本发明公开了一种高频软磁铁硅铝磁粉芯的制备方法，属于储能材料技术领域。
背景技术
铁硅铝合金作为一种磁性能优异的软磁合金材料，不仅具有高硬度、高电阻率、低磁各项异性常数、低矫顽力、低磁滞损耗和低涡流损耗，还具有极强的耐腐蚀性，也作为结构材料被广泛使用，是一种新型的电子节能材料，铁硅铝磁粉芯是以粉末冶金工艺为基础，由铁硅铝粉体经表面绝缘包覆，与粘结剂混合压制而成的一种软磁材料。近年来，软磁铁硅铝粉末及其磁粉芯制品在电子行业的应用受到了极大的关注。以铁硅铝磁粉芯的电子器件已广泛应用于太阳能、电源、电抗器、汽车充电桩等许多领域。对于铁硅铝磁粉体的制备，目前主要采用气(水)雾化法和机械破碎法两种生产工艺来制备。其中，对于气(水)雾化法，其可制取粉体性能优良、粉体纯度高、粉体形貌呈球形。然而，该生产工艺生产成本高，且对场地和环境的要求较高，不利于铁硅铝粉体在市场上的竞争。与气(水)雾化法相比，机械破碎法具有生产流程简单，成本低的优点。铁硅铝磁粉芯自20世纪30年代被发现以来，因其具有较高的电阻率以及在弱磁场中具有较高的磁导率和低磁损耗而倍受重视，而且他的能量储存能力比铁镍钼铁硅铝磁粉芯高。铁硅铝磁粉芯适中的价格和较低的损耗使之成为目前开关电源的能量储存和滤波电感器中应用最广泛的材料。金属软磁粉芯由铁磁性金属（或合金）颗粒与绝缘介质（形成薄膜）混合后采用粉末冶金成形技术制造而成，因而容易制成不同形状的磁粉芯，如e型、u型、环型、棒形等。由于金属磁粉芯的内部存在绝缘薄膜增加磁粉芯的电阻率，有效降低高频涡流损耗，适合应用于较高频率（20～200khz）的机电领域。因具有高的饱和磁感应强度，宽的有效磁导率范围，低的功率损耗及低廉的价格，在扼流圈民用市场中占据着超过75%的市场份额，具有很高的性价比。虽然铁硅铝磁粉芯的综合磁性能好，但是还存在磁导率低，磁耗损高，且表面粗糙易出现较多裂纹的缺点。
因此，如何改善传统软磁铁硅铝磁粉芯磁导率低，磁耗损高，且表面粗糙易出现较多裂纹的缺点，以获取更高综合性能，是其需研究解决的问题。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是：针对传统软磁铁硅铝磁粉芯磁导率低，磁耗损高，且表面粗糙易出现较多裂纹的缺点，提供了本发明公开了一种高频软磁铁硅铝磁粉芯。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种高频软磁铁硅铝磁粉芯的制备方法，具体制备步骤为：
（1）将铁硅铝合金机械粉碎后，用180～500目的筛网进行分级，并按以下重量份数进行级配：180～200目的占10～15份，200～325目的占20～35份，325～500目的占50～75份，得级配合金粉；
（2）将级配合金粉和无水乙醇按质量比为1：8～1：10混合后，超声分散，再加入级配合金粉质量0.6～0.8倍的聚乙烯吡咯烷酮和级配合金粉质量0.01～0.03倍的多巴胺，继续超声分散后，于氮气保护状态下，加热搅拌反应，得级配合金粉浆料；
（3）将正硅酸乙酯和无水乙醇按质量比为1：5～1：8混合，得正硅酸乙酯稀释液，再按重量份数计，依次取80～100份级配合金粉浆料，30～40份正硅酸乙酯稀释液，8～10份催化剂，10～15份乙醇溶液，先将正硅酸乙酯稀释液逐滴滴加至级配合金粉浆料中，待滴加完毕后，再加入催化剂，室温条件下搅拌混合8～12h后，再加入乙醇溶液，继续搅拌反应8～12h，再经过滤，洗涤和干燥，得改性合金粉；
（4）将改性合金粉和绝缘粘结剂按质量比为100：3～100：7混合后，加热烘干，再加入绝缘粘结剂质量0.6～0.8倍的脱模剂后，注入模具中；
