[发明专利]一种软磁复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于磁性功能材料制备技术领域，具体涉及一种软磁复合材料及其制备方法和应用。该方法包括(1)采用气雾法对合金原料进行粒度分级，得到合金基体粉末；(2)将绝缘剂和粘结剂加入至步骤(1)得到的所述合金基体粉末中搅拌均匀形成浆料，加热至浆料干燥，得到绝缘层包覆的磁粉，其中所述绝缘剂包括纳米氧化物悬浮液，所述纳米氧化物悬浮液包括含铅钯的氧化物；(3)对所述绝缘层包覆的磁粉进行液压成型和热处理后得到所述软磁复合材料。该方法制备得到的软磁复合材料具有电阻率高、磁致损耗低、涡流损耗低、噪声小等优点，可以满足工频(50‑100Hz)工作要求，该软磁复合材料制备得到的电抗器铁心噪声低于45dB。

技术领域

本发明属于磁性功能材料制备技术领域，具体涉及一种软磁复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

软磁材料是人类最早开发的磁功能材料。从19世纪末至今，其发展经历了电工纯铁、Fe-Si合金(硅钢)、Fe-Ni合金(坡莫合金)、Fe-Al合金、Fe-Si-Al合金、Fe-Co合金、软磁铁氧体以及非晶纳米晶合金等体系。目前，硅钢和软磁铁氧体是应用最多的软磁材料，而非晶合金是软磁领域前二十年研究最热门的方向。但是如前所述，硅钢和非晶等软磁合金作为软磁铁芯均具有显著的缺点，铁氧体虽然电阻率高、涡流损耗小、价格低廉，但其饱和磁通密度低、热稳定性差、磁致伸缩系数高。硅钢、铁氧体、非晶三大类传统软磁铁心材料无法满足大功率低损耗低噪声电力电子装备的发展要求。

软磁复合材料由于兼具金属磁性材料的高饱和磁通密度、高居里温度、氧化物的高电阻率以及良好的抗饱和能力，逐渐引起国内外研究人员的关注，特别是近五年来随着电力电子设备功率密度的提升和转换效率要求的提高，软磁复合材料开始大量替代开气隙铁心磁路中的硅钢、非晶、铁氧体材料，在新能源和节能领域获得了快速的发展。

软磁复合材料是将金属软磁粉末与绝缘介质复合而成的一种新型复合材料，可以作为电感器、电抗器、反激变压器等磁元件的铁心广泛用于电子通讯、工业电源、新能源发电、轨道交通、智能电网等领域。截止目前，软磁复合材料的研究先后经历了铁粉芯、坡莫合金铁芯、钼坡莫粉芯、铁硅铝粉芯、铁硅粉芯、非晶纳米晶粉芯、气雾化铁硅铝粉芯、复合粉芯等阶段。

在诸多软磁复合材料中，铁粉芯价格低廉、磁导率频率稳定性较好、直流叠加特性优良，但高频损耗大，且因绝缘介质采用有机树脂而易老化；坡莫合金粉芯具有较高的饱和磁通密度(1.51T)，又称高通量粉芯，但存在价格昂贵、磁致伸缩系数较大的缺点；钼坡莫粉芯是在坡莫合金中添加Mo制成的，在所有磁粉芯中磁导率范围最广，综合性能最佳，具有良好的温度稳定性、低铁损、低噪声，但存在价格最贵、饱和系统密度较低的缺点；铁硅铝粉的磁致伸缩系数接近0，具有低噪声的优点，饱和磁通密度虽低于铁粉芯，但是铁损比铁粉芯低80％，最大磁导率也较高，价格也低于高通量粉芯和钼坡莫粉芯，仅略高于铁粉芯，是目前性价比较高的软磁复合材料；铁硅粉芯饱和磁通密度最高(1.6～1.9T)，抗饱和性能接近铁镍粉芯，成本接近铁硅铝粉芯，因磁致伸缩系数接近于0也具有低噪声的优点，但损耗高于铁镍和铁硅铝粉芯，是强调抗饱和能力和性价比的大功率应用场合目前的首选铁心；非晶纳米晶粉芯由于非晶微晶合金的优异软磁性能而引起人们关注，其优点在于磁导率频率稳定好，在高频仍有较高的磁导率和品质因数，但其缺点在于成形密度低导致有效磁导率不高，且非晶材料的大磁致伸缩缺点在制成软磁复合材料之后仍无法克服，仍存在高噪声的问题；气雾化铁硅铝粉芯是2018年左右发展起来的新型软磁复合材料，其合金成分和铁硅铝粉芯一致，但使用气雾化工艺制备的球形粉末和高电阻率的氧化物绝缘工艺，在保留了铁硅铝粉芯低损耗低噪声的前提下，大幅提高了其抗饱和能力，成为目前新能源领域磁元件的首选铁心，在10kHz甚至更高频率应用范围具有较优的软磁性能。

现阶段，国内外的相关研究多集中在降低软磁复合材料的高频损耗、提高磁导率和降低高频噪声的研究领域，满足工频工作要求的材料要求具有低涡流损耗和低噪声的同时还具有低磁致损耗，如何降低软磁复合材料在工频工作区间的磁致损耗和噪声等方面的研究存在空白。此外，现有技术在制备软磁复合材料时，一般会加入磷酸盐类等物质，这类物质加入后会损伤磁粉表面，且也不适合与抗腐蚀能力差的磁粉复配使用。