一种具有良好直流叠加特性的Fe95Si1B2P0.5Cu1.5磁粉芯的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有良好直流叠加特性的Fe95Si1B2P0.5Cu1.5磁粉芯的制备方法，其制备方法为：（1）采用中频熔炼炉熔炼Fe95Si1B2P0.5Cu1.5母合金；母合金在铸铁金属模具或石墨模具中浇注成块状铸锭；（2）制粉：母合金铸锭经破碎机破碎后，在球磨机中球磨制成合金粉；（3）粉体表面处理：粉体与正硅酸乙脂按质量比10:1～20:1比例混合，充分搅拌以确保正硅酸乙脂在合金粉颗粒表面上形成均匀完整的包覆层；（4）压制磁粉芯；(5)热处理。本发明专利技术提供的制备方法制备的磁粉芯的直流叠加特性好，满足了电子设备行业对软磁材料具备小型化、轻量化、高频化的同时，具有更好的直流叠加特性的更高要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁粉芯的制备方法，具体是一种具有良好直流叠加特性的Fe95Si1B2P0.5Cu1.5磁粉芯的制备方法。
技术介绍
FeSi系金属磁粉芯具有高的有效导磁率、低损耗、频率稳定性好及直流叠加特性、成本低等优异的综合性能，作为电感滤波器、扼流线圈等器件被广泛应用于电子通讯、雷达、电源开关、脉冲变压器等领域，已成为软磁材料重要的组成部分。随着信息化技术的高速发展，对电子设备提出了更加小型化、轻量化、高频化，并具有好的直流叠加特性等的高要求。与块体材料相比，FeSi系金属磁粉芯的高频损耗值较低，具有显著应用优势，但其直流叠加特性仍然有待进一步提高，影响了器件的小型化，所以研究FeSi系金属磁粉芯在大外加磁场条件下的直流叠加特性意义大。所谓大外加磁场条件下的直流叠加特性是指磁粉芯材料因受电路中大直流电信号引起的大外加磁场作用时，其电感值变化情况。大外加磁场H值已经普遍达到6000~10000A/m。目前，文献在这方面研究很少，但应用需求却非常大。目前，改善磁粉芯大外加磁场条件下的直流叠加特性的措施很少，主要是对FeSi系金属磁粉芯的粉体成分进行修改。FeSi系金属粉体中添加Al和Ni等元素制备合金粉末和相应的磁粉芯以降低高频损耗、提高磁粉芯的综合性能研究较多，而在FeSi系合金粉体中加入P、Cu元素制备磁粉芯的报道较少。对于晶体结构的FeSiBPCu金属磁粉芯的研究尚未报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题，提供一种具有良好直流叠加特性的Fe95Si1B2P0.5Cu1.5磁粉芯的制备方法。本专利技术是这样来实现的，一种具有良好直流叠加特性的Fe95Si1B2P0.5Cu1.5磁粉芯的制备方法，其制备方法及步骤为：（1）磁粉芯用合金粉体成分设计：采用中频熔炼炉熔炼Fe95Si1B2P0.5Cu1.5成分（摩尔比）的母合金；母合金在铸铁金属模具或石墨模具中浇注成块状铸锭。（2）制粉：母合金铸锭经破碎机破碎后，在球磨机中球磨制成合金粉；筛分出100～400目的合金粉体，粉体形貌为多角形片状。（3）粉体表面处理：粉体与正硅酸乙脂按质量比10:1～20:1比例混合，充分搅拌以确保正硅酸乙脂在合金粉颗粒表面上形成均匀完整的包覆层，得到表面包覆正硅酸乙脂的合金粉体。（4）压制磁粉芯：经过表面处理的合金粉在模具中压制成环形磁粉芯；压制的压力≥1000MPa；(5)热处理：采用退火处理，保温温度为400℃～500℃，保温时间为50～70min，保温后在空气中冷却。进一步的，步骤（1）中的粉体成分设计为Fe95Si1B2P0.5Cu1.5。进一步的，步骤（3）中的粉体表面处理具体是正硅酸乙脂在合金粉颗粒表面上形成均匀完整的包覆层。进一步的，步骤（5）中的退火处理工艺是，保温温度为400℃～500℃，最佳的退火处理温度分别为450℃，保温时间为50～70min，保温后在空气中冷却。工艺实验与分析测试：制备过程中，Fe95Si1B2P0.5Cu1.5粉体的物相结构和磁粉芯的残余内应力，采用荷兰帕纳科Empyrean X射线衍射仪(XRD，Cu Kαand Co Kα)进行测试分析（管压为40KV，电流为40mA，步长为0.02°）；合金粉体的形貌和软磁性能分别采用Nikon YS2-H偏光显微镜（×100）和振动样品磁强计（VSM）进行测试分析；用TH2816B LCR数字电桥和TH1778直流偏置电流源测量样品的电感L和直流叠加特性，测量时用直径Φ0.35mm的漆包线均匀缠绕试样匝数分别为20匝和25匝。所有的测试都在室温下进行。一、Fe95Si1B2P0.5Cu1.5粉体的形貌及相结构利用偏光显微镜观察的合金粉形貌。母合金在震动球磨过程中，颗粒间互相剧烈碰撞、冲击挤压而破碎成细小的扁平状不规则的多边形片状颗粒。利用荷兰帕纳科Empyrean X射线衍射仪测试其衍射特性，并绘制Fe95Si1B2P0.5Cu1.5粉末退火处理前后的X射线衍射图谱。采用Lake Shore 7300型振动样品磁强计测试了合金粉的磁性能，合金粉的饱和磁化强度（Ms）达到140emu/g。说明制备的合金粉具有良好的软磁性能，为制备性能优异的磁粉芯奠定了基础。