（5）将模具移入液压机中，压制成型，脱模，随后依次经稳定化处理和热处理，待热处理结束，用干冰冷却至室温，即得高频软磁铁硅铝磁粉芯。
步骤（1）所述铁硅铝合金中各物质重量份数为：75～80份铁，10～15份硅，2～4份铝。
步骤（3）所述催化剂为质量分数为10～15%的氨水。
步骤（4）所述绝缘粘结剂为中性硅酮胶和亚麻油按质量比为20：1～25：1复配而成。
步骤（4）所述脱模剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌或硬脂酸镁中的任意一种。
步骤（5）所述稳定化处理为：于氩气保护状态下，于温度为185～190℃条件下，保温稳定化处理3～5h。
步骤（5）所述热处理为：于氩气保护状态下，于温度为600～700℃条件下，保温热处理80～90min。
本发明的有益效果是：
本发明技术方案首先采用机械粉碎对铁硅铝合金进行细化，在机械粉碎过程中，合金粉产生较多的表面缺陷，有较多的微裂纹存在，大大降低了其自身强度和硬度，在后续压制过程中容易破裂，从而对产品性能造成恶劣影响，另外，机械粉碎制备的合金粉带有明显的锋利尖角，锋利尖角的存在也会对后续磁粉芯产品性能造成不利影响，本发明基于此，首先，采用聚乙烯吡咯烷酮和多巴胺对级配合金粉进行表面改性处理，从而使级配合金粉可在浆料体系中良好分散，同时，经过聚乙烯吡咯烷酮和多巴胺处理后的合金粉，其与有机的绝缘粘结剂之间的界面相容性得以改善，从而使两者之间的结合力有效提升，有利于产品最终堆积密度的进一步提升，使产品的磁导率升高，磁损耗有效降低；另外，在通过以正硅酸乙酯为硅源，在合金粉表面包覆形成二氧化硅包覆层，该包覆层的形成，一方面有利于弥补机械粉碎产生的表面缺陷结构，同时可使合金粉表面的锋利尖角钝化，从而有效避免表面缺陷及尖角对产品性能的不利影响，另一方面，该包覆层表面的硅羟基可与绝缘粘合剂中的硅羟基相互间发生脱水缩合，形成硅氧键，从而共同构筑绝缘包覆层，减少合金粉颗粒之间的相互接触，阻隔合金粉颗粒之间的涡流，降低涡流损耗，并使产品的频率特性提高，适用于高频环境。
具体实施方式
将铁硅铝合金至于粉碎机中，机械粉碎后，用180～500目的圆孔筛网进行分级，并按以下重量份数进行级配，180～200目的占10～15份，200～325目的占20～35份，325～500目的占50～75份，得级配合金粉；将级配合金粉和无水乙醇按质量比为1：8～1：10混合倒入三口烧瓶中，于超声频率为45～50khz条件下，超声分散45～60min后，再向三口烧瓶中加入级配合金粉质量0.6～0.8倍的聚乙烯吡咯烷酮和级配合金粉质量0.01～0.03倍的多巴胺，继续于频率为45～50khz条件下超声分散30～60min后，停止超声，并将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，以4～8ml/min速率向三口烧瓶内通入氮气，在氮气保护状态下，于温度为55～70℃，转速为300～500r/min条件下，恒温加热搅拌反应1～3h，得级配合金粉浆料；按质量比为1：5～1：8将正硅酸乙酯和无水乙醇混合倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌混合20～30min，得正硅酸乙酯稀释液，再按重量份数计，依次取80～100份级配合金粉浆料，30～40份正硅酸乙酯稀释液，8～10份催化剂，10～15份质量分数为40～60%的乙醇溶液，先将正硅酸乙酯稀释液逐滴滴加至级配合金粉浆料中，控制正硅酸乙酯稀释液的滴加速率为4～8ml/min，待正硅酸乙酯分散液滴加完毕后，再加入催化剂，于室温条件下，以300～400r/min转速搅拌混合8～12