率。

说明书

技术领域

本发明属于非晶软磁合金技术领域，具体涉及一种铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯及其制备方法。

背景技术

Finemet合金是最典型的铁基纳米晶软磁合金，Finemet合金是以Fe元素为主，并加入少量的Si、B、Cu、Nb等元素所构成的合金，经快速凝固工艺形成一种非晶态材料，经热处理后获得直径为10-20nm的纳米晶晶粒，弥散分布在非晶态的基体上。相对于铁氧体、硅钢以及坡莫合金等软磁铁芯，铁基纳米晶合金铁芯具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗、低激磁电流和良好的温度稳定性等优点，在电力电子等领域具有显著的优势。以纳米晶软磁合金为原料制成的变压器铁芯，其空载损耗是采用硅钢片的传统变压器的25％，空载电流是采用硅钢片的传统变压器的50％，负载损耗是采用硅钢片的传统变压器的75％，被赞誉为21世纪新型绿色节能材料。我国10kV配电变压器的年产量可达5000万kVA，若全部采用非晶、纳米晶软磁合金的变压器，一年的节电量100亿kWh。随着全球环境的恶化和能源的紧张，节能减排成为全球最为关注的问题之一。在电力电子系统中，国家大力号召尽可能的使用绿色、节能、环保的材料，要求耗电量低，CO2排放量少，并使用低损耗的软磁合金材料。目前正在开发的非晶、纳米晶材料具有低损耗、高磁导率的优势，成为电力系统应用中最有使用前景的软磁合金材料。

现有技术中为了改善非晶软磁合金的磁导率损耗，通常对铁基非晶软磁合金带材的原料表面进行涂覆有机涂层或无机涂层，采用有机涂层表现出较低的热阻，采用无机涂层可提供长时间耐受高退火温度的优点，其中，通常采用化学溶胶-凝胶法在铁磁性粒子表面获得均匀的无机涂层。然而，目前报道的无机涂层工艺存在两个突出问题：制备效率低，总制备时间超过5h，且在制备带材的原料非晶软磁磁芯粉的制备过程合成温度较高，不利于工业应用的推广。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供一种采用一锅法节省磁粉芯的原材料—铁基非晶软磁合金磁性片状磁粉的，且其制备温度不高，节省了制备效率和所需要的能源，且制备得到具有纳米氧化物包裹的减少磁导率损耗，提高其制备得到的磁性片状粉芯的耐腐蚀性和电阻率的一种铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯及其制备方法。

本发明提供如下技术方案：一种铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯，所述磁性片状粉芯的制备原料，按重量份计，包括以下成分：

进一步地，所述纳米氧化物的粒径为10nm～30nm。

进一步地，所述纳米氧化物为纳米Al

进一步地，所述CoNiFeSiB非晶片状粉末的粒径为40μm～160μm。

本发明还提供上述铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯的制备方法，包括以下步骤：

1)将所述重量份的聚乙烯吡咯烷酮和所述重量份的无水乙醇混合，以150rpm～200rpm转速搅拌5min～10min；

2)采用带状粉碎法将CoNiFeSiB粉碎，形成CoNiFeSiB非晶片状粉末作为原粉体基体，取所述重量份的CoNiFeSiB非晶片状粉末、所述重量份的纳米氧化物在室温下加入所述步骤1)得到的混合液中，搅拌10min～30min；

3)将碱性氨水与去离子水的混合溶液加入至所述步骤2)得到的混合溶液中，以100rpm～200rpm转速搅拌10min～30min；

4)将所述重量份的正硅酸乙酯溶于1000mL～1500mL的无水乙醇中，形成正硅酸乙酯的乙醇溶液，将所述正硅酸乙酯的乙醇溶液加入至所述步骤3)得到的混合溶液中，以400rpm～500rpm转速搅拌30min～40min；

5)将所述步骤4)得到的混合溶液采用聚偏氟乙烯微滤膜过滤后，采用乙醇冲洗过滤得到的沉淀颗粒，然后再采用去离子水冲洗2次～3次，将冲洗后的颗粒于90℃～100℃下烘干20min～30min，得到粒径为100μm～200μm的核壳结构CoNiFeSiB/纳米氧化物磁性片状粉末；

