一种升压电感用有效磁导率为125的铁硅铝镍软磁粉心及其制备方法与流程

本发明属于软磁材料技术领域，尤其涉及一种升压电感用有效磁导率为125的铁硅铝镍软磁粉心及其制备方法。

背景技术：

金属软磁粉心具有高饱和磁感应强度、高有效磁导率、低损耗、良好的直流偏置性能和频率稳定性能。金属磁粉心的制备工艺通常采用模压成型的方法，可以将粉体材料压制成不同形状的产品，满足不同场景的需求。金属软磁粉心内部的分布式气隙，以及磁粉表面通过绝缘包覆工艺形成的绝缘层，能够很好的降低磁粉心的材料损耗，并且产品的性能参数容易调控，产品性能一致性、稳定性良好，广泛应用于各种电力电子器件中。

专利cn102623123b中公布了一种125μ铁硅铝磁粉心的制造方法，该专利方案中，选用质量比-100～+200目25％、-200目～+300目55％、-300目20％的铁硅铝粉进行粒度配比，在80℃～120℃加入酸溶液试剂对金属磁粉进行表面钝化绝缘，选用的酸溶液为磷酸、尿素和甘油的混合溶液；采用1950mpa～2150mpa压制、600℃～800℃条件热处理30分钟，制备出有效磁导率为125的铁硅铝粉心；专利cn102938312b中公布了一种铁硅铝金属磁粉心的制造方法；方案中采用磷酸、硝酸锌水溶液对磁粉进行表面钝化，选用的绝缘粘结剂为硅酸钠和高岭土，制备出的125μ铁硅铝磁粉心在50oe的直流偏置场性能为42％，在100khz、100mt条件下的磁心损耗约为450mw/cm³；专利cn102982991b公布了一种磁导率为125的铁硅磁心的制备方法；该专利采用传统的磷酸钝化工艺，通过粉末粒度配比，制备出的125μ铁硅粉心在100oe条件下的直流偏置性能约为33％，100khz、50mt条件下的磁心损耗为350mw/cm³。

在升压电感器件设计领域，采用高磁导率的粉心产品，可以进一步降低器件设计的体积。目前，工程技术人员广泛采用高磁导率的软磁粉心产品。随着高功率、高频率的电子电力器件发展趋势，传统的铁硅铝粉心的直流叠加性能偏低，而铁硅粉心损耗水平偏高，无法进一步满足未来电子器件的发展要求，因此，需要进一步开发具备优良软磁性能的粉心产品。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对金属软磁粉心的技术现状，提供一种升压电感用有效磁导率为125的铁硅铝镍软磁粉心及其制备方法。

具体而言，本发明一种有效磁导率为125的铁硅铝镍软磁粉心的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)选用铁硅铝镍磁粉：选用原粉粒度小于200目的铁硅铝镍磁粉，合金成分质量百分比分别为si3.5％～5.5％、al2.0％～4.5％、ni1.0％～3.5％，剩余为fe；

(2)干燥绝缘包覆粉末的制备：以步骤(1)的铁硅铝镍金属磁粉质量作为比例基准，加入质量百分比为0.03％～0.08％的环氧树脂、0.05％～0.1％的sio2粉末、1.0％～2.5％的丙酮以及6.0％～15.0％的水；常温下搅拌均匀，形成均匀的混合浆料；随后，加热至100℃～140℃，并继续保温搅拌；保温结束后，将干燥的绝缘粉末过筛得到绝缘包覆粉末；

(3)制备待成型磁粉：向步骤(2)的绝缘包覆粉末中加入占粉末质量0.2％～0.9％的粘结剂、0.3％～1.0％的脱模剂，混合均匀后，得到待成型的磁粉；

(4)压制成型：用压机将步骤(3)制备的待成型磁粉压制成粉心毛坯件，其中采用的压机压制压强为2300mpa～2800mpa；

(5)热处理：惰性气体保护下，将步骤(4)压制成型的粉心毛坯件在800℃～900℃进行保温，得到半成品磁粉心；

(6)绝缘喷涂：向步骤(5)的半成品磁粉心表面喷涂一层绝缘、耐高温的环氧树脂涂层，获得金属软磁粉心成品。

优选的，步骤(2)所述常温下搅拌时间为15分钟～60分钟，优选20分钟～40分钟。

优选的，步骤(2)加热至100℃～140℃时，继续保温搅拌15分钟～60分钟，优选15分钟～35分钟。

优选的，步骤(3)所述粘结剂选自硅氧烷树脂、酚醛树脂、聚酰胺树脂中的一种或多种。

优选的，步骤(3)所述脱模剂选自硬脂酸锌、硬脂酸钙、滑石粉、云母粉中的一种或多种。

优选的，步骤(5)保温时间为30分钟～120分钟。

优选的，步骤(5)所述惰性气体为氩气、氮气等。

优选的，合金中si质量百分比可选为3.5％、4.0％、4.5％、5.0％、5.5％；al质量百分比可选为2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％；ni质量百分比可选为1.0、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％。

