CN119028689A - 一种非晶磁粉心的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁性材料技术领域，具体涉及一种非晶磁粉心的制备方法，包括如下步骤：（1）制备Fe₃O₄纳米颗粒；（2）将FeSiBCCr非晶粉末置于Fe₃O₄纳米颗粒和乙醇的悬浊液中进行钝化处理，得到钝化的FeSiBCCr非晶粉末；（3）将钝化的FeSiBCCr非晶粉末置于有机硅树脂和有机溶剂的混合溶液中进行绝缘包覆处理，充分搅拌并烘干后得到成品粉末；（4）在成品粉末中加入润滑剂，混合均匀后放入模具，绕其纵轴旋转，并在旋转过程中施加磁场后，再进行压制，经退火后，所得非晶磁粉心在100mT、50kHz测试条件下的损耗最低可达125.99kW/m³，磁导率最高可到46.96，100Oe条件下的直流偏置超过90%。

Description

一种非晶磁粉心的制备方法

技术领域

本发明涉及磁性材料技术领域，具体涉及一种非晶磁粉心的制备方法。

背景技术

随着物联网、通信技术以及新能源汽车等领域的飞速发展，以一体成型电感为代表的电子元器件不断向小型化、高频化和节能化的方向发展。作为电子元器件的重要组成部分，软磁材料也被提出了更高的要求。与传统晶态软磁材料相比，非晶合金由于其较高的饱和磁感应强度、高电阻率和低矫顽力等特点，被认为是制备高性能一体成型电感的理想材料。

目前非晶合金粉末制备方法主要有机械球磨法、机械破碎法以及雾化法。公开号为CN118039281A的专利公布了一种铁基非晶磁粉心制备方法，需要采用磷酸包覆处理，工艺较复杂，而且，其中的非晶粉末由非晶带材破碎得到，这种粉末形貌多为不规则薄块状，存在尖角，压制时容易破坏包覆层，不利于电感的制备，最终材料在50kHz、0.1T条件下的损耗达到320mW/cm³以上，性能较差。公开号为CN118116682A的专利公开了一种高磁导率低损耗复合磁粉芯及其制备方法，但其重点在于解决片状非晶粉的压制成型问题，通过控制铁基片状非晶粉与磁粉芯压制方向的夹角，提升压制密度，而球形非晶粉末不存在夹角控制问题，该发明也不涉及Fe₃O₄包覆和颗粒配比设计。

绝缘包覆是降低非晶磁粉心高频损耗的有效手段。按照是否具有磁性，绝缘剂包覆材料主要分为两种类型：非磁性材料和磁性材料，非磁性绝缘包覆剂主要分为盐酸类和有机树脂类，非磁性绝缘包覆剂的引入可以减少损耗，但会牺牲磁导率。目前，具有较高磁导率和电阻率的磁性材料成为非晶合金粉末的理想绝缘包覆材料。公开号为CN117650006A的专利公布了一种有机-无机绝缘包覆铁基复合软磁粉心的制备方法，其中无机包覆材料Fe₃O₄具有高磁导率、高电阻率，但是制备工艺较复杂，不适用于工业领域的规模化生产。另外非晶合金粉末的硬度高，磁粉心成型过程中高压制压力产生的内应力会导致损耗升高。因此如何实现低压高密度成型，是制备高性能一体成型电感器件的关键技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种非晶磁粉心的制备方法。采用如下技术方案：本发明公开了一种非晶磁粉心的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)：制备Fe₃O₄纳米颗粒，Fe₃O₄纳米颗粒的粒径为55-150nm；

步骤(2)：将粒径为10-15µm的FeSiBCCr非晶粉末置于Fe₃O₄纳米颗粒和乙醇的悬浊液中进行钝化处理，处理后得到钝化的FeSiBCCr非晶粉末；

其中，FeSiBCCr非晶粉末为采用多级雾化法制得的球型非晶粉末；

其中，以FeSiBCCr非晶粉末和Fe₃O₄纳米颗粒的总质量为计算基础，FeSiBCCr非晶粉末质量占比为95-99wt%，Fe₃O₄纳米颗粒质量占比为1-5wt%，乙醇质量占比为5-10wt%；