二、 Fe95Si1B2P0.5Cu1.5磁粉芯磁性能采用数字电桥（TH2816B LCR）测试了不同温度退火处理后磁粉芯的有效磁导率µe随频率f的变化曲线，实验中随着退火温度上升，磁粉芯的有效磁导率µe先升后降，在450℃其有效磁导率µe最佳，原因是合理的退火工艺制度可以使压制过程中产生的内应力得到充分的释放，使磁粉芯结构更均匀，促进磁畴的移动，从而提高了磁导率。当退火温度升至500℃时，其有效磁导率µe提升的幅度很小，继续升高退火温度至550℃时,磁粉芯的有效磁导率µe出现下降且频率稳定性明显变差，这可能是因为过高的退火温度使得包覆层发生了“烧蚀”或碳化，使得颗粒表面层连带发生氧化或碳化，从而导致磁粉芯有效磁导率µe下降。从XRD图谱中出现的FeO的峰也可以证明。由此可知，磁粉芯的最佳有效退火温度为450℃。磁粉芯的致密度直接影响其软磁性能的好坏，磁粉芯致密度的影响因素较多，但最直接的影响因素则是成型压力。试验中通过设置不同压力下制备的磁粉芯有效磁导率随频率变化曲线，设定磁粉芯的热处理温度为450℃，保温1h，磁粉芯在测试频率1~200KHz具有良好的稳定性，当成型压力从0.99GPa增加到1.24GPa时，有效磁导率从43增加到48，继续增加成型压力到1.49GPa时，有效磁导率为51，其增长的幅度约达20%。当成型压力增加至1.74GPa时，有效磁导率为53，其增加的幅度为23%，因此，成型压力能明显地提升磁粉芯的有效磁导率。但是成型压力达到一定值（1.49GPa）时，继续增加成型压力（1.74GPa）对磁粉芯的有效磁导率的增长幅度不大，综合模具使用寿命、压力对有效磁导率增长幅度的大小及其它因素考虑，认为磁粉芯的最佳成型压力为1.49GPa。经过试验测定，本专利技术制备的片状Fe95Si1B2P0.5Cu1.5合金粉体，该合金粉体具有良好的软磁性能，其饱和磁化强度达到140emu/g。 Fe95Si1B2P0.5Cu1.5磁粉芯在1~200kHz频率范围内具有良好的频率稳定性，经过450℃×1h退火处理后，磁粉芯残余内应力得到了充分的释放，有效磁导率µe达到最大值约53。 Fe95Si1B2P0.5Cu1.5磁粉芯具有良好的直流叠加特性。随着外加直流磁场强度的逐渐变大，磁粉芯的有效磁导率µe逐渐下降。在外加直流磁场强度为4000A/m时，磁粉芯的有效磁导率µe保持有70%以上，约为34,当外加直流磁场继续增大到10400A/m时，磁粉芯的磁导率仍然大于20，是常规Fe-6.5%Si磁粉芯的2倍以上。本专利技术的有益效果在于：通过本专利技术提供的制备方法制备的磁粉芯的直流叠加特性好，满足了电子设备行业对软磁材料具备小型化、轻量化、高频化的同时，具有更好的直流叠加特性的更高要求。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。1.磁粉芯制备方法实施例1：一种具有良好直流叠加特性的Fe95Si1B2P0.5Cu1.5磁粉芯的制备方法，其制备方法及步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有良好直流叠加特性的Fe95Si1B2P0.5Cu1.5磁粉芯的制备方法，其特征在于：其制备方法及步骤为：（1）磁粉芯用合金粉体成分设计：采用中频熔炼炉熔炼Fe95Si1B2P0.5Cu1.5成分（摩尔比）的母合金；母合金在铸铁金属模具或石墨模具中浇注成块状铸锭；（2）制粉：母合金铸锭经破碎机破碎后，在球磨机中球磨制成合金粉；筛分出100～400目的合金粉体，粉体形貌为多角形片状；（3）粉体表面处理：粉体与正硅酸乙脂按质量比10:1～20:1比例混合，充分搅拌以确保正硅酸乙脂在合金粉颗粒表面上形成均匀完整的包覆层，得到表面包覆正硅酸乙脂的合金粉体；（4）压制磁粉芯：经过表面处理的合金粉在模具中压制成环形磁粉芯；压制的压力≥1000MPa；(5)热处理：采用退火处理，保温温度为400℃～500℃，保温时间为50～70min，保温后在空气中冷却。

【技术特征摘要】
1.一种具有良好直流叠加特性的Fe95Si1B2P0.5Cu1.5磁粉芯的制备方法，其特征在于：其制备方法及步骤为：（1）磁粉芯用合金粉体成分设计：采用中频熔炼炉熔炼Fe95Si1B2P0.5Cu1.5成分（摩尔比）的母合金；母合金在铸铁金属模具或石墨模具中浇注成块状铸锭；（2）制粉：母合金铸锭经破碎机破碎后，在球磨机中球磨制成合金粉；筛分出100～400目的合金粉体，粉体形貌为多角形片状；（3）粉体表面处理：粉体与正硅酸乙脂按质量比10:1～20:1比例混合，充分搅拌以确保正硅酸乙脂在合金粉颗粒表面上形成均匀完整的包覆层，得到表面包覆正硅酸乙脂的合金粉体；（4）压制磁粉芯：经过表面处理的合金粉在模具中压制成环形磁粉芯；压制的压力≥1000MPa；(5)热处理：采用退火处理，保温温度为400...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱正吼，徐玉华，宋晖，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西;36