[发明专利]球形铁基非晶合金粉末及其制备方法和在制备非晶磁粉芯中的应用

说明书

本发明公开了一种球形铁基非晶合金粉末的制备方法，以具有大非晶形成能力的铁基非晶合金为原料，经气雾化法制备得到；具有大非晶形成能力的铁基非晶合金的原子百分比组成为Fe_{100‑a‑b‑c‑d‑e}Si_aB_bP_cNb_dCu_e，其中，a为7～10，b为7～11，c为3～6，d为0～3，e为0～2。本发明提供了一种通过气雾化法制备球形铁基非晶合金粉末的方法，获得了形貌规整、粒径均一，且为完全非晶态的球状合金粉末。以该球形铁基非晶合金粉末为原料制备的非晶磁粉芯具有组织均匀、高强度、高致密度和磁导率恒定的优势。

技术领域

本发明属于磁性材料领域，具体涉及一种球形铁基非晶合金粉末及其制备方法和在制备非晶磁粉芯中的应用。

背景技术

铁基非晶软磁合金具有饱和磁感应强度高、初始磁导率高、矫顽力小、损耗低等优点，用快淬法制备出的非晶带材绕制成的铁芯经适当的热处理后具有优良的软磁性能，在各类变压器、传感器、开关电源等领域得到了广泛的应用。但随着电子电力工业的发展，电子器件向小型化、高频化和大电流方向发展，而带绕、叠片的软磁铁芯在高频工作时损耗很大，限制了其在高频下的应用。此时，需要采用磁粉芯来满足工作需求。磁粉芯是采用粉末冶金工艺，由软磁合金粉末和绝缘介质混合压制而成的。传统的磁粉芯主要有铁粉芯、铁硅粉芯、铁硅铝粉芯、铁镍粉芯和铁镍钼粉芯等。铁粉芯价格低廉，但高频特性和损耗特性不佳；铁硅粉芯价格适中，直流叠加性能优异，但高频损耗高；铁硅铝粉芯应用面广，损耗低，频率性能好，具有优良的性价比，但直流叠加特性不够理想；铁镍粉芯具有最佳的直流偏磁特性，但是价格较高，损耗也高；铁镍钼性能最优越，但是价格也最昂贵，高昂的价格限制了其应用范围。

铁基非晶磁粉芯在高频下具有恒磁导率、高电阻率、低损耗、温度稳定性好等特点，且成本低廉，是磁粉芯材料的重要发展方向，近年来逐渐成为研究和应用的热点。付敏等(兵器材料科学与工程,2014，37:90)研究了绝缘包覆工艺中的钝化剂、绝缘剂和粘结剂对带材破碎FeSiB非晶磁粉芯性能的影响，研究结果表明，磁粉芯的有效磁导率随绝缘包覆剂含量的增大而减小，品质因数Q随添加量的增加而增大，钝化剂的质量分数在4％～8％时，磁粉芯性能优异，磁导率达到45。唐坚等(功能材料,2012,43:96.)研究了热处理温度对Fe₇₈Si₉B₁₃非晶磁粉芯性能的影响规律，结果表明，在低于起始晶化温度的条件下，非晶磁粉芯的损耗随退火温度的提高呈现出先降低后增大的趋势，而磁导率呈现出相反的趋势。在热处理温度过高时，非晶磁粉发生晶化，磁各向异性常数增加，导致磁导率急剧下降，而磁导率在3MHz范围内变化不大，频率稳定性良好。申请号为201310018768.7的发明专利公布了一种软磁合金磁粉芯的制备方法，包括非晶带材脆化处理、粉碎成粉末、筛分和配比、钝化处理和绝缘包覆、压制成型、退火处理和喷涂等步骤，磁粉芯的高频性能优异。申请号为201410394382.0的发明专利公布了一种非晶金属软磁粉芯的制备方法，将非晶金属软磁粉末通过不同筛目的筛子筛分后得到粒径分布不同的两种粉末进行混合达到粉料，再压制成型得到非晶金属软磁粉芯生坯后进行等静压处理，并在温度为300-450℃条件下进行去应力退火处理，得到密度高且分布均匀的非晶金属软磁粉芯。

然而，上述文章及专利中涉及的非晶磁粉芯所采用的磁粉均是通过带材破碎法来制备的，在球磨破碎的过程中容易引入杂质，导致粉末的组分不均匀，同时，所获得的粉末多为带棱角的片状，难以绝缘，导致磁粉芯的损耗较高，抗直流偏置能力较差。

发明内容

本发明提供了一种通过气雾化法制备球形铁基非晶合金粉末的方法，获得了形貌规整、粒径均一，且为完全非晶态的球状合金粉末。以该球形铁基非晶合金粉末为原料制备的非晶磁粉芯具有组织均匀、高强度、高致密度和磁导率恒定的优势。

具体技术方案如下：