6)将所述重量份的硅树脂在30℃～40℃下加入所述重量份的丙酮中，形成硅树脂丙酮溶液；将所述步骤5)得到的CoNiFeSiB/纳米氧化物磁性片状粉末加入至二分之一体积的所述硅树脂丙酮溶液中，然后加入所述重量份的硬脂酸锌作为润滑剂，用玻璃棒连续搅拌直至丙酮完全蒸发；

7)将所述步骤6)得到的固体物质压实得到圆形粉末芯，然后在140℃～160℃下有序固化1小时，在真空条件下浸渍在剩余二分之一体积的硅树脂丙酮中处理10min～15min，在空气气氛下退火30min～40min，以释放冷压引起的内应力，得到所述铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯。

进一步地，所述步骤3)中的氨水与去离子水的混合溶液的pH为8～10。

进一步地，所述步骤3)中的氨水与去离子水的混合溶液中氨水与去离子水的体积比为1:3～2:5。

进一步地，所述步骤7)所使用的压力为1800MPa～2100MPa，压力作用时间为5s～10s。

进一步地，所述步骤2)中的搅拌速度为200rpm～400rpm。

进一步地，所述步骤7)中退火的温度为400℃～500℃。

本发明的有益效果为：

1、本发明提供的铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯及其制备方法，采用CoNiFeSiB非晶带材料具有巨磁阻抗效应，改善了传统的Co基合金材料由于其非晶形成能力较弱，影响了非晶带材的成材质量，很难做到带材样品的完全非晶，内部结构存在着一定的缺陷，从而导致其软磁性能较差的缺陷，通过后续与纳米氧化物形成100μm～200μm的核壳结构CoNiFeSiB/纳米氧化物磁性片状粉末，进而通过纳米氧化物对其进行包裹，改善了其巨磁阻抗效应较差的现象的发生，通过后续400℃～500℃的退火可以提高最终的铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯的GMI比值，并且由于硅树脂的添加，不会导致其变脆，影响材料的实际应用。

2、本发明提供的铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯及其制备方法，采用纳米氧化物在CoNiFeSiB非晶带材料粉末表面形成一层良好的电绝缘层效果，类似于氧化物薄膜，降低了金属的导电率，进而提高了其电阻率，为内部的作为核的CoNiFeSiB能够提供良好的，并且具有良好的耐腐蚀性能。

具体实施例方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明使用的CoNiFeSiB非晶片状粉末购买自天津轩达博大金属材料销售有限公司

实施例1

本实施例提供的一种铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯，所述磁性片状粉芯的制备原料，按重量份计，包括以下成分：

本实施例还提供上述铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯的制备方法，包括以下步骤：

1)将25份的聚乙烯吡咯烷酮和1200份的无水乙醇混合，以150rpm转速搅拌5min；

2)采用带状粉碎法将CoNiFeSiB粉碎，形成粒径为40μm的CoNiFeSiB非晶片状粉末作为原粉体基体，取1000份粒径为40μm的CoNiFeSiB非晶片状粉末、10份粒径为10nm的纳米Al

3)将pH为8的氨水与去离子水的混合溶液加入至步骤2)得到的混合溶液中，以100rpm转速搅拌10min，其中氨水与去离子水的体积比为1:3；

4)将20份的正硅酸乙酯溶于1000mL的无水乙醇中，形成正硅酸乙酯的乙醇溶液，将正硅酸乙酯的乙醇溶液加入至步骤3)得到的混合溶液中，以400rpm转速搅拌30min；

5)将步骤4)得到的混合溶液采用聚偏氟乙烯微滤膜过滤后，采用乙醇冲洗过滤得到的沉淀颗粒，然后再采用去离子水冲洗2次，将冲洗后的颗粒于90℃下烘干20min，得到粒径为100μm的核壳结构CoNiFeSiB/纳米Al

6)将40份的硅树脂在30℃下加入50份的丙酮中，形成硅树脂丙酮溶液；将步骤5)得到的粒径为50nm的CoNiFeSiB/纳米Al

7)将步骤6)得到的固体物质于1800MPa的压力下压实5s得到圆形粉末芯，然后在140℃下有序固化1小时，在真空条件下浸渍在剩余二分之一体积的硅树脂丙酮中处理10min，在空气气氛下于400℃退火30min，以释放冷压引起的内应力，得到铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯。