优选的，环氧树脂质量百分比可选为0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％；sio2粉末质量百分比可选为0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％。

优选的，丙酮的质量百分比可选为1.0％～1.5％；水的质量百分比可选为9.0％～12.0％。

优选的，粘结剂的质量百分比可选为0.4％～0.7％。

优选的，脱模剂的质量百分比可选为0.5％～0.8％。

优选的，压机压制压强为2500mpa～2700mpa。

本发明还涉及上述任一项所述方法制备的有效磁导率为125的铁硅铝镍软磁粉心。

优选的，该铁硅铝镍软磁粉心100oe条件下的粉心直流偏置性能高于34％，在50khz、100mt条件下的体积损耗pcv低于340mw/cm³。

本发明还涉及上述任一项所述方法制备的有效磁导率为125的铁硅铝镍软磁粉心在制备升压电感用软磁粉心的用途。

本发明惊喜的发现调节环氧树脂、sio2粉末的用量能够有效提高粉心的性能，并且，调节步骤(4)所述压机压制压强等条件也对产品性能有较大影响。此外，本发明制备方法简便，容易操作和控制，没有采用传统的酸钝化工艺，有效避免了酸性试剂对环境的危害。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为本发明实施例1中铁硅铝镍软磁粉心在0oe～200oe条件下的直流偏置性能变化图；

图2为本发明实施例1中铁硅铝镍软磁粉心在20hz～2mhz条件下的有效磁导率变化图；

图3为本发明实施例2中铁硅铝镍软磁粉心在0oe～200oe条件下的直流偏置性能变化图；

图4为本发明实施例2中铁硅铝镍软磁粉心在20hz～2mhz条件下的有效磁导率变化图；

图5为本发明实施例3中铁硅铝镍软磁粉心在0oe～200oe条件下的直流偏置性能变化图；

图6为本发明实施例3中铁硅铝镍软磁粉心在20hz～2mhz条件下的有效磁导率变化图；

图7为本发明实施例4中铁硅铝镍软磁粉心在0oe～200oe条件下的直流偏置性能变化图；

图8为本发明实施例4中铁硅铝镍软磁粉心在20hz～2mhz条件下的有效磁导率变化图；

图9为本发明实施例5中铁硅铝镍软磁粉心在0oe～200oe条件下的直流偏置性能变化图；

图10为本发明实施例5中铁硅铝镍软磁粉心在20hz～2mhz条件下的有效磁导率变化图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。所描述的实施例及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1

选用原粉粒度为-200目的市售合金成分质量百分比分别为si4.0％、al3.5％、ni2.0％，剩余为fe的铁硅铝镍磁粉1000.0g；然后，加入0.3g的环氧树脂、1.0g的sio2粉末、10.0g的丙酮以及90.0g的水，在常温下搅拌20分钟后，形成均匀的混合浆料；随后，将混合浆料加热至100℃，并保温搅拌35分钟，保温结束后，将干燥的铁硅铝镍绝缘粉末用100目的筛网进行过筛；向过筛后的粉末中加入3.0g的聚酰胺树脂粘结剂和4.0g的滑石粉脱模剂，并混合均匀，得到待成型的磁粉；采用压制压强约为2300mpa将混合均匀的粉末压制成粉心毛坯件，其中，粉心毛坯件为外径33.02mm×内径19.94mm×高度10.67mm的环形粉心；采用氮气作为保护性气体，将压制成型的粉心毛坯件在800℃保温120分钟得到半成品磁粉心；最后，向半成品磁粉表面喷涂一层绝缘、耐高温的环氧树脂涂层，获得金属软磁粉心成品。

在铁硅铝镍金属软磁粉心上采用线径φ1.12mm、线长0.9m的漆包线绕制32匝电感线圈，测量得到的粉心磁电性能如下：

(1)100khz/1v条件下，电感l＝132.64μh；

(2)100khz/1v条件下，品质因数q＝75.73；

(3)100khz条件下直流叠加性能：h＝100oe时，lh/l0＝34.69％；h＝200oe时，lh/l0＝15.29％；

(4)50khz/100mt条件下，铁硅铝镍软磁粉心体积损耗：pv＝320.69mw/cm³。

图1为实施例1中铁硅铝镍软磁粉心在0oe～200oe条件下的直流偏置性能变化图，随着直流偏置场强的增加，粉心的直流偏置性能逐渐降低；在100oe条件下，铁硅铝镍粉心的直流偏置性能达到34.69％，直流偏置性能优异；图2为实施例1中铁硅铝镍软磁粉心在20hz～2mhz条件下的有效磁导率变化图；随着测试频率的增加，铁硅铝镍软磁粉心的有效磁导率一直维持在125附近，具有优良的频率稳定特性。

