[发明专利]一种低功耗金属软磁复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低功耗金属软磁复合材料及其制备方法。该软磁复合材料合金磁粉的组成以原子比表示满足下式：Fe_100‐x‐ySi_xM_y，其中M选自Mg、Ca、La中的一种或多种，下标x、y表示相应合金元素的原子百分比，满足以下条件：0<x≤20，0<y≤5。该成分配方的软磁合金自身具有较高电阻率，在含氧气氛中加热时在晶界析出氧化物层，整体电阻率得到进一步提高。制备磁粉可直接粘结并压制成为软磁复合材料，具有低功耗、良好磁性能及降低成本的优势。

技术领域

本发明涉及一种低功耗金属软磁复合材料及其制备方法，属于软磁材料技术领域。

背景技术

金属软磁复合材料既保留了软磁合金和铁氧体的优良特性，同时又最大限度地克服了它们的缺陷，具有高磁导率、高饱和磁密度，宽工作频率等优势。自问世以来，软磁复合材料发展迅速，广泛应用于能源、信息、国防等重要领域。金属软磁复合材料经由粉末制备、粒度配比、绝缘包覆、添加粘结剂、压制成型、热处理去除内应力等步骤制备而成。其中，绝缘包覆是软磁复合材料制备的关键工艺，直接影响产品的高频性能。目前，主要采用的绝缘包覆方法是在金属磁粉的表面制备具有较高电阻率的绝缘层。

在工业生产中，通常采用磷酸对磁粉表面进行钝化处理，形成无机包覆层。采用这一方法存在以下几个问题：1)生成的磷酸盐层与磁粉基体的结合强度较差，在后续的压制成型过程中易变形脱落；2)包覆层热稳定性不高，磷酸盐在600℃以上易分解，极大地限制了其降低损耗的效果；3)包覆处理中使用的磷酸等废液易造成环境的污染。近年来有很多采用其他湿化学法进行绝缘包覆的报道，中国专利CN104028749B报道了一种溶胶凝胶法在金属磁粉表面包覆一层Al₂O₃的方法；中国专利CN104028751B报道了一种在金属磁粉表面包覆一层MgO的方法；文献Iron-based soft magnetic composites with Mn–Zn ferritenanoparticles coating obtained by sol–gel method报道了一种采用溶胶凝胶在金属磁粉表面包覆Mn-Zn铁氧体的方法。上述的方法虽然获得了良好的绝缘包覆层，但是压制过程中依然存在包覆层容易开裂的问题，而且制备步骤过于繁琐，成本较高，难以应用于实际生产中。因此，亟需有效解决上述问题，在保证优异磁性能的同时降低功耗，开发适用于高频应用的新型软磁复合材料及其制备工艺。

发明内容

本发明的目的是克服现有体系及制备方法的不足，提供一种低功耗金属软磁复合材料及其制备方法。通过合理的成分设计，在FeSi基合金中添加固溶度极小甚至固溶度且易氧化的元素，经由气氛热处理在软磁合金晶界处析出氧化物层，提高材料自身的电阻率，降低高频功耗。该方法操作简单，获得的软磁合金无须绝缘包覆，可直接粘结压制成型制备软磁复合材料，在获得良好高频性能的同时，极大降低了成本。

本发明实现上述目的所采用的技术方案为：

构成该软磁复合材料的合金组成以原子比表示满足下式：Fe_100-x-ySi_xM_y其中M选自Mg、Ca、La中的一种或多种，下标x、y表示相应合金元素的原子百分比，满足以下条件：0<x≤20，0<y≤5。

所述的软磁复合材料的制备方法包括以下步骤：

(1)按配比将工业纯铁、多晶硅和合金M投入真空感应炉内进行冶炼，得到合金铸锭；

(2)将合金铸锭用机械破碎球磨的方式或者通过惰性气体雾化法制成软磁粉末；

(3)将所获得的软磁粉末进行-400目、-300目、-200目、-100目分级处理后混合，混合粉末的质量百分比含量为：-100～+200目占5-20％，-200～+300目占20-30％，-300～+400目占30-50％，其余为-400目；