新组合物和方法技术

本发明专利技术涉及适于软磁应用如电感器芯的复合铁基粉末混合物。本发明专利技术还涉及制造软磁组件的方法和由该方法制造的组件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】新组合物和方法专利
本专利技术涉及可用于制备软磁组件的软磁复合粉末材料，以及使用这种软磁复合粉末得到的软磁组件。
技术介绍
软磁材料用于各种应用，例如电感器中的芯材，用于电机的定子和转子，起动器，传感器和变压器芯。传统上，软磁芯，例如电机中的转子和定子，由堆叠钢层压板制成。软磁复合物也可以基于软磁颗粒，通常是铁基的，在每个颗粒上具有电绝缘涂层。通过压制绝缘颗粒，获得软磁组件。使用粉末形式的这种磁性颗粒使得可以生产可以承载三维磁通量的软磁组件，与使用传统的钢层压板相比，可以在设计中实现更高的自由度。本专利技术涉及一种铁基软磁复合粉末，其芯颗粒涂有精心选择的涂层，通过压制粉末然后进行热处理，使材料性能适合于生产电感器。电感器或电抗器是无源电子组件，其可以以通过所述组件的电流产生的磁场的形式存储能量。磁导率不仅取决于承载磁通量的材料，还取决于施加的电场和其频率。在技术系统中，最大相对磁导率通常指在变化电场的一个循环期间测量的最大相对磁导率。电感器芯可以用在电力电子系统中，用于过滤不需要的信号如各种谐波。为了有效地工作，用于这种应用的电感器芯应具有低的最大相对磁导率，这意味着相对磁导率相对于所施加的电场具有更线性的特性，即稳定的微分磁导率μΔ(根据ΔB＝μΔ*ΔH定义)和高饱和通量密度。这使得电感器能够在更宽的电流范围内更有效地工作，这也可以表示为电感器具有“良好的DC偏压”。DC偏压可以表示为在指定施加电场如在4000A/m下的最大微分磁导率的百分数。进一步低的最大相对磁导率和稳定的微分磁导率与高饱和通量密度相结合使得电感器能够承载更高的电流，这在尺寸是限制因素时尤其有益，因此可以使用更小的电感器。为了改进软磁组件的性能，一个重要的参数是降低其铁耗特性。当磁性材料暴露于变化的场时，由于磁滞损失和涡流损失而发生能量损失。磁滞损失与交变磁场的频率成比例，而涡流损失与频率的平方成比例。因此，在高频时，涡流损失最重要，并且降低涡流损失并仍然保持低水平的磁滞损失尤其重要。这意味着希望增加磁芯的电阻率。在寻求改进电阻率的方法中，已经使用和提出了不同的方法。一种方法基于在粉末颗粒经受压制之前在这些颗粒上提供电绝缘涂层或膜。因此，有许多专利出版物教导了不同类型的电绝缘涂层。关于无机涂层的公开专利的实例是US6,309,748，US6,348,265和US6,562,458。有机材料涂层从例如US5,595,609已知。包含无机和有机材料的涂层可从例如US6,372,348和5,063,011以及DE3,439,397已知，根据该出版物，颗粒被磷酸铁层和热塑性材料包围。EP1246209B1描述了一种铁磁金属基粉末，其中金属基粉末的表面涂覆有由有机硅树脂和具有层状结构的粘土矿物(例如膨润土或滑石)的细颗粒组成的涂层。US6,756,118B2涉及一种软磁粉末金属复合物，其包含至少两种包封粉末金属颗粒的氧化物，所述至少两种氧化物形成至少一种共同相。为了获得高性能的软磁复合组件，还必须能够使电绝缘粉末在高压下进行压缩成型，因为通常希望获得具有高密度的部件。高密度通常会改进磁性。需要特别高的密度以便将磁滞损失保持在低水平并获得高饱和通量密度。另外，当压制组件从模具中脱出时，电绝缘必须承受所需的压制压力而不会被损坏。这反过来意味着脱模力不能太高。此外，为了减少磁滞损失，需要对压制部件进行应力释放热处理。为了获得有效的应力释放，热处理应优选在300℃以上的温度和绝缘涂层将被损坏的温度以下，在例如氮气、氩气或空气的气氛中，或在真空中进行。鉴于需要主要用于较高频率的粉末芯，即2kHz以上，特别是5-100kHz的频率，本专利技术已经完成，其中较高的电阻率和较低的铁耗是必要的。优选地，饱和通量密度应足够高以用于芯尺寸减小。另外，应该可以生产芯而不必使用模具壁润滑和/或升高的温度来压制金属粉末。优选地，应该消除这些步骤。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种新的铁基复合粉末，其包含铁基粉末的芯，其表面涂有新的复合电绝缘涂层。新的铁基复合粉末特别适用于生产电力电子电感器芯。由这种材料制成的芯具有高机械强度，高电阻率，低铁耗，高微分磁导率和饱和通量密度。本专利技术的另一个目的是提供一种制造这种电感器芯的方法。在一个实施方案中，铁基粉末组合物包含或含有芯颗粒，所述芯颗粒是雾化铁颗粒和磷涂覆的铁合金颗粒，例如铁硅铝磁合金颗粒。雾化铁颗粒和铁硅铝磁合金颗粒分别涂覆第一磷层。磷涂覆的雾化铁颗粒进一步涂覆有硅酸盐层，从而为铁颗粒提供硅酸盐涂层。