专利名称：一种高性能纳米晶软磁复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及金属功能材料中的软磁材料领域，具体涉及一种可注塑成型的高性能纳米晶软磁复合材料。
背景技术：
软磁材料的发展经历了晶态、非晶态和纳米晶态的历程。非晶态软磁材料是一种全新的磁性材料，具有高磁导率、高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗即高稳定性等特点。 在软磁性能上，纳米晶软磁及保持了铁基非晶合金的高饱和磁感应强度值。同时在起始磁导率及中高频特性上达到或超过了帔莫合金和Co基非晶材料的水平。软磁材料的应用甚广，主要用于磁性天线、电感器、变压器、磁头、耳机、继电器、振动子、电视偏转轭、电缆、延迟线、传感器、微波吸收材料、电磁铁、加速器高频加速腔、磁场探头、磁性基片、磁场屏蔽、 高频淬火聚能、电磁吸盘、磁敏元件(如磁热材料作开关)等。随着磁路元件向微型化、多功能化的方向发展，对于磁路元件的尺寸和形状要求越来越高，采用传统的机械方法加工这些零件原料浪费大、成本高，效率低。但是注塑磁性材料存在金属粉末在热塑性树脂粘分散度差、两者之间粘结度差等缺点，影响软磁元件注塑成型。
发明内容
本发明提出的是一种高性能纳米晶软磁复合材料及其制备方法，其目的旨在克服现技术所存在的零件原料浪费大、成本高，效率低等缺陷，有利于提高金属粉末在聚丙烯分散力和相容性。本发明的技术解决方案一种高性能纳米晶软磁复合材料，其特征是原料组份及质量百分比为Fe:Cr:Si:B:C:聚丙烯润滑剂偶联剂相容剂融指调节剂=(40 59): (8 40) (8 20) (4 10) (1 5) (8 50) ( 4 10) (3 5) (3 8) O 8)。其制备工艺为一次配料一高速水雾化一钝化处理一退火处理一一次球磨一二次球磨一二次配料一三次球磨一三次配料一高速混合一挤出造粒一注塑成型。本发明的有益之处在于1)采用顺丁烯二酸羰基铁酯接枝聚丙烯作为该材料体系的相容剂、钛酸酯或铝酸酯为偶联剂，解决了金属粉末和聚丙烯相容性差，粘结力差的问题。2)采用三次球磨工艺、球磨筒壁的设计和MgO、硼酸、磷酸、水、甘油的钝化剂组合，通过该方法可以通过提高金属粉末的细度提高在聚丙烯中的分散均勻度，同时也不会发生金属粉末因为细度过低产生的“粉末团聚”问题。3)以相应的润滑剂、偶联剂、抗氧剂、熔融指数调节剂等注塑助剂的组合，提高该体系的注塑性能。
具体实施例方式实施例1一种高性能纳米晶软磁复合材料，其特征是原料及质量百分比为Fe:Cr:Si:B:C:聚丙烯润滑剂偶联剂相容剂熔融指数调节剂=59 :8 :8 :4 8:4:3:3:2。其制备工艺为一次配料一高速水雾化一钝化处理一退火处理一一次球磨一二次球磨一二次配料一三次球磨一三次配料一高速混合一挤出造粒一注塑成型。1) 一次配料，加入Fe、Cr、Si、B、C、铁硅粉、铁硅铝粉、铁镍粉、铁镍钼粉中的一种或数种；
2)高速水雾化工艺为金属原料一熔炼一中间浇包一高压喷嘴一收粉一洗涤过滤一还原一筛分。喷嘴直径(D)为1mm，雾化水压一号水压=10MPa、二号水压=20MPa、三号水压 =IOMPa,温度 1700 "C。3)钝化处理
A)钝化处理，钝化工艺为水洗一钝化剂搅拌处理一水洗一热水洗一烘干，使用的钝化剂为MgO、硼酸、磷酸、甘油按质量百分比为1 :1:5:3配制成10%水溶液，搅拌钝化时间为1 小时。4)退火处理，在440°C下退火50分钟，是合金晶化为纳米晶粉末；
5)球磨，球磨罐体内壁添加若干“术，，型钢筋条，钢筋条的厚度为球磨筒直径的1/70； 球料质量比控制在1.2:1 ；
A)—次球磨，一次球磨时大、中、小球的比例为30%、40%、30%，转速250转/分钟，球磨 1小时；
B)二次球磨时大、中、小球的比例为15%、35%、50%，转速300转/分钟，球磨1.5小时;
6)二次配料，配料时加入润滑剂、偶联剂、抗氧剂、融指调节剂，其中润滑剂为硬脂酸镁；偶联剂为钛酸酯；抗氧剂为四(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯； 熔融指数调节剂为聚乙烯蜡；