本实施例得到的铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯的磁导率、电阻率、腐蚀电位和弯曲形变率检测结果如表1所示。

实施例2

本实施例提供的一种铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯，所述磁性片状粉芯的制备原料，按重量份计，包括以下成分：

本实施例还提供上述铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯的制备方法，包括以下步骤：

1)将32份的聚乙烯吡咯烷酮和1350份的无水乙醇混合，以180rpm转速搅拌7min

2)采用带状粉碎法将CoNiFeSiB粉碎，形成粒径为100μm的CoNiFeSiB非晶片状粉末作为原粉体基体，取1200份的粒径为100μm的CoNiFeSiB非晶片状粉末、12份的纳米SiO

3)将pH为9的碱性氨水与去离子水的混合溶液加入至步骤2)得到的混合溶液中，以150rpm转速搅拌20min，其中氨水与去离子水的体积比为0.35:1；

4)将25份的正硅酸乙酯溶于1250mL的无水乙醇中，形成正硅酸乙酯的乙醇溶液，将正硅酸乙酯的乙醇溶液加入至所述步骤3)得到的混合溶液中，以450rpm转速搅拌35min；

5)将步骤4)得到的混合溶液采用聚偏氟乙烯微滤膜过滤后，采用乙醇冲洗过滤得到的沉淀颗粒，然后再采用去离子水冲洗2次，将冲洗后的颗粒于95℃下烘干25min，得到粒径为150μm核壳结构CoNiFeSiB/纳米氧化物磁性片状粉末；

6)将45份的硅树脂在35℃下加入75份的丙酮中，形成硅树脂丙酮溶液；将步骤5)得到的粒径为150μm的CoNiFeSiB/纳米SiO

7)将步骤6)得到的固体物质于1950MPa压力下压实8s得到圆形粉末芯，然后在150℃下有序固化1小时，在真空条件下浸渍在剩余二分之一体积的硅树脂丙酮中处理12min，在空气气氛下于450℃下退火35min，以释放冷压引起的内应力，得到所述铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯。

本实施例得到的铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯的磁导率、电阻率、腐蚀电位和弯曲形变率检测结果如表1所示。

实施例3

本实施例提供的一种铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯，所述磁性片状粉芯的制备原料，按重量份计，包括以下成分：

本实施例还提供上述铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯的制备方法，包括以下步骤：

1)将40份的聚乙烯吡咯烷酮和1500份的无水乙醇混合，以200rpm转速搅拌10min；

2)采用带状粉碎法将CoNiFeSiB粉碎，形成粒径为160μm的CoNiFeSiB非晶片状粉末作为原粉体基体，取1500份粒径为160μm的CoNiFeSiB非晶片状粉末、15份的粒径为30nm纳米TiO

3)将pH为10的碱性氨水与去离子水的混合溶液加入至步骤2)得到的混合溶液中，以200rpm转速搅拌30min，其中氨水与去离子水的体积比为2:5；

4)将30份的正硅酸乙酯溶于1500mL的无水乙醇中，形成正硅酸乙酯的乙醇溶液，将所述正硅酸乙酯的乙醇溶液加入至所述步骤3)得到的混合溶液中，以500rpm转速搅拌40min；

5)将步骤4)得到的混合溶液采用聚偏氟乙烯微滤膜过滤后，采用乙醇冲洗过滤得到的沉淀颗粒，然后再采用去离子水冲洗3次，将冲洗后的颗粒于100℃下烘干30min，得到粒径为200μm核壳结构CoNiFeSiB/纳米TiO

6)将50份的硅树脂在40℃下加入所述重量份的丙酮中，形成硅树脂丙酮溶液；将步骤5)得到粒径为200μm的CoNiFeSiB/纳米TiO

7)将步骤6)得到的固体物质以2100MPa压力压实10s得到圆形粉末芯，然后在160℃下有序固化1小时，在真空条件下浸渍在剩余二分之一体积的硅树脂丙酮中处理15min，在空气气氛下于500℃退火40min，以释放冷压引起的内应力，得到所述铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯。

本实施例得到的铁基非晶软磁合金磁性片状粉芯的磁导率、电阻率、腐蚀电位和弯曲形变率检测结果如表1所示。

表1

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。