本發(fā)明屬于金屬材料粉末冶金制造領(lǐng)域，具體涉及一種非晶或納米晶軟磁磁粉芯的制備方法。

背景技術(shù)：

金屬磁粉芯是采用粉末冶金工藝，將金屬軟磁粉末經(jīng)表面絕緣處理并與絕緣介質(zhì)、粘結(jié)劑混合后壓制而成的具有磁電轉(zhuǎn)換功能的軟磁功能材料。由于磁粉粒度很小，又被非磁性電絕緣膜物質(zhì)隔開，因此可以隔絕渦流，適用于較高頻率；由于顆粒之間的間隙效應(yīng)，使得材料具有低導(dǎo)磁率及恒導(dǎo)磁特性；同時(shí)由于顆粒尺寸小，基本上不發(fā)生集膚現(xiàn)象，故而材料的磁導(dǎo)率隨頻率的變化較為穩(wěn)定；而且磁粉芯還保持了金屬軟磁材料良好的軟磁特性如具有較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、較低矯頑力等的特點(diǎn)。因此金屬磁粉芯作為電感濾波器、遏流線圈而廣泛應(yīng)用于電子通訊、雷達(dá)、電源開關(guān)等領(lǐng)域，已經(jīng)成為軟磁材料重要的組成部分。

非晶或納米晶軟磁材料是一種新型磁性材料，具有許多獨(dú)特的性能，如優(yōu)異的軟磁性能、好的耐蝕性、高耐磨性、高強(qiáng)度、高硬度、高韌性和較高的電阻率等。相對于采用非晶或納米晶軟磁帶材繞制的器件，采用非晶或納米晶軟磁磁粉制備磁粉芯能夠一次成形具有3D形狀的器件，其生產(chǎn)效率高、尺寸精度高，而且非晶或納米晶軟磁磁粉芯在具備這些優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，以更高的電阻率、更低的渦流損耗，在高頻應(yīng)用領(lǐng)域備受青睞。

非晶或納米晶軟磁磁粉芯的制備與傳統(tǒng)的金屬軟磁磁粉芯基本相同，都是采用粉末冶金工藝。但由于非晶或納米晶軟磁材料成分、制備工藝、織構(gòu)等的特殊性，非晶或納米晶軟磁粉末壓縮性極差，很難壓制 成形，常規(guī)方法制備的壓坯密度很低，目前的壓制制備方案都是采用超高壓強(qiáng)成形，最高成形壓強(qiáng)可達(dá)2.5GPa。如此之高的成形壓強(qiáng)，對模具的要求之高和對模具壽命的不良影響是不言而喻的，而且超高的壓強(qiáng)，還會對磁粉表面的絕緣層造成傷害，造成磁粉芯軟磁性能的劣化。

中國專利CN104036907A公開了一種溫壓成型制備金屬軟磁復(fù)合材料的方法，即將表面鈍化后的磁粉經(jīng)粘結(jié)劑包覆，在60～150℃下施加600～1200MPa的壓強(qiáng)5～30min，使粘結(jié)劑發(fā)生固化而得到樣品。該方法雖然能夠獲得較高密度的樣品，但由于沒有進(jìn)行后續(xù)的熱處理工藝，導(dǎo)致樣品軟磁特性并不佳。中國專利CN103730225A公開的一種非晶軟磁磁粉芯的制備方法是將表面鈍化后的磁粉經(jīng)有機(jī)硅樹脂、云母包覆后在60～150℃下施加500～1200MPa的壓強(qiáng)進(jìn)行溫壓，再對樣品進(jìn)行退火處理。對于非晶軟磁磁粉的成形，這種常規(guī)溫壓工藝對于樣品的密度以及相應(yīng)的軟磁特性提升效果很有限。而且采用的溫壓工藝比較復(fù)雜，對模具、工藝要求較高，生產(chǎn)效率低。

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，需要提出一種更加可靠的非晶或納米晶軟磁磁粉芯的制備方法。該方法具有能夠以較低的成形壓力獲得較高密度和較高軟磁性能的非晶或納米晶軟磁磁粉芯的特點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種非晶或納米晶軟磁磁粉芯的制備方法，能夠以較低的成形壓力獲得較高密度和較高軟磁性能的非晶或納米晶軟磁磁粉芯。