h后，再加入质量分数为40～60%的乙醇溶液，继续搅拌反应8～12h，过滤，得滤饼，并用无水乙醇洗涤滤饼3～5次，再将洗涤后的滤饼转入真空干燥箱中，于温度为110～120℃条件下干燥至恒重，得改性合金粉；将改性合金粉和绝缘粘结剂按质量比为100：3～100：7加入球磨罐中，球磨混合30～45min后，得球磨料，再将球磨料转入真空干燥箱中，于温度为140～160℃条件下，干燥至恒重，得干燥球磨料，再向干燥球磨料中加入绝缘粘结剂质量0.6～0.8倍的脱模剂，用玻璃棒搅拌混合10～15min后，注入模具中，再将模具移入液压机中，于压力为20～22mpa条件下，冷压3～5min，脱模，得磁粉芯坯，再将所得磁粉芯坯于氩气保护状态下，于温度为185～190℃条件下，保温稳定化处理3～5h，待稳定化处理结束后，继续升温至600～700℃，保温热处理80～90min，再将热处理后的磁粉芯坯用干冰冷却至室温，即得高频软磁铁硅铝磁粉芯。所述铁硅铝合金中各物质重量份数为：75～80份铁，10～15份硅，2～4份铝。所述催化剂为质量分数为10～15%的氨水。所述绝缘粘结剂为中性硅酮胶和亚麻油按质量比为20：1～25：1复配而成。所述脱模剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌或硬脂酸镁中的任意一种。
实例1
将铁硅铝合金至于粉碎机中，机械粉碎后，用500目的圆孔筛网进行分级，并按以下重量份数进行级配，200目的占15份，325目的占35份，500目的占75份，得级配合金粉；将级配合金粉和无水乙醇按质量比为1：10混合倒入三口烧瓶中，于超声频率为50khz条件下，超声分散60min后，再向三口烧瓶中加入级配合金粉质量0.8倍的聚乙烯吡咯烷酮和级配合金粉质量0.03倍的多巴胺，继续于频率为50khz条件下超声分散60min后，停止超声，并将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，以8ml/min速率向三口烧瓶内通入氮气，在氮气保护状态下，于温度为70℃，转速为500r/min条件下，恒温加热搅拌反应3h，得级配合金粉浆料；按质量比为1：8将正硅酸乙酯和无水乙醇混合倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌混合30min，得正硅酸乙酯稀释液，再按重量份数计，依次取100份级配合金粉浆料，40份正硅酸乙酯稀释液，10份催化剂，15份质量分数为60%的乙醇溶液，先将正硅酸乙酯稀释液逐滴滴加至级配合金粉浆料中，控制正硅酸乙酯稀释液的滴加速率为8ml/min，待正硅酸乙酯分散液滴加完毕后，再加入催化剂，于室温条件下，以400r/min转速搅拌混合12h后，再加入质量分数为60%的乙醇溶液，继续搅拌反应12h，过滤，得滤饼，并用无水乙醇洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼转入真空干燥箱中，于温度为120℃条件下干燥至恒重，得改性合金粉；将改性合金粉和绝缘粘结剂按质量比为100：7加入球磨罐中，球磨混合45min后，得球磨料，再将球磨料转入真空干燥箱中，于温度为160℃条件下，干燥至恒重，得干燥球磨料，再向干燥球磨料中加入绝缘粘结剂质量0.8倍的脱模剂，用玻璃棒搅拌混合15min后，注入模具中，再将模具移入液压机中，于压力为22mpa条件下，冷压5min，脱模，得磁粉芯坯，再将所得磁粉芯坯于氩气保护状态下，于温度为190℃条件下，保温稳定化处理5h，待稳定化处理结束后，继续升温至700℃，保温热处理90min，再将热处理后的磁粉芯坯用干冰冷却至室温，即得高频软磁铁硅铝磁粉芯。所述铁硅铝合金中各物质重量份数为：80份铁，15份硅，4份铝。所述催化剂为质量分数为15%的氨水。所述绝缘粘结剂为中性硅酮胶和亚麻油按质量比为25：1复配而成。所述脱模剂为硬脂酸钙。
