CN100431745C - 一种软磁合金粉的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于精密合金领域，涉及软磁合金粉的制造方法。本发明所述的一种软磁合金粉的制造方法，其工艺步骤包括：软磁母合金的熔炼、熔融金属快速凝固成晶态片状合金、片状合金破碎成合金粉末、合金粉末活化退火处理和合金粉末钝化处理。其特点是采用速凝技术直接获得晶态软磁合金薄片，易于加工破碎制粉，无须再进行晶化处理即可直接进行破碎制粉；而且具有纳米晶、微晶、细晶的晶态组织，其磁性能可以大大地提高，可以提高粉芯的性能。该方法制造的软磁合金粉氧含量低，性能稳定，并且磁粉芯性能好。

Description

一种软磁合金粉的制造方法

技术领域

本发明属于精密合金领域，涉及软磁合金粉的制造方法。

背景技术

软磁合金粉是通讯、雷达、电视、电源等技术中电感滤波器、调频扼流圈及开关电源铁芯等的关键材料。磁粉的性能和制造成本直接影响到电子设备的性能和成本，因此性能稳定、制造成本低、并具有低矫顽力、高磁导率及高品质因数的磁粉制备工艺是磁粉应用的关键。

现有软磁合金粉的制造方法一般为熔融合金铸锭破碎法、熔融合金雾化法、熔融合金快淬非晶带晶化制粉法等，这些工艺有的制备工艺路线长、规模小、成本高，有的因为工艺本身的局限使合金粉颗粒内部氧含量高从而降低磁粉的性能，影响了磁粉芯的应用。

日本专利特开平9-74011公开了一种惰性气体雾化法制备Fe-Si-Al软磁合金粉的方法，该方法是将熔融的高温金属液铸入高压惰性气流束中，利用高压、高速气流束对液态合金进行分散和冷却，并得到合金粉末。该工艺由于采用惰性气体对液态合金进行雾化，可以在一定程度上降低合金粉颗粒内部的氧含量，但降低量有限。另外大量惰性气体的使用势必提高生产成本，并影响磁粉的价格。此外气体雾化法得到的粉末一般为球形或椭球形粉，这种粉不利提高粉芯的压实密度，从而对提高粉芯的磁导率和饱和磁感强度不利。

日本专利特开平9-125108公开了一种水雾化法制备软磁合金粉的方法。水雾化法是将熔融合金铸入高压、高速水流束中，利用水流束对高温液态金属进行分散和冷却，并得到合金粉末。该方法可以得到适合提高粉芯压实密度的不规则的扁形粉，但由于水雾化法会提高粉末的氧含量，从而影响磁粉的磁性能。

中国专利03114866.2公开了一种熔融合金铸锭破碎法制备软磁粉的方法。该方法主要流程是将熔炼的母合金浇铸成合金锭，然后对合金锭进行粗破碎、热处理、细破碎、退火热处理等。该工艺由于是采用的铸造合金锭，由于合金冷却强度低，因此合金中晶粒尺度大。大晶粒粉的电阻率低，这种合金粉制造的粉芯涡流损耗大、品质因数低。此外，该制粉工艺流程长，需要经过多次的加热处理，因此制造成本相对也会高。同时由于多次的加热处理都会增加合金的含氧量，这对得到高性能的磁粉都是不利的。

中国专利03117200.8公开了一种快淬非晶带制备软磁合金粉的方法。该方法是将铁基材料熔炼成合金锭，再将合金锭重熔快淬成非晶薄带，由于非晶材料的强韧性好，不能破碎成粉末，因此需要进行高温晶化处理，使合金从非晶态转化为容易破碎的晶态，再进行破碎制粉。该工艺除了需要进行高温晶化处理增加制备费用外，其生产规模也因快淬非晶带制备工艺的限制，生产规模小，成本高，很难保证规模化制造粉末性能的一致性。

发明内容

本发明的目的是提供一种能降低磁粉颗粒内部氧含量，同时又能规模化、低成本地制造具有纳米晶、微晶或细晶结构的高性能软磁合金粉的制造方法。

本发明所述的软磁合金粉为铁系、铁硅系、铁铝系、铁镍系、铁硅铝系、铁钴系、铁铬系或铁镍钼系的软磁合金粉。

针对上述目的，本发明所述的一种软磁合金粉的制造方法，其工艺步骤包括：软磁母合金的熔炼、熔融金属快速凝固成晶态片状合金、片状合金破碎成合金粉末、合金粉末活化退火处理和合金粉末钝化处理。现分述如下：