步骤(3)：将钝化的FeSiBCCr非晶粉末置于有机硅树脂和有机溶剂的混合溶液中进行绝缘包覆处理，充分搅拌并烘干后得到成品粉末；

步骤(4)：在成品粉末中加入润滑剂，混合均匀后放入模具中，密封模具后绕其纵轴旋转，在旋转过程中垂直于纵轴施加0.5-3.5T的静磁场，再进行压制，压制成型压力为350-600MPa，经退火后，得到铁基非晶磁粉心。

其中，步骤(1)中，将FeCl₃·6H₂O溶于乙二醇和二乙二醇混合溶液中，待溶质完全溶解后向反应液中先后加入乙酸钠和聚乙二醇，搅拌后将反应液转入反应釜中并置于箱式炉中加热；冷却后将产物用磁铁分离，依次用乙醇和蒸馏水洗涤；最后将剩余的磁性颗粒置于真空干燥箱中干燥，即可得到所需Fe₃O₄纳米颗粒；

优选的，所述FeCl₃·6H₂O、乙二醇和二乙二醇质量体积比为1-4g：10-40ml：0-30ml，FeCl₃·6H₂O、乙酸钠和聚乙二醇的质量比为1-4：1-5：1-3，水热处理条件为150-250℃下加热5-10h。

优选的，所述FeCl₃·6H₂O、乙二醇和二乙二醇质量体积比为2-3g：20-30ml：10-20ml，FeCl₃·6H₂O、乙酸钠和聚乙二醇的质量比为2-3：2-4：1.5-2，水热处理条件为180-200℃下加热6-9h。

优选的，FeSiBCCr非晶粉末按照各元素原子百分比的成分构成为Fe₇₃Si₁₀B₁₀C₅Cr₂。

优选的，所述Fe₃O₄纳米颗粒的粒径为60-140nm，优选为70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm或130nm，FeSiBCCr非晶粉末的粒径为10-15µm，优选为11µm、12µm、13µm或14µm。

优选的，步骤(2)中，FeSiBCCr非晶粉末置于Fe₃O₄纳米颗粒和乙醇的悬浊液中进行钝化处理，以FeSiBCCr非晶粉末和Fe₃O₄纳米颗粒的总质量为计算基础，FeSiBCCr非晶粉末质量占比为96-98wt%，优选为96.5wt%、97wt%或97.5wt%，Fe₃O₄纳米颗粒质量占比为2-4wt%，优选为2.5wt%、3wt%或3.5wt%，乙醇质量占比为6-9wt%，优选为6.5wt%、7wt%、7.5wt%、8wt%或8.5wt%。

优选的，步骤(3)中，以钝化后的FeSiBCCr非晶粉末总质量为计算基础，所述步骤(3)中有机硅树脂的质量占比为2-5wt%，有机溶剂为乙醇，所用乙醇的质量占比为5-10wt%；

优选的，步骤(3)中，以钝化后的FeSiBCCr非晶粉末总质量为计算基础，所述步骤(3)中有机硅树脂的质量占比为2.5-4.5wt%，有机溶剂为乙醇，所用乙醇的质量占比为6-9wt%。

优选的，所述步骤(4)中，润滑剂为硬脂酸钡，润滑剂用量为混合粉末质量的0.3-0.5wt%；

优选的，所述步骤(4)中，润滑剂为硬脂酸钡，润滑剂用量为混合粉末质量的0.35-0.45wt%。

优选的，所述步骤(4)中，模具旋转速度为20-60r/min，旋转时间为1-5h，在旋转过程中垂直于纵轴施加0.7-3.2T的静磁场，最后进行压制，压制压力为380-580MPa；

优选的，所述步骤(4)中，模具旋转速度为35-55r/min，旋转时间为1.5-4h，施加磁场强度为1-3T，压制成型压力为400-550MPa；

优选的，所述步骤(4)中，模具旋转速度为40r/min、45r/min或50r/min，旋转时间为2h、2.5h、3h或3.5h，施加磁场强度为1.5T、2T或2.5T，压制成型压力为420MPa、450MPa、480MPa、500MPa或520MPa。

