[发明专利]一种高性能软磁复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磁性功能材料和粉末冶金技术领域，特别涉及一种高性能软磁复合材料的制备方法。

背景技术

软磁复合材料（Soft Magnetic Composite, SMC）采用粉末冶金技术制造，由表面绝缘的金属粉末颗粒(如纯铁粉)组成，可以一步压制成具有复杂形状的部件，并具有良好的三维各向同性磁性能，以及中高频率下较低的涡流损耗，能在一些具有复杂形状和磁路的电机和较高频率下工作的电机中用作铁芯材料，取得广泛应用的同时能给电源电机设计带来革命性的变化。随着电子器件小型化和高频化的发展，微电机、小功率电机和抗电磁干扰元件等被广泛应用于汽车、机器人、办公和家庭自动化设备中，具有独特性能的软磁复合材料在这些领域的应用将产生巨大的经济效益。

对于现有的有机物包覆层的软磁复合材料来说，在其制备过程中需要施加大于800MPa的压力，以达到所需要的压实密度，但同时又要满足良好的饱和磁感应强度和磁导率，就需要对含有有机物包覆层的软磁复合材料进行退火来去除材料的残余应力，由于有机物包覆层通常不耐高温，所以很难有效去除其残余应力。对于现有的无机物包覆层的软磁复合材料来说，包覆层的绝缘性达不到要求，而且现有的含P或S的包覆层对环境污染严重，于是出现了用SiO₂、MgO、SiO₂与水混合物、Al₂O₃与水混合、ZrO₂与水混合、云母粉与水混合物制备的无机绝缘层作为无机物包覆层，无机绝缘层普遍具有高温稳定，它克服了有机物包覆层通常不耐高温的缺点。但是现有的无机绝缘层也有缺点，无机绝缘层和磁粉的热膨胀系数相差较大且无机绝缘层的本身的热膨胀系数不可变化，在温差较大的环境或是在长时间使用过程中会在磁粉内产生热应力，导致无机物包覆层的软磁复合材料无法具有优良的磁性能。这些问题都制约着软磁复合材料的发展和应用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述各种技术存在的缺陷和弊病，研究设计一种高性能软磁复合材料的制备方法，以达到有效提高压制构件的密度、降低涡流损耗、提高产品的磁性能和力学性能等目的。

本发明是一种高性能软磁复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）、选料配比：选用碳含量≤0.01%，硅含量≤0.05%，锰含量≤0.15%，磷含量≤0.02%，硫含量≤0.015%，氧含量≤0.15%，松装密度2.9~3.4g/cm³的水雾化铁粉，其筛分析要求为：+120目：≤5.5%；-120~+150目：30-55%；-150~+200目：20-35%；-200~+325目：≤25%；-325目：≤12.5%。选用碳含量≤0.02%，氧含量≤0.2%，松装密度2.2~3.2g/cm³，费氏粒度为5~8μm的羰基铁粉。水雾化铁粉与羰基铁粉按质量比（95~98）:（5~2）混合均匀；

（2）、绝缘包覆：选用50~80nm的氮化硅和氮化铝介电材料包覆铁粉，润滑剂ZF2033（石蜡与硬脂酸锌复合物）、氮化硅、氮化铝与混合铁粉的质量比分别为（0.2~0.8）:（0.3~2.8）:（0.3~2.8）:（95~98），高速混合60分钟；

（3）、压制成型：将混合好的粉末倒入刚性模具中进行压制，压制最大压力为800~1000MPa，其中0~500MPa时间5秒，500MPa至最大压力时间15秒，最大压力保压时间15~60秒；

（4）、高温退火：压制成型好的铁芯在氩气保护的氛围下，退火温度500~550℃，保持时间30~45分钟进行退火；

（5）、三元研磨：300~350件铁芯，重量10~12kg，在振动频率为35~45Hz，斜三角形棕刚玉磨料重量15~18kg，规格20*20、10*10、5*5磨料重量比为1:1:1.6，加5L0.3~2%三乙醇胺水溶液作研磨液，研磨时间10~20分钟，以达到铁芯无毛刺暇疵；

（6）、含浸：每10~12kg研磨好的铁芯材料在水性防锈液中浸渍1~3分钟;

（7）、烘烤：含浸好的铁芯材料在温度80~100℃，烘烤10~20分钟。

本发明是一种高性能软磁复合材料的制备方法，与常规工艺区别在于采用特殊粒度分布高纯度水雾化铁粉以及高纯度洋葱球状羰基铁粉混合料为铁原料、采用纳米氮化硅和氮化铝介电材料包覆铁粉。其作用原理和优点在于：