本發(fā)明提出了一種非晶或納米晶軟磁磁粉芯的制備方法，其中，

在常溫下采用模具將待壓縮磁粉壓制成形，成形壓強(qiáng)為800MPa～1500MPa，脫模得到壓坯后，采用以下步驟：

E、將上述壓坯施加壓應(yīng)力固化或塑化；

F、將由E得到的壓坯含浸無機(jī)粘結(jié)劑溶液并進(jìn)行穩(wěn)定化處理；

G、對由F得到的含浸壓坯進(jìn)行300℃～600℃退火熱處理；

H、將由G得到的退火壓骨架坯含浸高強(qiáng)度粘結(jié)劑溶液并固化或穩(wěn) 定化處理；

I、將由H得到的具有較高強(qiáng)度的毛坯進(jìn)行后續(xù)加工得到成品。

如上所述的非晶或納米晶軟磁磁粉芯的制備方法，其中，所述壓坯脫模前包括以下步驟：

A、利用鈍化劑對非晶或納米晶軟磁磁粉進(jìn)行鈍化處理；

B、采用有機(jī)粘結(jié)劑對所述鈍化后的非晶或納米晶軟磁磁粉進(jìn)行包覆處理；

C、向由B得到的磁粉中添加潤滑劑和絕緣劑得到待壓縮磁粉。

如上所述的非晶或納米晶軟磁磁粉芯的制備方法，其中，所述粘結(jié)劑包括熱固性粘結(jié)劑和熱塑性粘結(jié)劑，粘結(jié)劑的比例為0.1wt％～4wt％。

如上所述的非晶或納米晶軟磁磁粉芯的制備方法，其中，所述潤滑劑包括硬脂酸鹽、合成石蠟、二硫化鉬，潤滑劑的添加比例為0.05wt％～0.8wt％；所述絕緣劑包括云母粉、高嶺土粉，添加的總比例為0.05wt％～5wt％。

如上所述的非晶或納米晶軟磁磁粉芯的制備方法，其中，所述施加壓應(yīng)力的方法包括包套后熱等靜壓和在熱壓機(jī)精密模具內(nèi)加壓，施加的壓強(qiáng)為10MPa～800MPa。

如上所述的非晶或納米晶軟磁磁粉芯的制備方法，其中，所述無機(jī)粘結(jié)劑包括硅酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽和硼酸鹽，所述無機(jī)粘結(jié)劑溶液的濃度為5wt％～50wt％。

如上所述的非晶或納米晶軟磁磁粉芯的制備方法，其中，所述退火溫度為300℃～600℃，保溫時(shí)間為30min～90min。

如上所述的非晶或納米晶軟磁磁粉芯的制備方法，其中，所述高強(qiáng)度粘結(jié)劑包括有機(jī)粘結(jié)劑和無機(jī)粘結(jié)劑，優(yōu)選有機(jī)粘結(jié)劑。

如上所述的非晶或納米晶軟磁磁粉芯的制備方法，其中，所述有機(jī)粘結(jié)劑為環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑，粘結(jié)劑溶液的濃度為5wt％～50wt％。

如上所述的非晶或納米晶軟磁磁粉芯的制備方法，其中，所述后續(xù) 加工包括表面涂覆和檢測。

本發(fā)明采用有機(jī)粘結(jié)劑包覆已經(jīng)鈍化的非晶或納米晶軟磁磁粉，在常溫、較低壓強(qiáng)下模壓成形，然后在有壓條件下進(jìn)行固化處理得到壓坯，將壓坯含浸無機(jī)粘結(jié)劑后在高溫下進(jìn)行退火熱處理，得到磁粉芯骨架，雖然在高溫退火過程中脫除了大部分有機(jī)粘結(jié)劑，但由于退火前含浸了耐高溫的無機(jī)粘結(jié)劑，因此得到的磁粉芯骨架仍具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，退火的同時(shí)也消除了粉末在壓制成形時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，再加上無機(jī)粘結(jié)劑的粘結(jié)作用，因此退火前后壓坯尺寸不變，磁粉芯骨架仍具有較高的密度，對磁粉芯骨架再含浸高強(qiáng)度的粘結(jié)劑，再次固化或穩(wěn)定化后得到磁粉芯樣品，該技術(shù)方案具有能夠以較低的成形壓力獲得較高密度和較高軟磁性能的非晶或納米晶軟磁磁粉芯的特點(diǎn)。

附圖說明

通過結(jié)合以下附圖所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述或其他方面的內(nèi)容將變得更清楚和更容易理解，其中：