然后将硅酸盐涂覆的铁颗粒和磷涂覆的铁合金颗粒与有机硅树脂混合。任选地，可以添加润滑剂。特别地，根据第一方面，本专利技术涉及一种铁基粉末组合物，其包含以下物质的混合物：(a)磷涂覆的雾化铁颗粒，其进一步涂覆有硅酸盐层；(b)磷涂覆的铁合金颗粒如铁硅铝磁合金，由7重量％至13重量％的硅，4重量％至7重量％的铝，余量铁组成；(c)有机硅树脂。铁基粉末组合物中雾化铁颗粒与铁合金颗粒的比可在90/10至50/50之间变化，优选在80/20至60/40之间变化。在一个实施方案中，铁基粉末组合物包含(a)和(b)或由(a)和(b)组成：(a)雾化铁颗粒，(b)由硅、铝和铁的混合物组成的铁合金颗粒；且涂覆的颗粒(a)和(b)进一步与(c)粉末状有机硅树脂混合。雾化铁颗粒(a)涂有磷层，然后涂覆硅酸盐层；铁合金颗粒(b)涂有磷层。(a)上的硅酸盐层含有与含有页硅酸盐的粘土矿物组合的碱性硅酸盐，其中组合的硅-氧四面体层和氢氧化物八面体层优选是电中性的，例如高岭石。另外，根据第二方面，本专利技术提供了一种用于制造压制和热处理的组件如电感器芯的方法，该方法包括以下步骤：a)提供根据本专利技术第一方面的涂覆铁基粉末组合物；b)在400至1200MPa的压制压力下，在模具中以单轴压力运动压制涂覆的铁和铁硅铝磁合金粉末混合物，任选地与润滑剂混合；c)从模具中脱模出压制组件；d)在高达800℃的温度下对脱模的组件进行热处理。在步骤b)的优选实施方案中，模具处于升高的温度，优选地，其中在步骤b)中，模具温度在25至80℃之间。此外，本专利技术提供了一种通过上述方法制造的电磁组件，例如电感器芯。与许多其中需要低铁耗的使用和提出的方法相比，，本专利技术的一个特殊优点是粉末组合物中不必使用任何有机粘合剂，该粉末组合物随后在压制步骤中压制。因此，生坯的热处理可以在较高的温度下进行，而没有任何有机粘合剂分解的风险；较高的热处理温度也会改进通量密度并降低铁耗。在最终的热处理芯中不存在有机材料还允许芯在具有升高的温度的环境中使用而不会由于有机粘合剂的软化和分解而降低强度的风险，因此实现了改进的温度稳定性。专利技术详述附图说明图1不同硅树脂子单元的示意图。在整个文本中，术语“层”和“涂层”可以互换使用。本专利技术提供一种铁基粉末组合物，其包含以下物质的混合物：(a)磷涂覆的雾化铁颗粒，其进一步涂覆有硅酸盐层；(b)磷涂覆的铁合金颗粒，铁合金颗粒由7％至13重量％的硅，4％至7重量％的铝，余量铁组成；和(c)有机硅树脂。铁颗粒可以是具有低含量污染物如碳或氧的纯铁粉末形式。铁含量优选在99.0重量％以上，但也可以使用与例如硅合金化的铁粉。对于纯铁粉或对于与有意添加的合金元素合金化的铁基粉末，粉末除了铁和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.铁基粉末组合物，包含以下组分的混合物：(a)磷涂覆的雾化铁颗粒，其进一步涂覆有硅酸盐层；(b)磷涂覆的铁合金颗粒，铁合金颗粒由7重量％至13重量％的硅、4重量％至7重量％的铝、余量铁组成；和(c)有机硅树脂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.01 EP 16153676.81.铁基粉末组合物，包含以下组分的混合物：(a)磷涂覆的雾化铁颗粒，其进一步涂覆有硅酸盐层；(b)磷涂覆的铁合金颗粒，铁合金颗粒由7重量％至13重量％的硅、4重量％至7重量％的铝、余量铁组成；和(c)有机硅树脂。2.根据权利要求1所述的铁基粉末组合物，还包含润滑剂。3.根据权利要求1或2中任一项所述的铁基粉末组合物，其中有机硅树脂含有50-100％的苯基取代基，优选75-100％，最优选100％的苯基取代基。4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的铁基粉末组合物，其中有机硅树脂中羟基、甲氧基和乙氧基官能团的总含量在2重量％以上，优选在5重量％以上，最优选在7重量％以上。5.根据前述任一项权利要求所述的铁基粉末组合物，其中有机硅树脂的熔点在45℃以上，优选在55℃以上，最优选在65℃以上。6.根据前述任一项权利要求所述的铁基粉末组合物，其中硅酸盐层包含水溶性碱性硅酸盐和粘土的颗粒。7.根据权利要求6所述的铁基粉末组合物，其中粘土颗粒包含一种或多种页硅酸盐，优选其中50重量％或更多是页硅酸盐高岭石。8.根据权利要求6或7中任一项所述的铁基粉末组合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：AC·赫尔森，叶舟，
申请(专利权)人：霍加纳斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE