本发明专利技术属于纳米晶软磁材料技术领域，公开了一种高磁导率纳米晶切割铁芯及其制备方法和应用。所述制备方法包括：将铁基纳米晶合金薄带进行卷绕或进一步加工为目标形状，然后进行退火，得到非晶纳米晶铁芯；再进行浸漆固化处理，将固化后的铁芯切割成C型铁芯；将所得C型铁芯的切面进行机械磨削处理，磨削过程中采用含有磨砂的磨削液进行冷却，得到所述高磁导率纳米晶切割铁芯。本发明专利技术通过机械磨削的方法，将切割后的纳米晶铁芯切面进行修复，两个光亮的切面对接在一起时，可以将高频的磁导率恢复至未切割闭合磁路时的80％以上，从而实现高频的高阻抗特性，应用于大电流大功率的场景。景。
【技术实现步骤摘要】
一种高磁导率纳米晶切割铁芯及其制备方法和应用
[0001]本专利技术属于纳米晶软磁材料
，具体涉及一种高磁导率纳米晶切割铁芯及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]近年来，随着三代半导体技术的发展，电力电子技术向高频大功率方向发展，例如新能源汽车车载充电机、DC
‑
DC转换器及电机控制器等模块的工作电流越来越大，因此电路中的电流回路越来越多的用到铜排，即共模铁芯的绕组已由传统的铜线变为刚度很高的铜排，如果使用闭合磁路的铁芯，只能直接穿在铜排上，导致电路中有效的阻抗非常小，为实现较理想的EMC特性，基于此只能大幅提高铁芯的尺寸，但在有限的空间内不允许这样的设计。整车的电磁兼容要求共模电感铁芯具有较高的感量/阻抗，由于电感的感量与线圈匝数的平方成正比，因此必须保持电感较多的匝数。这就要求共模电感的铁芯最佳的形态是C型结构，在铜排线圈设计加工完成后，直接将C型的开口铁芯组装在线圈上完成电感器件的加工和安装。但是基于传统的C型铁芯切割加工工艺，形成开路再完成组装后，铁芯的感量/阻抗相对闭合磁路有一个数量级的下降，因此开发一种在高频具有高阻抗特性的C型切割铁芯产品及加工工艺非常必要。阻抗与有效磁导率的关系如式1所示，由该关系式可知，磁性材料在高频时的磁导率越高，其阻抗值越高。
[0003][0004]式中f为频率，μ
e
为磁性材料的有效磁导率，A
e
为磁性材料的等效截面积，L
e
为磁性材料的等效磁路长度。
[0005]专利CN 102500575 A公开了一种非晶合金C型铁芯切面降损耗方法，包括下列步骤：研磨切面
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超声波消除应力
‑
铁芯烘干
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化学药剂腐蚀切面毛刺
‑
切面清洁
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铁芯烘干。通过使用超声波消除应力及化学药剂腐蚀剂切面毛刺，能够消除切割产生气隙、切面部位受机械应力和层间短路影响，降低了铁损。但是高频下铁损和磁导率没有直接的关系，该方法不能起到提高磁性材料高频阻抗特性的作用。
[0006]专利CN 113990650 A公开了一种高磁导率开口互感器磁芯的加工工艺，包括如下步骤：步骤S1：将带材卷成铁芯；步骤S2：将铁芯进行以下热处理：第一阶段，加热到400
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420℃，保温10
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30min，第二阶段，加热到460
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480℃，保温90
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120min，第三阶段，加热到560
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570℃，保温90
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100min，在20
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60min内将温度降至240
‑
300℃；步骤S3：待步骤S2中铁芯冷却至室温后，放入胶液内，烘干、固化、定型；步骤S4：将铁芯进行切割，采用砂纸对切割后铁芯的切割面进行磨削处理，得到高磁导率开口互感器磁芯。该专利采用阶梯式升温处理，三个阶段分别选用合理的保温时间，使得非晶化铁芯内部发生一定程度的晶化，从而得到性能佳的晶化组织，进而显著提高了高磁导率开口互感器磁芯的磁导率；通过对切割后的铁芯的切割面进行磨削处理，使得切口发生一定收缩的铁芯的切割面更加光滑、平整，从而增大了铁芯的有效接触面积，使得高磁导率开口互感器磁芯的磁导率得到进一步提高。但在磨削
处理过程中，磨削面容易过热导致磁性材料性能恶化，且存在一定的氧化导致接触面磁导率的降低。
技术实现思路
[0007]针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种高磁导率纳米晶切割铁芯的制备方法。本专利技术的制备方法采用了添加磨削液的机械磨削的方法，通过特定组分的磨削液促进研磨，同时起到冷却作用，使得切割磁芯的切割面更快速处理为较为光亮的表面，且冷却液的存在可以防止磨削面过热导致的磁性材料性能恶化，保证了磁芯在高频下有更高的磁导率，从而表现出更优的阻抗特性。并进一步通过在磨削液中加入还原性铁粉，一方面可以降低磨削面的氧化，另一方面在机械磨削处理过程中，部分铁元素渗透到磨削面，增加了磨削面的铁元素含量，进一步保障了对接面的磁导率不发生显著衰减。而磁芯本体的铁元素含量及纳米晶结构并未发生改变，因此并不会导致磁芯整体铁损的增加。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的高磁导率纳米晶切割铁芯。
[0009]本专利技术的再一目的在于提供上述高磁导率纳米晶切割铁芯在高频变压器、大功率高阻抗共模电感器件中的应用。
[0010]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0011]一种高磁导率纳米晶切割铁芯的制备方法，包括如下制备步骤：
[0012](1)将铁基纳米晶合金薄带进行卷绕或进一步加工为目标形状，得到铁芯；
[0013](2)将步骤(1)的铁芯进行退火，得到具有纳米晶+非晶的双相微观组织结构的非晶纳米晶铁芯；
[0014](3)将步骤(2)所得非晶纳米晶铁芯进行浸漆固化处理；
[0015](4)将步骤(3)固化后的铁芯通过切割一分为二，得到C型铁芯；
[0016](5)将步骤(4)所得C型铁芯的切面进行机械磨削处理，磨削过程中采用含有磨砂的磨削液进行冷却，得到所述高磁导率纳米晶切割铁芯；
[0017]所述含有磨砂的磨削液的重量百分含量组成为：20％～40％粒径为0.2～15μm的金刚石颗粒、0.2％～1.5％的NaOH、0.5％～1.3％的防锈剂、2％～8％的润滑剂、0.6％～1.2％的分散剂，其余部分为水。
[0018]进一步地，步骤(1)中所述铁基纳米晶合金薄带成分为Fe
(100
‑
x
‑
y
‑
z
‑
α
‑
β
‑
γ)
M
x
Cu
y M
’
z
Si
α
B
β
X
γ
，其中M为Co和/或Ni元素，M
’
为Nb、V、Mo、Ta、W、Zr、Hf、Ti、Cr、Mn、Al、Sc、Y、Zn、Sn中的至少一种元素，X为C、Ge、P、Ga、Sb、In、S中的至少一种元素；0≤x≤40，0.5≤y≤1.5，1≤z≤5，1≤α≤18，5≤β≤15，0≤γ≤3，且满足x+y+z+α+β+γ≤35。
[0019]进一步地，步骤(1)中所述目标形状为环形、跑道型或矩形。
[0020]进一步地，步骤(2)中所述退火是指磁场退火或非磁场退火，所述磁场退火为横向磁场退火或纵向磁场退火；所述横向磁场是指外加磁场的磁力线方向与铁芯薄带的宽度方向平行，纵向磁场是指外加磁场的磁力线方向与铁芯薄带的长度方向平行；所述磁场退火中施加磁场的强度为10～10000Gs。
[0021]进一步优选地，所述退火的温度控制条件如下1)或2)所示：
[0022]1)以1～15℃/min的速度升温至合本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高磁导率纳米晶切割铁芯的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：(1)将铁基纳米晶合金薄带进行卷绕或进一步加工为目标形状，得到铁芯；(2)将步骤(1)的铁芯进行退火，得到具有纳米晶+非晶的双相微观组织结构的非晶纳米晶铁芯；(3)将步骤(2)所得非晶纳米晶铁芯进行浸漆固化处理；(4)将步骤(3)固化后的铁芯通过切割一分为二，得到C型铁芯；(5)将步骤(4)所得C型铁芯的切面进行机械磨削处理，磨削过程中采用含有磨砂的磨削液进行冷却，得到所述高磁导率纳米晶切割铁芯；所述含有磨砂的磨削液的重量百分含量组成为：20％～40％粒径为0.2～15μm的金刚石颗粒、0.2％～1.5％的NaOH、0.5％～1.3％的防锈剂、2％～8％的润滑剂、0.6％～1.2％的分散剂，其余部分为水。2.根据权利要求1所述的一种高磁导率纳米晶切割铁芯的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述铁基纳米晶合金薄带成分为Fe
(100
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x
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y
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z
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α
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β
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γ)
M
x
Cu
y M
’
z
Si
α
B
β
X
γ
，其中M为Co和/或Ni元素，M
’
为Nb、V、Mo、Ta、W、Zr、Hf、Ti、Cr、Mn、Al、Sc、Y、Zn、Sn中的至少一种元素，X为C、Ge、P、Ga、Sb、In、S中的至少一种元素；0≤x≤40，0.5≤y≤1.5，1≤z≤5，1≤α≤18，5≤β≤15，0≤γ≤3，且满足x+y+z+α+β+γ≤35。3.根据权利要求1所述的一种高磁导率纳米晶切割铁芯的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述目标形状为环形、跑道型或矩形。4.根据权利要求1所述的一种高磁导率纳米晶切割铁芯的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述退火是指磁场退火或非磁场退火，所述磁场退火为横向磁场退火或纵向磁场退火；所述横向磁场是指外加磁场的磁...
【专利技术属性】
技术研发人员：王湘粵，李准，李豪滨，吴汉添，卢治宇，曾志超，
申请(专利权)人：深圳市驭能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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