7)三次球磨，球磨时大、中、小球的比例为5%、20%、75%，转速400转/分钟，球磨1.5小时；球磨时通氮气保护；
8)三次配料，配料时加入熔融指数为12 16g/10min的注塑级聚丙烯和相容剂，相容剂为接枝率0. 8 1%顺丁烯二酸羰基铁酯接枝聚丙烯；
9)高速混合，其步骤A)200转/分钟混合10分钟，B)再提速至2000转/分钟混合10 分钟。10)挤出造粒，使用双螺杆挤出造粒机，一区220°C、二区230°C、三区、四区 220°C、五区200°C、六区180°C、七区170°C、八区150°C，喂料转速控制在40HZ，主机电流控制在90A。11)注塑成型，将上述粒子在90°C下鼓风干燥4小时，除去水分和挥发物，注塑机的温度一区90°C、二区130°C、三区170°C、四区170°C、五区150°C、六区140°C，注塑压力 30 50MPa。实施例2
一种高性能纳米晶软磁复合材料，其特征是原料及质量百分比为Fe:Cr:Si:B:C:聚丙烯润滑剂偶联剂相容剂融指调节剂=40 12 11 6 2: 10:5:4:5:5。其制备工艺为一次配料一高速水雾化一钝化处理一退火处理一一次球磨一二次球磨一二次配料一三次球磨一三次配料一高速混合一挤出造粒一注塑成型。
1) 一次配料，加入Fe、Cr、Si、B、C、铁硅粉、铁硅铝粉、铁镍粉、铁镍钼粉中的一种或数种；
2)高速水雾化工艺为金属原料一熔炼一中间浇包一高压喷嘴一收粉一洗涤过滤一还原一筛分。喷嘴直径(D)为1. 5mm，雾化水压一号水压=15MPa、二号水压=30MPa、三号水压 =IOMPa,温度 1900 "C。3)钝化处理
A)钝化处理，钝化工艺为水洗一钝化剂搅拌处理一水洗一热水洗一烘干，使用的钝化剂为MgO、硼酸、磷酸、甘油按质量百分比为1 :1:5:3配制成10%水溶液，搅拌钝化时间为 1. 2小时。4)退火处理，在520°C下退火45分钟，是合金晶化为纳米晶粉末；
5)球磨，球磨罐体内壁添加若干“术，，型钢筋条，钢筋条的厚度为球磨筒直径的1/70； 球料质量比控制在1.2:1 ；
A)—次球磨，一次球磨时大、中、小球的比例为30%、40%、30%，转速250转/分钟，球磨 1小时；
B)二次球磨时大、中、小球的比例为15%、35%、50%，转速300转/分钟，球磨1.4小时;
6)二次配料，配料时加入润滑剂、偶联剂、抗氧剂、融指调节剂，其中润滑剂为硬脂酸、 硬脂酸锌；偶联剂为铝酸酯；抗氧剂为四(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；熔融指数调节剂为聚乙烯蜡；
7)三次球磨，球磨时大、中、小球的比例为5%、20%、75%，转速400转/分钟，球磨1.5小时；球磨时通氮气保护；
8)三次配料，配料时加入熔融指数为12 16g/10min的注塑级聚丙烯和相容剂，相容剂为接枝率0. 8 1%顺丁烯二酸羰基铁酯接枝聚丙烯；
9)高速混合，其步骤A)200转/分钟混合10分钟，B)再提速至2000转/分钟混合10 分钟。10)挤出造粒，使用双螺杆挤出造粒机，一区220°C、二区230°C、三区240°C、四区 220°C、五区200°C、六区180°C、七区170°C、八区150°C，喂料转速控制在40HZ，主机电流控制在90A。11)注塑成型，将上述粒子在90°C下鼓风干燥4. 2小时，除去水分和挥发物，注塑机的温度一区90°C、二区130°C、三区170°C、四区170°C、五区150°C、六区140°C，注塑压力 30 50MPa。
权利要求
1.一种高性能纳米晶软磁复合材料，其特征是原料及质量百分比为Fe:Cr:Si:B:C:聚丙烯润滑剂偶联剂相容剂熔融指数调节剂=(40 59) (8 40) (8 20) (4 10) (1 5) (8 50) ( 4 10) (3 5) (3 8) O 8)；其制备工艺流程为一次配料一高速水雾化一钝化处理一退火处理一一次球磨一二次球磨一二次配料一三次球磨一三次配料一高速混合一挤出造粒一注塑成型。