实施例2

选用原粉粒度为-200目的市售合金成分质量百分比分别为si4.0％、al3.5％、ni2.0％，剩余为fe的铁硅铝镍磁粉1000.0g；然后，加入0.8g的环氧树脂、0.5g的sio2粉末、10.0g的丙酮以及90.0g的水，在常温下搅拌20分钟后，形成均匀的混合浆料；随后，将混合浆料加热至140℃，并保温搅拌15分钟，保温结束后，将干燥的铁硅铝镍绝缘粉末用100目的筛网进行过筛；向过筛后的粉末中加入3.0g的酚醛树脂粘结剂和4.0g的云母粉脱模剂，并混合均匀，采用压制压强约为2500mpa将混合均匀的粉末压制成粉心毛坯件，其中，粉心毛坯件为外径33.02mm×内径19.94mm×高度10.67mm的环形粉心；采用氮气作为保护性气体，将压制成型的粉心毛坯件在850℃保温100分钟得到半成品磁粉心；最后，在半成品磁粉表面喷涂一层绝缘、耐高温的环氧树脂涂层，获得金属软磁粉心成品。

在铁硅铝镍金属软磁粉心上采用线径φ1.12mm、线长0.9m的漆包线绕制32匝电感线圈，测量得到的粉心磁电性能如下：

(1)100khz/1v条件下，电感l＝135.24μh；

(2)100khz/1v条件下，品质因数q＝70.55；

(3)100khz条件下直流叠加性能：h＝100oe时，lh/l0＝34.54％；h＝200oe时，lh/l0＝15.33％；

(4)50khz/100mt条件下，铁硅铝镍软磁粉心体积损耗：pv＝334.48mw/cm³。

图3为实施例2中铁硅铝镍软磁粉心在0oe～200oe条件下的直流偏置性能变化图，随着直流偏置场强的增加，粉心的直流偏置性能逐渐降低；在100oe条件下，铁硅铝镍粉心的直流偏置性能达到34.54％，直流偏置性能优异；图4为实施例2中铁硅铝镍软磁粉心在20hz～2mhz条件下的有效磁导率变化图；随着测试频率的增加，铁硅铝镍软磁粉心的有效磁导率一直维持在125附近，具有优良的频率稳定特性。

实施例3

选用原粉粒度为-200目的市售合金成分质量百分比分别为si4％、al4.5％、ni1.5％，剩余为fe的铁硅铝镍磁粉1000.0g；然后，加入0.5g的环氧树脂、0.7g的sio2粉末、10.0g的丙酮以及90.0g的水，在常温下搅拌20分钟后，形成均匀的混合浆料；随后，将混合浆料加热至120℃，并保温搅拌25分钟，保温结束后，将干燥的铁硅铝镍绝缘粉末用100目的筛网进行过筛；向过筛后的粉末中加入3.0g的硅氧烷树脂粘结剂和4.0g的硬脂酸锌脱模剂，并混合均匀，得到待成型的磁粉；采用压制压强约为2800mpa将混合均匀的粉末压制成粉心毛坯件，其中，粉心毛坯件为外径33.02mm×内径19.94mm×高度10.67mm的环形粉心；采用氮气作为保护性气体，将压制成型的粉心毛坯件在900℃保温100分钟得到半成品磁粉心；最后，在半成品磁粉表面喷涂一层绝缘、耐高温的环氧树脂涂层，获得金属软磁粉心成品。

在铁硅铝镍金属软磁粉心上采用线径φ1.12mm、线长0.9m的漆包线绕制32匝电感线圈，测量得到的粉心磁电性能如下：

(1)100khz/1v条件下，电感l＝129.36μh；

(2)100khz/1v条件下，品质因数q＝85.77；

(3)100khz条件下直流叠加性能：h＝100oe时，lh/l0＝34.90％；h＝200oe时，lh/l0＝15.50％；

(4)50khz/100mt条件下，铁硅铝镍软磁粉心体积损耗：pv＝315.67mw/cm³。

图5为实施例3中铁硅铝镍软磁粉心在0oe～200oe条件下的直流偏置性能变化图，随着直流偏置场强的增加，粉心的直流偏置性能逐渐降低；在100oe条件下，铁硅铝镍粉心的直流偏置性能达到34.90％，直流偏置性能优异；图6为实施例3中铁硅铝镍软磁粉心在20hz～2mhz条件下的有效磁导率变化图；随着测试频率的增加，铁硅铝镍软磁粉心的有效磁导率一直维持在125附近，具有优良的频率稳定特性。