圖1是本發(fā)明的工藝流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)的測試數(shù)據(jù)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。如圖1所示，本發(fā)明技術(shù)方案的具體實(shí)施過程如下：

A、利用鈍化劑對非晶或納米晶軟磁磁粉進(jìn)行鈍化處理；

將溶劑和鈍化劑配成鈍化液，將顆粒尺寸為0.1～250μm的金屬軟磁粉混合，加入鈍化液，攪拌0.1～2h，放入烘箱鈍化，鈍化溫度為40～100℃，鈍化時(shí)間為0.1～4h，得到鈍化粉，并烘干；

對金屬軟磁粉進(jìn)行鈍化處理是為了在粉末表面形成一層絕緣膜，同時(shí)防止金屬軟磁粉在高溫下被氧化；

B、采用有機(jī)粘結(jié)劑對鈍化后的非晶或納米晶軟磁磁粉進(jìn)行包覆處理；

將粘結(jié)劑溶解在有機(jī)溶劑中，得到有機(jī)粘結(jié)劑溶液。在鈍化粉中加入有機(jī)粘結(jié)劑溶液，攪拌0.1～2h，放入烘箱烘干，烘烤溫度為40～100℃，烘烤時(shí)間為0.1～4h，得到包覆的金屬軟磁粉；

有機(jī)粘結(jié)劑包括熱固性粘結(jié)劑或熱塑性粘結(jié)劑；粘結(jié)劑的比例為0.1～4wt％，優(yōu)選的，可選取粘結(jié)劑比例為0.5～1.5wt％；

C、向由B得到的磁粉中添加潤滑劑和絕緣劑得到待壓縮磁粉；潤滑劑包括硬脂酸鹽、合成石蠟、二硫化鉬等，潤滑劑提高了粉末的流動性，減少了粉末之間及粉末與模具之間的摩擦力；潤滑劑的添加比例為0.058wt％～0.8wt％，優(yōu)選的比例為0.28wt％～0.5wt％；絕緣劑包括云母粉、高嶺土粉等，絕緣劑可以進(jìn)一步提高粉末間的絕緣效果，絕緣劑的添加的總比例為0.058wt％～5wt％，優(yōu)選的比例為0.58wt％～1.5wt％；

D、在常溫下采用模具將由C得到的待壓縮磁粉壓制成形，脫模后得到壓坯；所述模具的形狀大體與成形后磁粉芯的形狀相同，成形壓強(qiáng)為800MPa～1500MPa，優(yōu)選的選取1000MPa～1200MPa。

E、對D得到的壓坯施加壓應(yīng)力固化或塑化；由過程D獲得的壓坯，由于壓力去除后彈性后效的影響，其壓坯密度不高，對壓坯進(jìn)行固化或塑化處理，依靠粘結(jié)劑的高強(qiáng)度粘結(jié)力將磁粉粘合在一起，使得壓力去除后磁粉無法反彈，從而獲得高密度的壓坯；施加壓應(yīng)力的方法包括在熱壓機(jī)精密模具內(nèi)加壓和包套后熱等靜壓等方法。熱等靜壓工藝是將制品放置到密閉的容器中，向制品施加各向同等的壓力，同時(shí)施以高溫。施加的壓強(qiáng)為10MPa～800MPa，優(yōu)選200MPa～500MPa；固化或塑化溫度和時(shí)間根據(jù)選用的粘結(jié)劑而確定，通常溫度為50℃～280℃，保溫時(shí)間5min～60min；

F、將由E得到的壓坯含浸無機(jī)粘結(jié)劑溶液并進(jìn)行穩(wěn)定化處理；無 機(jī)粘結(jié)劑包括硅酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽和硼酸鹽等，優(yōu)選硅酸鹽類無機(jī)粘結(jié)劑；無機(jī)粘結(jié)劑溶液的濃度為5wt％～50wt％，優(yōu)選20wt％～30wt％，為達(dá)到較好的含浸效果，可采用真空含浸；

G、對由F得到的含浸壓坯進(jìn)行高溫退火熱處理；根據(jù)磁粉原料的不同而選擇不同的熱處理溫度和時(shí)間，通常情況下，選取的熱處理溫度為300℃～600℃，保溫時(shí)間為30min～90min；

