[发明专利]一种面向大功率电抗器的低损耗铁硅金属软磁粉芯的制备方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种面向大功率电抗器的低损耗铁硅金属软磁粉芯的制备方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着电子技术的发展，设备小型化、轻型化导致电子器件必须小型化和高功率密度化，因此必须使用具有高磁通密度、高直流偏置性能以及高频低损耗的磁粉芯材料。金属软磁粉芯通过将金属或合金软磁材料制成的粉末与非磁性绝缘添加物混合压制，能够提升金属软磁粉芯电阻率，降低涡流损耗，提升直流偏置性能，所以适用于较高频率和大功率场合。同时，由于颗粒尺寸小，基本上不发生集肤现象，磁导率随频率变化的稳定性好。

金属软磁粉芯主要包括铁粉芯、铁镍(坡莫)合金粉芯、铁硅合金粉芯、铁硅铝合金粉芯以及非晶纳米晶合金粉芯等。其中，由于铁硅合金粉芯具有优良的直流偏置性能和较高的性价比，从而引起人们的广泛关注和研究，目前已成为大功率电抗器更新换代的首选磁芯。

目前，常见的铁硅软磁粉芯绝缘包覆工艺主要是通过磷酸或者铬酸对铁硅软磁粉末颗粒进行腐蚀处理，在颗粒表面生成绝缘层，达到磁粉颗粒间绝缘效果，从而降低铁硅软磁粉芯的铁损。

专利CN201110130713.6公开了一种铁硅软磁粉芯的制备方法，即采用磷酸对铁硅粉颗粒表面进行钝化处理，随后采用质量分数为0.5％～1.0％的酚醛树脂对绝缘粉末进行二次处理，制备出磁导率为75的铁硅软磁粉芯。该专利在传统磷酸钝化工艺的基础上，通过酚醛树脂的二次绝缘处理来降低铁硅软磁粉芯中颗粒之间存在的涡流损耗。但是，这种工艺方法由于引入了有机的酚醛树脂，从而在降低涡流损耗的同时又会增加粉芯的磁滞损耗，使得降低粉芯损耗的效果不明显。专利CN103824670A中，在铁硅的基础上通过添加微量元素Ni或Co，采用气雾化制粉法获得掺杂铁硅原粉。采用高锰酸钾为钝化剂，酚醛树脂和环氧树脂为粘结剂，制备出铁硅生坯。铁硅生坯需要在200℃～400℃条件保温1小时～5小时，在600℃～800℃保温0.5小时～1小时，获得铁硅环形粉芯成品。该专利公开的降低铁硅粉芯损耗的方法需要对原粉进行微量元素的掺杂，并且生坯需要在不同的温度区间进行保温处理，制备方法比较复杂，步骤较多，制备条件控制困难。除了对绝缘工艺的研究以外，专利CN201410689574.4中公开了一种采用温压工艺来压制铁硅软磁粉芯。但是温压工艺需要对压机模具进行预热、保温，因此会对压机设备提出更高的要求。

综上所述，提供一种操作简单、能够有效降低铁硅软磁粉芯损耗的制备方法是一个亟待解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种面向大功率电抗器的低损耗铁硅金属软磁粉芯的制备方法，采用粉芯常规工序，操作简单，生产成本低，且采用本发明制备方法可以制备出有效磁导率为60的低损耗铁硅软磁粉芯，并且具有优良的直流偏置性能和频率稳定特性，在50kHz、100mT条件下的粉芯损耗低于600mW/cm³。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种面向大功率电抗器的低损耗铁硅金属软磁粉芯的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照-200目～+325目粒度粉的质量占比50％、-325目～+400目度粉的质量占比40％、-400目粒度粉的质量占比10％调配出1000g铁硅原粉；

(2)对金属磁粉进行绝缘处理，并将获得的干燥的绝缘粉末进行过筛；

(3)向步骤(2)中筛过的绝缘粉末中加入占粉末质量0.25％的粘结剂、0.3％的脱模剂，混合均匀后，得到待成型的磁粉；

(4)将待成型磁粉压制成粉芯毛坯件；

(5)在充有保护性气体的环境中，将粉芯在650℃～780℃进行保温60分钟～100分钟，得到半成品磁粉芯；

(6)在半成品磁粉表面进行绝缘喷涂，获得所需的铁硅金属软磁粉芯。

进一步地，所述步骤(2)具体为：向金属磁粉中加入占金属磁粉质量0.5％～1.5％的磷酸、10.0％的H₂O以及2％～5％的MgO粉末，搅拌均匀，形成混合的磁粉浆料；将磁粉浆料在常温下搅拌20分钟后，加热至100℃～110℃，并继续搅拌10分钟～30分钟；保温结束后，将获得的干燥的绝缘粉末进行过筛。

进一步地，所述步骤(2)中采用60-120目的筛网进行过筛。

进一步地，所述步骤(3)中具体为：采用压机将待成型磁粉压制成粉芯毛坯件。

进一步地，所述采用的压机压制压强为1500MPa～2200MPa。

进一步地，所述保护性气体为氮气或氢气。