实例2
将铁硅铝合金至于粉碎机中，机械粉碎后，用500目的圆孔筛网进行分级，并按以下重量份数进行级配，200目的占15份，325目的占35份，500目的占75份，得级配合金粉；将级配合金粉和无水乙醇按质量比为1：10混合倒入三口烧瓶中，于超声频率为50khz条件下，超声分散60min后，再向三口烧瓶中加入级配合金粉质量0.8倍的聚乙烯吡咯烷酮和级配合金粉质量0.03倍的多巴胺，继续于频率为50khz条件下超声分散60min后，停止超声，并将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，以8ml/min速率向三口烧瓶内通入氮气，在氮气保护状态下，于温度为70℃，转速为500r/min条件下，恒温加热搅拌反应3h，得级配合金粉浆料；将级配合金粉浆料和绝缘粘结剂按质量比为100：7加入球磨罐中，球磨混合45min后，得球磨料，再将球磨料转入真空干燥箱中，于温度为160℃条件下，干燥至恒重，得干燥球磨料，再向干燥球磨料中加入绝缘粘结剂质量0.8倍的脱模剂，用玻璃棒搅拌混合15min后，注入模具中，再将模具移入液压机中，于压力为22mpa条件下，冷压5min，脱模，得磁粉芯坯，再将所得磁粉芯坯于氩气保护状态下，于温度为190℃条件下，保温稳定化处理5h，待稳定化处理结束后，继续升温至700℃，保温热处理90min，再将热处理后的磁粉芯坯用干冰冷却至室温，即得高频软磁铁硅铝磁粉芯。所述铁硅铝合金中各物质重量份数为：80份铁，15份硅，4份铝。所述催化剂为质量分数为15%的氨水。所述绝缘粘结剂为中性硅酮胶和亚麻油按质量比为25：1复配而成。所述脱模剂为硬脂酸钙。
实例3
将铁硅铝合金至于粉碎机中，机械粉碎后，用500目的圆孔筛网进行分级，并按以下重量份数进行级配，200目的占15份，325目的占35份，500目的占75份，得级配合金粉；将级配合金粉和无水乙醇按质量比为1：10混合倒入三口烧瓶中，于超声频率为50khz条件下，超声分散60min后，再向三口烧瓶中加入级配合金粉质量0.8倍的聚乙烯吡咯烷酮，继续于频率为50khz条件下超声分散60min后，停止超声，并将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，以8ml/min速率向三口烧瓶内通入氮气，在氮气保护状态下，于温度为70℃，转速为500r/min条件下，恒温加热搅拌反应3h，得级配合金粉浆料；按质量比为1：8将正硅酸乙酯和无水乙醇混合倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌混合30min，得正硅酸乙酯稀释液，再按重量份数计，依次取100份级配合金粉浆料，40份正硅酸乙酯稀释液，10份催化剂，15份质量分数为60%的乙醇溶液，先将正硅酸乙酯稀释液逐滴滴加至级配合金粉浆料中，控制正硅酸乙酯稀释液的滴加速率为8ml/min，待正硅酸乙酯分散液滴加完毕后，再加入催化剂，于室温条件下，以400r/min转速搅拌混合12h后，再加入质量分数为60%的乙醇溶液，继续搅拌反应12h，过滤，得滤饼，并用无水乙醇洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼转入真空干燥箱中，于温度为120℃条件下干燥至恒重，得改性合金粉；将改性合金粉和绝缘粘结剂按质量比为100：7加入球磨