雖然在高溫退火過程中脫除了大部分有機(jī)粘結(jié)劑，但由于退火前含浸了耐高溫的無機(jī)粘結(jié)劑，因此得到的磁粉芯骨架仍具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，退火的同時(shí)也消除了粉末在壓制成形時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，再加上無機(jī)粘結(jié)劑的粘結(jié)作用，因此退火前后壓坯尺寸不變，磁粉芯骨架仍具有較高的密度；

H、將由G得到的退火壓坯骨架含浸高強(qiáng)度粘結(jié)劑溶液并固化或穩(wěn)定化處理。高強(qiáng)度粘結(jié)劑包括有機(jī)粘結(jié)劑和無機(jī)粘結(jié)劑，優(yōu)選的選取有機(jī)粘結(jié)劑。有機(jī)粘結(jié)劑中優(yōu)選的選取環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑；粘結(jié)劑溶液的濃度為5wt％～50wt％，優(yōu)選的選取15wt％～25wt％。為達(dá)到較好的含浸效果，可采用真空含浸，并且進(jìn)行多次含浸；

I、將由H得到的具有較高強(qiáng)度的毛坯進(jìn)行后續(xù)加工得到成品；后續(xù)加工包括：表面涂覆、檢測等。

以下結(jié)合實(shí)施例做進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

步驟1：將納米晶軟磁粉(分子式為Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉)放入專用鈍化液內(nèi)鈍化；

步驟2：將環(huán)氧樹脂溶解到丙酮中，環(huán)氧樹脂的質(zhì)量為磁粉質(zhì)量的1％，丙酮的用量以將含有環(huán)氧樹脂的丙酮溶液的濃度控制在7.0～7.5wt％為準(zhǔn)；

步驟3：將納米晶軟磁粉放入上述環(huán)氧樹脂溶液內(nèi)，形成磁粉的懸 濁液。該懸濁液經(jīng)攪拌1h，放入烘箱80℃烘烤1h，使溶劑完全揮發(fā)，得到經(jīng)環(huán)氧樹脂均勻包覆的干燥預(yù)壓縮磁粉；

步驟4：在上述預(yù)壓縮磁粉中添加0.2wt％的硬脂酸鋅和1.0wt％云母粉，充分混合均勻得到預(yù)壓縮混合粉末；

步驟5：將待壓縮混合粉末裝填入模具內(nèi)，施加1000MPa的壓強(qiáng)，脫模后得到壓坯；

步驟6：將壓坯包套，放入熱等靜壓機(jī)內(nèi)，加壓300MPa，溫度170℃，時(shí)間50min進(jìn)行固化；

步驟7：將固化后的壓坯真空含浸20wt％的硅酸鈉溶液，真空度控制在50Pa左右，時(shí)間1～2min，吹干后在170℃下真空干燥箱內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定化處理30min；

步驟8：將含浸坯進(jìn)行高溫退火處理，采用真空退火，退火溫度500℃，真空度小于10^-3Pa，時(shí)間60min；

步驟9：將退火坯真空含浸15wt％的環(huán)氧樹脂溶液，真空度控制在50Pa左右，時(shí)間1～2min，吹干后在170℃下進(jìn)行固化處理30min；

步驟10：再對毛坯進(jìn)行表面涂覆等加工得到成品。

實(shí)施例2

步驟1：將非晶軟磁粉(分子式為Fe₇₈Si₁₆B₆)放入專用鈍化液內(nèi)鈍化；

步驟2：將比例為磁粉0.8wt％的聚酰胺-6、0.2wt％的二硫化鉬、0.6wt％云母粉、0.4wt％高嶺土粉與磁粉在高速混合機(jī)內(nèi)均勻混合，得到預(yù)壓縮混合粉末；

步驟3：將預(yù)壓縮混合粉末裝填入模具內(nèi)，施加1200MPa的壓強(qiáng)，脫模后得到壓坯；

步驟4：將壓坯放入熱壓機(jī)的精密模具內(nèi)，模腔徑向尺寸比壓坯略 大0.05mm左右，加壓400MPa，溫度230℃，保溫時(shí)間10min進(jìn)行塑化，冷卻后脫模；

步驟5：將固化后的壓坯真空含浸20wt％的硅酸鈉溶液，真空度控制在50Pa左右，時(shí)間1～2min，吹干后在170℃下真空干燥箱內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定化處理30min；