(1)软磁母合金熔炼

软磁母合金熔炼采用中频电磁感应熔炼炉、电阻加热熔炼炉、等离子熔炼炉或电弧熔炼炉中任一种熔炼炉进行熔炼，熔炼气氛为真空或非氧化性气氛。

(2)熔融金属快速凝固成晶态片状合金

将经熔炼炉熔炼好的软磁母合金的熔融体迅速浇铸在旋转的金冷却辊表面，使软磁母合金熔融体快速凝固成晶态片状合金；金属冷却辊为单辊冷却辊或两个旋转方向相反的双冷却辊，冷却辊内有冷却水。金属冷却辊表面线速度为2-20米/秒，快速凝固成的晶态片状合金的片状厚度小于1.5毫米。晶态片状合金的晶粒状态为纳米晶或微晶或细晶态，晶化率大于80％。

(3)片状合金破碎成合金粉末

快速凝固成晶态的片状合金不再需经过晶化处理即可直接进行破碎制粉。将快速凝固成的片状合金在研磨机上破碎成合金粉末，合金粉末的粒度范围为-400目的大于50％。

(4)合金粉末活化退火处理

将经过破碎处理的合金粉末在热处理炉中在非氧化气氛或还原性气氛下进行活化退火处理，处理温度为在400～800℃，处理时间为0.5～6小时；合金粉末活化退火处理的目的是为了消除制粉过程中产生的加工应力，同时使合金粉的表面活化，已利于随后的合金粉末钝化处理。

(5)合金粉末钝化处理

将经活化退火处理的合金粉末与事先配制好的钝化剂混合均匀，进行钝化处理，并静置0.5～4小时后进行烘干，烘干后即成为本发明所述的软磁合金粉。

钝化剂为重铬酸盐系或磷酸盐系氧化钝化剂中的一种或任两种之和。

为了便于测量软磁合金粉的磁性能，将云母粉加入软磁合金粉中一起放入混合器中混匀，再加入润滑剂和调制好的绝缘粘接剂搅拌混匀后烘干并造粒，在20吨/cm²的压力下压制成φ13Xφ8X5mm的粉环，并进行热处理，即可测量软磁合金粉的磁性能。

晶态片状合金的的氧含量低于300ppm，最终软磁合金粉的氧含量低于1200ppm。

采用本发明所述的制造方法所生产的软磁合金粉可用于制造软磁合金的磁粉芯等，但不限于这种应用。

与现有软磁合金粉制造方法相比，本发明具有以下优点：

(1)采用本发明快速凝固直接制取晶态合金片技术，可以得到具有高性能软磁特性的纳米晶、微晶、细晶态软磁合金片，这种晶态的合金片易于加工破碎制粉，而且是具有纳米晶、微晶、细晶态的软磁合金粉，其磁性能可大大提高，进而可以提高磁粉芯性能，在频率50kHz下，磁导率可达173.5，品质因素34.6。现有的快淬法是首先制备非晶带，然后进行晶化热处理，再破碎制成软磁合金粉的工艺，由于工艺本身的限制，一是生产规模小，二是只能在非真空下进行，合金氧含量较高，影响磁粉的性能，此外由于非晶的强韧性，不易破碎，因此必须经过晶化热处理得到纳米晶或微晶，由此也延长了生产工序，增加了设备的投入。

(2)利用合金粉退火热处理的同时，完成合金粉表面活化，减少合金粉的高温加热次数，缩短了热处理时间，既减少了合金粉高温氧化机会，同时也减少了能源消耗。现有的铸锭破碎制粉工艺，合金的晶粒粗大，合金需要经过多道次分级破碎程序后才能够变成细粉，由于破碎过程中的加工硬化，使破碎效率降低，因此需要进行多次热处理消除应力，才能继续破碎。而采用本发明的速凝合金片工艺可以直接得到纳米晶、微晶或细晶态薄片，该薄片可以一次破碎直接磨粉，不需要重复进行热处理，由此可以带来多项效益。

(3)本发明的方法中合金熔炼和铸造速凝片过程可以在真空或非氧化性气氛中操作，工艺适应性广，生产规模大，并适合连续生产。特别是在真空或非氧化性气氛下操作时，既可以在熔炼及铸造过程中保护液态合金在高温下不因氧化而增氧，同时还可以在熔炼的过程中对合金进行精炼及脱气，减少合金中的氧及气体夹杂，有利提高合金的纯度，对提高合金粉的性能十分有利。