罐中，球磨混合45min后，得球磨料，再将球磨料转入真空干燥箱中，于温度为160℃条件下，干燥至恒重，得干燥球磨料，再向干燥球磨料中加入绝缘粘结剂质量0.8倍的脱模剂，用玻璃棒搅拌混合15min后，注入模具中，再将模具移入液压机中，于压力为22mpa条件下，冷压5min，脱模，得磁粉芯坯，再将所得磁粉芯坯于氩气保护状态下，于温度为190℃条件下，保温稳定化处理5h，待稳定化处理结束后，继续升温至700℃，保温热处理90min，再将热处理后的磁粉芯坯用干冰冷却至室温，即得高频软磁铁硅铝磁粉芯。所述铁硅铝合金中各物质重量份数为：80份铁，15份硅，4份铝。所述催化剂为质量分数为15%的氨水。所述绝缘粘结剂为中性硅酮胶和亚麻油按质量比为25：1复配而成。所述脱模剂为硬脂酸钙。
实例4
将铁硅铝合金至于粉碎机中，机械粉碎后，用500目的圆孔筛网进行分级，并按以下重量份数进行级配，200目的占15份，325目的占35份，500目的占75份，得级配合金粉；将级配合金粉和无水乙醇按质量比为1：10混合倒入三口烧瓶中，于超声频率为50khz条件下，超声分散60min后，再向三口烧瓶中加入级配合金粉质量0.03倍的多巴胺，继续于频率为50khz条件下超声分散60min后，停止超声，并将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，以8ml/min速率向三口烧瓶内通入氮气，在氮气保护状态下，于温度为70℃，转速为500r/min条件下，恒温加热搅拌反应3h，得级配合金粉浆料；按质量比为1：8将正硅酸乙酯和无水乙醇混合倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌混合30min，得正硅酸乙酯稀释液，再按重量份数计，依次取100份级配合金粉浆料，40份正硅酸乙酯稀释液，10份催化剂，15份质量分数为60%的乙醇溶液，先将正硅酸乙酯稀释液逐滴滴加至级配合金粉浆料中，控制正硅酸乙酯稀释液的滴加速率为8ml/min，待正硅酸乙酯分散液滴加完毕后，再加入催化剂，于室温条件下，以400r/min转速搅拌混合12h后，再加入质量分数为60%的乙醇溶液，继续搅拌反应12h，过滤，得滤饼，并用无水乙醇洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼转入真空干燥箱中，于温度为120℃条件下干燥至恒重，得改性合金粉；将改性合金粉和绝缘粘结剂按质量比为100：7加入球磨罐中，球磨混合45min后，得球磨料，再将球磨料转入真空干燥箱中，于温度为160℃条件下，干燥至恒重，得干燥球磨料，再向干燥球磨料中加入绝缘粘结剂质量0.8倍的脱模剂，用玻璃棒搅拌混合15min后，注入模具中，再将模具移入液压机中，于压力为22mpa条件下，冷压5min，脱模，得磁粉芯坯，再将所得磁粉芯坯于氩气保护状态下，于温度为190℃条件下，保温稳定化处理5h，待稳定化处理结束后，继续升温至700℃，保温热处理90min，再将热处理后的磁粉芯坯用干冰冷却至室温，即得高频软磁铁硅铝磁粉芯。所述铁硅铝合金中各物质重量份数为：80份铁，15份硅，4份铝。所述催化剂为质量分数为15%的氨水。所述绝缘粘结剂为中性硅酮胶和亚麻油按质量比为25：1复配而成。所述脱模剂为硬脂酸钙。
实例5