2.根据权利要求1的一种高性能纳米晶软磁复合材料的制备工艺，其特征是工艺流程中的1)一次配料，加入Fe、Cr、Si、B、C，根据需要可加入铁硅粉、铁硅铝粉、铁镍粉、铁镍钼粉中的一种或数种；2)高速水雾化，其处理工艺为金属原料一熔炼一中间浇包一高压喷嘴一收粉一洗涤过滤一还原一筛分；喷嘴直径(D)设置在0. 5mm至2mm之间，雾化水压中的第一号水压 ^ lODMPa，第二号水压> 20DMPa，第二号水压 > 第一号水压，第二号水压/2-第一号水压 /2彡第三号水压彡第二号水压/2+第一号水压/2，温度彡1700°C ；3)钝化处理，钝化工艺为水洗一钝化剂搅拌处理一水洗一热水洗一烘干，使用的钝化剂为MgO、硼酸、磷酸、甘油按质量百分比为1 :1:5:3配制成10%水溶液，搅拌钝化时间为 1 3小时；4)退火处理，在440°C 520°C下退火30 60分钟，合金晶化为纳米晶粉末；5)球磨处理，球磨罐体内壁添加若干“术”形钢筋条，“术”形钢筋条的厚度为球磨筒直径的1/70;球料质量比控制在(1 ~ 1.35):1 ；A)一次球磨，一次球磨时大、中、小球的比例为30%、40%、30%，转速200 250转/分钟，球磨1 2小时；B)二次球磨时大、中、小球的比例为15%、35%、50%，转速300 350转/分钟，球磨 1. 5 2小时；6)二次配料，配料时加入润滑剂、偶联剂、抗氧剂、熔融指数调节剂，其中润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸钙中的一种或几种；偶联剂为钛酸酯或铝酸酯；抗氧剂为四[β - (3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；熔融指数调节剂为聚乙烯蜡；7)三次球磨，球磨时大、中、小球的比例为5%、20%、75%，转速350 400转/分钟，球磨1 2小时；球磨时通氮气保护；8)三次配料，配料时加入熔融指数为12 16g/10min的注塑级聚丙烯和相容剂，相容剂为接枝率0. 8 1%顺丁烯二酸羰基铁酯接枝聚丙烯；9)高速混合，其步骤A)200 300转/分钟混合5 10分钟，B)再提速至2000转/ 分钟混合10分钟；10)挤出造粒，使用双螺杆挤出造粒机，一区210°C 240°C、二区220°C 250°C、三区 210°C 240°C、四区 190°C 220°C、五区 170°C 200°C、六区 160°C 180°C、七区 140°C 170°C、八区120°C 150°C，喂料转速控制在20 60HZ，主机电流控制在90 130A ；11)注塑成形，将上述粒子在90°C下鼓风干燥4小时，除去水分和挥发物，注塑机的温度一区 80°C 100°C、二区 120°C 140°C、三区 160°C 180°C、四区 160°C 180°C、五区 140°C 160°C、六区 130°C 150°C，注塑压力 30 50MPa。
全文摘要
本发明是一种高性能纳米晶软磁复合材料及其制备方法，其特征是原料及质量百分比为Fe:Cr:Si:B:C:聚丙烯:润滑剂:偶联剂:相容剂:熔融指数调节剂=(40～59)(8～40)(8～20)(4～10)(1～5):(8～50):(4～10):(3～5):(3～8):(2～8)；其制备工艺流程为一次配料→高速水雾化→钝化处理→退火处理→一次球磨→二次球磨→二次配料→三次球磨→三次配料→高速混合→挤出造粒→注塑成型。优点本发明提供了一种注塑成型的高性能纳米晶软磁材料制备方法，该方法适合生产形状复杂、精度要求高的磁路元件，同时具有高磁导率、高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗和高稳定性。
文档编号H01F1/12GK102543344SQ20121000364
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者于万林, 吕延, 吕明, 李行, 王坤明 申请人:南京中电熊猫磁电科技有限公司, 南京华东电子信息科技股份有限公司, 南京深宁磁电有限公司