(4)与现有工艺方法相比，本发明的方法缩短了软磁合金粉的制造工艺流程，减少了辅助材料的消耗，减少了磁粉的二次污染机会，降低粉末颗粒内部的含氧量，有利提高磁粉的性能，并降低制造成本。

具体实施方式

采用本发明所述的制造方法，生产了三批软磁合金粉，三批软磁合金粉的合金牌号及化学成分如表1所示。按照其化学成分进行配料，然后将配料加入熔炼炉进行熔炼，所选用的熔炼炉类型及熔炼气氛如表2所示。合金熔清后，静置3分钟，再给熔炼炉送电加热钢水，同时按工艺条件设定的冷却辊表面的线速度，调整好冷却辊转速，钢水到达浇注温度后开始浇铸，浇铸时钢水通过有加热装置的中间包到达冷却辊辊面，控制钢水流速，保持快速凝固成晶态片状合金的厚度和钢水冷却强度，钢水通过辊面冷却成片状后与辊面自动分离并进入集料器内，冷却辊表面的线速度以及所得的快速凝固成晶态片状合金的片状厚度、晶化率和含氧量如表2所示。随后将所得的速凝合金片进行破碎和研磨制粉。所得粉末在管式真空炉内进行活化退化热处理，其活化退化热处理的参数如表3所示。经活化退化热处理的粉末再与选配的钝化剂混合均匀，进行钝化处理，并静置一定时间后烘干，即成为本发明所述软磁合金粉，所选配的钝化剂、混合均匀后的静置时间及最终所得软磁合金粉的粒度列入表3中。将上述钝化处理后的软磁合金粉与云母粉一起放入混合器中混匀，再加入润滑剂和调制好的绝缘粘接剂搅拌混匀后烘干并造粒，在20吨/cm²的压力下压制成φ13Xφ8X5mm的粉环，便于测量软磁合金粉的磁性能，三批软磁合金粉的测量结果分别如表4、表5、表6所示。每个批号的软磁合金粉均测量3个样品的磁性能。

表1实施例合金牌号及化学成分(wt％)

表2实施例熔炼炉类型和熔炼气氛以及速凝合金片参数

表3实施例活化退火处理和钝化处理参数

表4实施例批号1软磁合金粉的磁性能

表5实施例批号2软磁合金粉的磁性能

表6实施例批号3磁合金粉的磁性能

Claims (8)

1、一种软磁合金粉的制造方法，其特征在于它的工艺步骤包括：软磁母合金的熔炼、熔融金属快速凝固成晶态片状合金、片状合金破碎成合金粉末、合金粉末活化退火处理和合金粉末钝化处理：

(1)软磁母合金熔炼

软磁母合金熔炼采用中频电磁感应熔炼炉、电阻加热熔炼炉、等离子熔炼炉或电弧熔炼炉中任一种熔炼炉进行熔炼，熔炼气氛为真空或非氧化性气氛；

(2)熔融金属快速凝固成晶态片状合金

将经熔炼炉熔炼好的软磁母合金的熔融体迅速浇铸在旋转的金属冷却辊表面，使软磁母合金熔融体快速凝固成晶态片状合金，金属冷却辊表面线速度为2-20米/秒；

(3)片状合金破碎成合金粉末

将快速凝固成的片状合金在研磨机上破碎成合金粉末；

(4)合金粉末活化退火处理

将经过破碎处理的合金粉末在热处理炉中在非氧化气氛或还原性气氛下进行活化退火处理，处理温度为在400～800℃，处理时间为0.5～6小时；

(5)合金粉末钝化处理

将经活化退火处理的合金粉末与事先配制好的钝化剂混合均匀，进行钝化处理，并静置0.5～4小时后进行烘干，烘干后即成为软磁合金粉。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于软磁合金粉为铁系、铁硅系、铁铝系、铁镍系、铁硅铝系、铁钴系、铁铬系或铁镍钼系的软磁合金粉。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于冷却辊为单辊冷却辊或两个旋转方向相反的双辊冷却辊中的一种。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于快速凝固成的晶态片状合金的片状厚度小于1.5毫米。

5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于晶态片状合金的晶粒状态为纳米晶或微晶或细晶态，晶化率大于80％。

6.根据权利要求1或3所述的制造方法，其特征在于晶态片状合金的氧含量低于300ppm，最终软磁合金粉的氧含量低于1200ppm。

7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于钝化剂为重铬酸盐系、磷酸盐系氧化钝化剂中的一种或任两种之和。

8.一种由权利要求1或2所述的制造方法制备的软磁合金粉，其特征在于该软磁合金粉用于制造磁粉芯。