优选的，所述步骤(4)中，去应力退火温度为350-450℃，保温时间为60-150min，升温速率为7-12℃/min。

本发明具有如下有益效果：

本发明采用多级雾化法制得的球型非晶粉末，包覆时的包覆层更均匀，且压制时不会破坏包覆层；采用水热法制备Fe₃O₄纳米颗粒的方法，制备工艺简单，无毒，适用于工业规模生产；其中Fe₃O₄纳米颗粒纯度和结晶度高，具有高饱和磁化强度（92emu/g以上），有利于提高磁导率和直流偏置性能；在压制前，将装有成品粉末的模具旋转，同时施加静磁场，能够使粉末流动性和均匀性提高，粉末间能够相互填充空隙，降低了材料压制的内应力，实现了高密度的低压成型，进一步的，所得非晶磁粉心在100mT、50kHz测试条件下的损耗最低可达125.99kW/m³，磁导率最高可到46.96，100Oe条件下的直流偏置超过90%。

附图说明

图1为FeSiBCCr非晶粉末扫描电镜图；

图2为实施例和对比例的磁导率与频率之间的变化关系图；

图3为100mT测试条件下实施例与对比例的损耗与频率之间的变化关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明提供的非晶包覆材料、非晶粉心材料及其制备方法进行进一步详细说明。

实施例1如下：

本发明的一种非晶磁粉心的制备方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤(1)：称取1.35gFeCl₃·6H₂O溶于10ml乙二醇和20mL二乙二醇的混合溶液中，待溶质完全溶解后向反应液中先后加入3.6g乙酸钠和1.0g聚乙二醇，在60℃条件下磁力搅拌30min后将反应液转入高压反应釜中，并置于箱式炉中在200℃下热处理8h；冷却后将产物用磁铁分离，依次用乙醇和蒸馏水洗涤；最后将剩余的磁性颗粒置于真空干燥箱60℃中干燥6h，即可得到所需Fe₃O₄纳米颗粒；

步骤(2)：采用多级雾化法制得的球型FeSiBCCr非晶粉末，形貌见图1，称取99.0gFeSiBCCr非晶粉末置于1.0gFe₃O₄纳米颗粒和6g乙醇的悬浊液中进行钝化处理，得到钝化的FeSiBCCr非晶粉末；

步骤(3)：称取100g钝化的FeSiBCCr非晶粉末置于有机硅树脂和乙醇的混合溶液中进行绝缘包覆处理，绝缘包覆处理所用的有机硅树脂占钝化非晶粉末的4wt%，乙醇占钝化非晶粉末的10wt%，充分搅拌并烘干后得到成品粉末；

步骤(4)：在成品粉末中加入0.3wt%的硬脂酸钡置于模具中，并绕纵轴以25r/min的速度旋转4h，同时垂直于纵轴施加1.5T的磁场，再在400MPa的压力下制得外径为14mm、内径为8mm的环形材料；

步骤(5)：将上述材料在400℃下进行100min的去应力退火处理后，得到非晶粉心。

实施例2如下：

本发明的一种非晶磁粉心的制备方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤(1)：称取1.35gFeCl₃·6H₂O溶于10ml乙二醇和20mL二乙二醇的混合溶液中，待溶质完全溶解后向反应液中先后加入3.6g乙酸钠和1.0g聚乙二醇，在60℃条件下磁力搅拌30min后将反应液转入高压反应釜中并置于箱式炉中在200℃下热处理8h；冷却后将产物用磁铁分离，依次用乙醇和蒸馏水洗涤；最后将剩余的磁性颗粒置于真空干燥箱60℃中干燥6h，即可得到所需Fe₃O₄纳米颗粒；

步骤(2)：采用多级雾化法制得的球型FeSiBCCr非晶粉末，称取98.0gFeSiBCCr非晶粉末置于2.0gFe₃O₄纳米颗粒和8g乙醇的悬浊液中进行钝化处理，得到钝化的FeSiBCCr非晶粉末；

步骤(3)：称取100g钝化的FeSiBCCr非晶粉末置于有机硅树脂和乙醇的混合溶液中进行绝缘包覆处理，绝缘包覆处理所用的有机硅树脂占钝化非晶粉末的3wt%，乙醇占钝化非晶粉末的8wt%，充分搅拌并烘干后得到成品粉末；