将铁硅铝合金至于粉碎机中，机械粉碎后，用500目的圆孔筛网进行分级，并按以下重量份数进行级配，200目的占15份，325目的占35份，500目的占75份，得级配合金粉；将级配合金粉和无水乙醇按质量比为1：10混合倒入三口烧瓶中，于超声频率为50khz条件下，超声分散60min后，再向三口烧瓶中加入级配合金粉质量0.8倍的聚乙烯吡咯烷酮和级配合金粉质量0.03倍的多巴胺，继续于频率为50khz条件下超声分散60min后，停止超声，并将三口烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，以8ml/min速率向三口烧瓶内通入氮气，在氮气保护状态下，于温度为70℃，转速为500r/min条件下，恒温加热搅拌反应3h，得级配合金粉浆料；按质量比为1：8将正硅酸乙酯和无水乙醇混合倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌混合30min，得正硅酸乙酯稀释液，再按重量份数计，依次取100份级配合金粉浆料，40份正硅酸乙酯稀释液，10份催化剂，15份质量分数为60%的乙醇溶液，先将正硅酸乙酯稀释液逐滴滴加至级配合金粉浆料中，控制正硅酸乙酯稀释液的滴加速率为8ml/min，待正硅酸乙酯分散液滴加完毕后，再加入催化剂，于室温条件下，以400r/min转速搅拌混合12h后，再加入质量分数为60%的乙醇溶液，继续搅拌反应12h，过滤，得滤饼，并用无水乙醇洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼转入真空干燥箱中，于温度为120℃条件下干燥至恒重，得改性合金粉；将改性合金粉和绝缘粘结剂按质量比为100：7加入球磨罐中，球磨混合45min后，得球磨料，再将球磨料转入真空干燥箱中，于温度为160℃条件下，干燥至恒重，得干燥球磨料，再向干燥球磨料中加入绝缘粘结剂质量0.8倍的脱模剂，用玻璃棒搅拌混合15min后，注入模具中，再将模具移入液压机中，于压力为22mpa条件下，冷压5min，脱模，得磁粉芯坯，再将所得磁粉芯坯于氩气保护状态下，于温度为190℃条件下，保温稳定化处理5h，待稳定化处理结束后，继续升温至700℃，保温热处理90min，再将热处理后的磁粉芯坯用干冰冷却至室温，即得高频软磁铁硅铝磁粉芯。所述铁硅铝合金中各物质重量份数为：80份铁，15份硅，4份铝。所述催化剂为质量分数为15%的氨水。所述绝缘粘结剂为中性硅酮胶。所述脱模剂为硬脂酸钙。
对比例：广东某科技有限公司生产的软磁铁硅铝磁粉芯。
将实例1至实例5所得的高频软磁铁硅铝磁粉芯及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
粒度≥147μm占5%,147μm占46%，74μm占35%，≤50μm占14%。粉末的绝缘包覆分为两步：首先对铁硅铝磁粉进行磷酸钝化，使颗粒表面形成金属盐类的绝缘膜。将磁粉置于不同含量的磷酸钝化液中，于85℃下处理30min。待粉末干燥后，与不同种类不同含量的无机粘结剂进行粘结。选择环氧树脂有机
粘结剂作为对比。粘结方式分为两种，湿法粘结和干法粘结。湿法粘结是先配置好液体粘结液，然后把钝化好的粉末缓慢倒入其中充分搅拌均匀后，放入75℃
烘箱保温2h至水分蒸干；干法粘结是将固体颗粒粘结剂直接与钝化后的粉末均匀混合（氧化硼颗粒和玻璃粉属于此类）。随后在1980mpa压力下制成外径22.9mm，内径14.0mm，高度7.60mm的环状样品后于700℃，n2气氛保护下退火1h。用扫描电子显微镜（sem）对粉末绝缘包覆效果进行分析。用交流损耗测试系统（sy8232）测量磁粉芯的体积损耗。用lcr测试仪（hp4284a）测量磁粉芯的有效磁导率。
具体检测结果如表1所示：
表1高频软磁铁硅铝磁粉芯性能检测结果
由表1检测结果可知，本发明技术方案制备的高频软磁铁硅铝磁粉芯具有优异的低损耗、高磁导率和表面效果平滑无裂纹的特点，在储能材料技术行业的发展中具有广阔的前景。