步驟6：將含浸坯進(jìn)行高溫退火處理，采用真空退火，退火溫度360℃，真空度小于10^-3Pa，時(shí)間60min；

步驟7：將退火坯真空含浸15wt％的酚醛樹脂溶液，真空度控制在50Pa左右，時(shí)間1～2min，吹干后在170℃下進(jìn)行固化處理30min；

步驟8：再對毛坯進(jìn)行表面涂覆等加工得到成品。

對比例1

納米晶軟磁粉(分子式為Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉)利用現(xiàn)有技術(shù)分別在1000MPa和2200MPa下制得樣品的具體實(shí)施方式。

對Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉成份的納米晶軟磁粉進(jìn)行鈍化處理；采用1wt％無機(jī)粘結(jié)劑硅酸鈉對所述鈍化后的磁粉進(jìn)行包覆處理；再向磁粉中添加0.2wt％硬脂酸鋅和1.0wt％云母粉得到待壓縮磁粉；在常溫下采用模具將得到的待壓縮磁粉壓制成形，壓制壓強(qiáng)分別控制在1000MPa和2200MPa，脫模后得到壓坯；對得到的壓坯進(jìn)行高溫退火熱處理，退火溫度500℃，真空度小于10^-3Pa，時(shí)間60min；將得到的退火壓坯骨架真空含浸在濃度為15wt％的環(huán)氧樹脂溶液中，真空度控制在50Pa左右，時(shí)間1min～2min，吹干后在170℃下進(jìn)行固化處理30min；將得到的具有較高強(qiáng)度的毛坯進(jìn)行后續(xù)加工得到成品。

對比例2

非晶軟磁粉(分子式為Fe78Si16B6)利用現(xiàn)有技術(shù)分別在1000MPa和2200MPa下制得樣品的具體實(shí)施方式。

對Fe₇₈Si₁₆B₆成份的非晶軟磁粉進(jìn)行鈍化處理；采用0.8wt％無機(jī)粘結(jié)劑硅酸鈉對所述鈍化后的磁粉進(jìn)行包覆處理；再向磁粉中添加0.2wt％二硫化鉬、0.6wt％云母粉和0.4wt％高嶺土粉得到待壓縮磁粉；在常溫下采用模具將得到的待壓縮磁粉壓制成形，壓制壓強(qiáng)分別為1000MPa和2200MPa，脫模后得到壓坯；對得到的壓坯進(jìn)行高溫退火熱處理，退火溫度360℃，真空度小于10^-3Pa，時(shí)間60min；將得到的退火壓坯骨架真空含浸在農(nóng)地為15wt％的酚醛樹脂溶液中，真空度控制在50Pa左右，時(shí)間1min～2min，吹干后在170℃下進(jìn)行固化處理30min；將得到的具有較高強(qiáng)度的毛坯進(jìn)行后續(xù)加工得到成品。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1、2與現(xiàn)有技術(shù)的測試數(shù)據(jù)。如圖2所示，實(shí)施例1中，通過使用本發(fā)明中所述的制備方法，在1000MPa壓強(qiáng)下所得到壓坯，經(jīng)過后續(xù)處理，所得的成品密度為5.86g·cm^-3。通過現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的對比例1，在同等壓強(qiáng)1000MPa情況下所得到壓坯，其成品密度為5.34g·cm^-3，明顯小于實(shí)施例1中成品的密度。通過現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的對比例1，在2200MPa壓強(qiáng)下所得到壓坯，其成品密度為5.88g·cm^-3，與實(shí)施例1中成品密度大致相同。

如圖2所示，實(shí)施例2中，通過使用本發(fā)明中所述的制備方法，在1000MPa壓強(qiáng)下所得到壓坯，經(jīng)過后續(xù)處理，所得的成品密度為5.54g·cm^-3。通過現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的對比例2，在同等壓強(qiáng)1200MPa情況下所得到壓坯，其成品密度為4.93g·cm^-3，明顯小于實(shí)施例2中成品的密度。通過現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的對比例2，在2200MPa壓強(qiáng)下所得到壓坯，其成品密度為5.47g·cm^-3，與實(shí)施例2中成品密度大致相同。

通過以上對比可以看出，利用本發(fā)明所述的非晶或納米晶軟磁磁粉芯的制備方法，能夠以較低的成形壓力獲得較高密度和較高軟磁性能的非晶或納米晶軟磁磁粉芯。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個(gè)實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對本發(fā)明進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出 現(xiàn)的詞包括復(fù)數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實(shí)施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實(shí)施例的全部或一部分來使用。