步骤(4)：在成品粉末中加入0.4wt%的硬脂酸钡置于模具中，并绕纵轴以30r/min的速度旋转3h，同时垂直于纵轴施加2T的磁场，再在580MPa的压力下制得外径为14mm、内径为8mm的环形材料；

步骤(5)：将上述材料在450℃下进行120min的去应力退火处理后，得到非晶粉心。

实施例3如下：

本发明的一种非晶磁粉心的制备方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤(1)：称取1.35gFeCl₃·6H₂O溶于10ml乙二醇和20mL二乙二醇的混合溶液中，待溶质完全溶解后向反应液中先后加入3.6g乙酸钠和1.0g聚乙二醇，在60℃条件下磁力搅拌30min后将反应液转入高压反应釜中并置于箱式炉中在200℃下热处理8h；冷却后将产物用磁铁分离，依次用乙醇和蒸馏水洗涤；最后将剩余的磁性颗粒置于真空干燥箱60℃中干燥6h，即可得到所需Fe₃O₄纳米颗粒；

步骤(2)：采用多级雾化法制得的球型FeSiBCCr非晶粉末，称取97.0gFeSiBCCr非晶粉末置于3.0gFe₃O₄纳米颗粒和8g乙醇的悬浊液中进行钝化处理，得到钝化的FeSiBCCr非晶粉末；

步骤(3)：称取100g钝化的FeSiBCCr非晶粉末置于有机硅树脂和乙醇的混合溶液中进行绝缘包覆处理，绝缘包覆处理所用的有机硅树脂占钝化非晶粉末的2wt%，乙醇占钝化非晶粉末的8wt%，充分搅拌并烘干后得到成品粉末；

步骤(4)：在成品粉末中加入0.5wt%的硬脂酸钡置于模具中，并绕纵轴以40r/min的速度旋转3.5h，同时垂直于纵轴施加1T的磁场，再在500MPa的压力下制得外径为14mm、内径为8mm的环形材料；

步骤(5)：将上述材料在400℃下进行150min的去应力退火处理后，得到非晶粉心。

实施例4如下：

本发明的一种非晶磁粉心的制备方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤(1)：称取1.35gFeCl₃·6H₂O溶于10ml乙二醇和20mL二乙二醇的混合溶液中，待溶质完全溶解后向反应液中先后加入3.6g乙酸钠和1.0g聚乙二醇，在60℃条件下磁力搅拌30min后将反应液转入高压反应釜中并置于箱式炉中在200℃下热处理8h；冷却后将产物用磁铁分离，依次用乙醇和蒸馏水洗涤；最后将剩余的磁性颗粒置于真空干燥箱60℃中干燥6h，即可得到所需Fe₃O₄纳米颗粒；

步骤(2)：采用多级雾化法制得的球型FeSiBCCr非晶粉末，称取96.0g FeSiBCCr非晶粉末置于4.0g Fe₃O₄纳米颗粒和9g乙醇的悬浊液中进行钝化处理，得到钝化的FeSiBCCr非晶粉末；

步骤(3)：称取100g钝化的FeSiBCCr非晶粉末置于有机硅树脂和乙醇的混合溶液中进行绝缘包覆处理，绝缘包覆处理所用的有机硅树脂占钝化非晶粉末的5wt%，乙醇占钝化非晶粉末的10wt%，充分搅拌并烘干后得到成品粉末；

步骤(4)：在成品粉末中加入0.35wt%的硬脂酸钡置于模具中，并绕纵轴以50r/min的速度旋转4.5h，同时垂直于纵轴施加2.5T的磁场，再在420MPa的压力下制得外径为14mm、内径为8mm的环形材料；

步骤(5)：将上述材料在350℃下进行60min的去应力退火处理后，得到非晶粉心。

对比例1如下：

对比例1与实施例4的区别仅在于FeSiBCCr非晶粉末未被Fe₃O₄纳米颗粒包覆。

对比例2如下：

对比例2与实施例3的区别仅在于成品粉末中加入0.6wt%的硬脂酸钡后，不经过磁场处理，直接在常温500MPa的压力下进行压制。

本发明利用扫描电镜对FeSiBCCr非晶粉末形貌进行观察，结果如图1所示，多级雾化法制备的FeSiBCCr非晶粉末呈规则的球型。

经测试，从图2可知，实施例所得磁粉心在1V、100kHz测试条件下的有效磁导率明显高于对比例，最大可达到46.96，从图3可知，在100mT、50kHz测试条件下的损耗明显低于对比例，最低可达到125.99kW/m³，从表1可知，在100Oe测试条件下的直流叠加性能明显高于对比例，最高可达到92.08%。