实施例4

选用原粉粒度为-200目的市售合金成分质量百分比分别为si5.5％、al3.0％、ni1.0％，剩余为fe的铁硅铝镍磁粉1000.0g；然后，加入0.6g的环氧树脂、0.7g的sio2粉末、10.0g的丙酮以及150.0g的水，在常温下搅拌60分钟后，形成均匀的混合浆料；随后，将混合浆料加热至110℃，并保温搅拌15分钟，保温结束后，将干燥的铁硅铝镍绝缘粉末用100目的筛网进行过筛；向过筛后的粉末中加入2.0g的硅氧烷树脂粘结剂和3.0g的硬脂酸钙脱模剂，并混合均匀，得到待成型的磁粉；采用压制压强约为2700mpa将混合均匀的粉末压制成粉心毛坯件，其中，粉心毛坯件为外径33.02mm×内径19.94mm×高度10.67mm的环形粉心；采用氩气作为保护性气体，将压制成型的粉心毛坯件在820℃保温120分钟得到半成品磁粉心；最后，在半成品磁粉表面喷涂一层绝缘、耐高温的环氧树脂涂层，获得金属软磁粉心成品。

在铁硅铝镍金属软磁粉心上采用线径φ1.12mm、线长0.9m的漆包线绕制32匝电感线圈，测量得到的粉心磁电性能如下：

(1)100khz/1v条件下，电感l＝133.44μh；

(2)100khz/1v条件下，品质因数q＝87.95；

(3)100khz条件下直流叠加性能：h＝100oe时，lh/l0＝34.84％；h＝200oe时，lh/l0＝15.54％；

(4)50khz/100mt条件下，铁硅铝镍软磁粉心体积损耗：pv＝320.85mw/cm³。

图7为实施例4中铁硅铝镍软磁粉心在0oe～200oe条件下的直流偏置性能变化图，随着直流偏置场强的增加，粉心的直流偏置性能逐渐降低；在100oe条件下，铁硅铝镍粉心的直流偏置性能达到34.84％，直流偏置性能优异；图8为实施例4中铁硅铝镍软磁粉心在20hz～2mhz条件下的有效磁导率变化图；随着测试频率的增加，铁硅铝镍软磁粉心的有效磁导率一直维持在125附近，具有优良的频率稳定特性。

实施例5

选用原粉粒度为-200目的市售合金成分质量百分比分别为si3.5％、al2.0％、ni3.5％，剩余为fe的铁硅铝镍磁粉1000.0g；然后，加入0.6g的环氧树脂、0.7g的sio2粉末、25.0g的丙酮以及60.0g的水，在常温下搅拌60分钟后，形成均匀的混合浆料；随后，将混合浆料加热至100℃，并保温搅拌60分钟，保温结束后，将干燥的铁硅铝镍绝缘粉末用100目的筛网进行过筛；向过筛后的粉末中加入9.0g的酚醛树脂粘结剂和10.0g的硬脂酸锌脱模剂，并混合均匀，得到待成型的磁粉；采用压制压强约为2800mpa将混合均匀的粉末压制成粉心毛坯件，其中，粉心毛坯件为外径33.02mm×内径19.94mm×高度10.67mm的环形粉心；采用氩气作为保护性气体，将压制成型的粉心毛坯件在900℃保温30分钟得到半成品磁粉心；最后，在半成品磁粉表面喷涂一层绝缘、耐高温的环氧树脂涂层，获得金属软磁粉心成品。

在铁硅铝镍金属软磁粉心上采用线径φ1.12mm、线长0.9m的漆包线绕制32匝电感线圈，测量得到的粉心磁电性能如下：

(1)100khz/1v条件下，电感l＝130.36μh；

(2)100khz/1v条件下，品质因数q＝82.77；

(3)100khz条件下直流叠加性能：h＝100oe时，lh/l0＝34.65％；h＝200oe时，lh/l0＝15.49％；

(4)50khz/100mt条件下，铁硅铝镍软磁粉心体积损耗：pv＝322.35mw/cm³。

图9为实施例5中铁硅铝镍软磁粉心在0oe～200oe条件下的直流偏置性能变化图，随着直流偏置场强的增加，粉心的直流偏置性能逐渐降低；在100oe条件下，铁硅铝镍粉心的直流偏置性能达到34.65％，直流偏置性能优异；图10为实施例5中铁硅铝镍软磁粉心在20hz～2mhz条件下的有效磁导率变化图；随着测试频率的增加，铁硅铝镍软磁粉心的有效磁导率一直维持在125附近，具有优良的频率稳定特性。