表1为实施例与对比例直流叠加性能结果

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非晶磁粉心的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：制备Fe₃O₄纳米颗粒，Fe₃O₄纳米颗粒的粒径为55-150nm；

步骤(2)：将粒径为10-15µm的FeSiBCCr非晶粉末置于Fe₃O₄纳米颗粒和乙醇的悬浊液中进行钝化处理，处理后得到钝化的FeSiBCCr非晶粉末；

其中，FeSiBCCr非晶粉末为采用多级雾化法制得的球型非晶粉末；

其中，以FeSiBCCr非晶粉末和Fe₃O₄纳米颗粒的总质量为计算基础，FeSiBCCr非晶粉末质量占比为95-99wt%，Fe₃O₄纳米颗粒质量占比为1-5wt%，乙醇质量占比为5-10wt%；

步骤(3)：将钝化的FeSiBCCr非晶粉末置于有机硅树脂和有机溶剂的混合溶液中进行绝缘包覆处理，充分搅拌并烘干后得到成品粉末；

步骤(4)：在成品粉末中加入润滑剂，混合均匀后放入模具中，密封模具后绕其纵轴旋转，在旋转过程中垂直于纵轴施加0.5-3.5T的静磁场，再进行压制，压制成型压力为350-600MPa，经退火后，得到铁基非晶磁粉心。

2.如权利要求1所述的一种非晶磁粉心的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将FeCl₃·6H₂O溶于乙二醇和二乙二醇混合溶液中，待溶质完全溶解后向反应液中先后加入乙酸钠和聚乙二醇，搅拌后将反应液转入反应釜中并置于箱式炉中加热，冷却后将产物用磁铁分离，依次用乙醇和蒸馏水洗涤；最后将剩余的磁性颗粒置于真空干燥箱中干燥，即可得到所需Fe₃O₄纳米颗粒。

3.如权利要求2所述的一种非晶磁粉心的制备方法，其特征在于，所述FeCl₃·6H₂O、乙二醇和二乙二醇质量体积比为1-4g：10-40ml：0-30ml，FeCl₃·6H₂O、乙酸钠和聚乙二醇的质量比为1-4：1-5：1-3，水热处理条件为150-250℃下加热5-10h。

4.如权利要求1所述的一种非晶磁粉心的制备方法，其特征在于，所述FeSiBCCr非晶粉末按照各元素原子百分比的成分构成为Fe₇₃Si₁₀B₁₀C₅Cr₂。

5.如权利要求1所述的一种非晶磁粉心的制备方法，其特征在于，所述Fe₃O₄纳米颗粒的粒径为60-140nm，FeSiBCCr非晶粉末的粒径为10-15µm。

6.如权利要求1所述的一种非晶磁粉心的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，FeSiBCCr非晶粉末置于Fe₃O₄纳米颗粒和乙醇的悬浊液中进行钝化处理，以FeSiBCCr非晶粉末和Fe₃O₄纳米颗粒的总质量为计算基础，FeSiBCCr非晶粉末质量占比为96-98wt%，Fe₃O₄纳米颗粒质量占比为2-4wt%，乙醇质量占比为6-9wt%。

7.如权利要求1所述的一种非晶磁粉心的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，以钝化后的FeSiBCCr非晶粉末总质量为计算基础，所述步骤(3)中有机硅树脂的质量占比为2-5wt%，有机溶剂为乙醇，所用乙醇的质量占比为5-10wt%。

8.如权利要求1所述的一种非晶磁粉心的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，润滑剂为硬脂酸钡，润滑剂用量为混合粉末质量的0.3-0.5wt%。

9.如权利要求1所述的一种非晶磁粉心的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，模具旋转速度为20-60r/min，旋转时间为1-5h，旋转过程中施加的磁场为0.7-3.2T，压制压力为380-580MPa。

10.如权利要求1所述的一种非晶磁粉心的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，去应力退火温度为350-450℃，保温时间为60-150min，升温速率为7-12℃/min。