一種金屬磁粉絕緣處理及制備金屬磁粉芯的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬軟磁材料制造相關技術領域，尤其是指一種金屬磁粉絕緣處理及制備金屬磁粉芯的方法。
【背景技術】
[0002]金屬軟磁是一種具有高飽和磁感應強度的材料，可以減少器件體積，但是缺點是其電阻率較低，不適合高頻運用。金屬磁粉芯是為了克服金屬軟磁材料電阻率低的缺點，先將金屬軟磁制備成粉末，然后通過粉末絕緣處理的方式來提高電阻率，再通過壓制成型及后續(xù)熱處理得到所需的軟磁磁體。由于金屬磁粉粒度小，且表面又包覆一層絕緣物質，阻礙了磁粉之間的渦流作用，因而渦流損耗低，適合高頻應用。此外，金屬磁粉芯由于具有較高的磁感應強度，較低矯頑力及溫度穩(wěn)定性，金屬磁粉芯被作為電感器件，被廣泛應用于開關電源、電子通訊、雷達等領域。
[0003]金屬磁粉絕緣處理的方式有多種，其磁粉絕緣處理后，制備而成的磁芯性能差異也較大。中國專利CN101089108發(fā)明了一種金屬軟磁磁粉芯用無機絕緣粘結劑及制備方法，該無機絕緣粘結劑由Si02、A1203、ZrO2、云母粉及水混合而成，該方法有利提高粉芯的磁性能，對提高粉芯的機械強度起到一定的積極作用，并解決粉芯使用中因發(fā)熱導致粉芯老化、性能下降的問題，但也存在一些不足，因為其中的Si02、Al203、ZrO2、云母粉及水的混合物質，粘結強度不高，只是以物理表面吸附的方式附著于磁粉表面，其與磁粉結合不牢。磁粉在混料及成型壓制過程中，其表面的無機物質易脫落，造成絕緣包覆不均勻，電阻率下降，造成磁芯渦流損耗上升。因此該專利的制備方法存在包覆不均勻，磁粉絕緣物易脫落等缺陷。中國專利CN103594219A采用磷酸表面鈍化的方法在磁粉表面進行絕緣處理，其制備工藝簡單易行并提高了磁性能，但采用磷酸表面鈍化的方法，表面生成的磷酸鹽不耐高溫，600度以上會發(fā)生分解，磁粉的絕緣性能會降低，磁芯損耗升高；另一方面，該專利采用了有機粘結劑，會導致磁芯老化的問題。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明是為了克服現有技術中存在上述的不足，提供了一種提高金屬磁粉表面絕緣性以及金屬磁粉電阻率的金屬磁粉絕緣處理及制備金屬磁粉芯的方法。
[0005]為了實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0006]一種金屬磁粉絕緣處理及制備金屬磁粉芯的方法，具體操作步驟如下:
[0007](I)鈍化液準備:將磷酸、硼酸、水、丙酮制備成混合溶液；
[0008](2)金屬磁粉鈍化處理:取上述配制好的鈍化液，加入金屬磁粉當中，充分混合，使其均勻，金屬磁粉表面生成磷酸鹽與硼酸鹽層，易于金屬磁粉與鈍化液反應，在磁粉表面均勻成膜；
[0009](3)磁粉表面B、P元素擴散反應:將鈍化后的磁粉，轉移于ZrO2盒子中，在真空氣氛保護下，快速升溫到一定溫度并保溫一定時間后，隨爐冷卻；
[0010](4)振動過篩；
[0011](5)壓制成型:往過篩后的磁粉中，加入潤滑劑和脫模劑，攪拌均勻，置于壓機的模腔內成型，制得所需毛坯；
[0012](6)磁芯熱處理:將毛坯置于爐子中進行熱處理，采用N2保護或真空環(huán)境下，隨爐冷卻，獲得所需磁體；
[0013](7)表面噴漆:米用環(huán)氧樹脂漆對磁體表面進彳丁噴涂，制得所需磁芯。
[0014]采用磷酸和硼酸與金屬磁粉表面反應，在金屬磁粉表面生成并吸附一層磷酸鹽及硼酸鹽層，獲得所需B、P擴散源；然后在真空氣氛下，進行擴散反應，金屬磁粉表面的B、P元素向金屬內部擴散，金屬磁粉表面滲B、P后，在金屬磁粉磷酸鹽及硼酸鹽包覆層下方形成含B或P的金屬間隙化合物，這層金屬間隙化合物，使內部電子迀移運動將受到束縛，電阻率得到提高；另外金屬磁粉表面的分解過后的無機鹽層也將繼續(xù)起到絕緣的作用，因此比起單純的磷酸無機鹽包覆，金屬磁粉電阻率將會更高。另外，殘余磁粉外部的硼酸，由于其具有低熔點的特征，高溫下將會起變成液態(tài)，起到無機粘結劑作用。采用該絕緣處理方法后制備的金屬磁粉芯具有損耗更低、磁芯強度更高的特點，由于不采用有機粘結劑，磁芯成本低，無熱老化，熱處理過程不排膠，經濟環(huán)保等諸多優(yōu)點。
[0015]作為優(yōu)選，在步驟(I)中，首先硼酸與水形成硼酸水溶液，其比例控制為1: 1，再將硼酸水溶液、磷酸、丙酮比例按質量比為2: X: Y配成混合溶液，其中X為1-5任何數字，Y為5-20任何數字。
[0016]作為優(yōu)選，在步驟(2)中，鈍化液與金屬磁粉的重量比為1: 8-1: 12之間。
[0017]作為優(yōu)選，在步驟(3)中，在真空氣氛保護下，快速升溫至600-800度之間，保溫時間為1-24小時。金屬磁粉表面的B、P無機層將向磁粉內部擴散，金屬磁粉無機鹽層下面將形成高電阻率的B、P元素擴散層，束縛了金屬表層電子迀移，起到提高電阻率的作用。
[0018]作為優(yōu)選，在步驟(4)中，振動過篩后，選取-100目金屬磁粉。由于在元素擴散時，采用了 600度以上的高溫，其中的硼酸分解成的B2O3,融化后發(fā)生凝固，造成部分金屬磁粉粘連，因此需要進行振動過篩，選取-100目金屬磁粉。
[0019]作為優(yōu)選，在步驟(5)中，成型壓力為800MPa_2200MPa，保壓時間為2-20s。
[0020]作為優(yōu)選，在步驟(6)中，熱處理溫度為450-780度，熱處理時間為0.5-5小時。
[0021]作為優(yōu)選，在步驟(7)中，表面噴漆之后，在120-160度之間固化漆層，固化時間為
20-30分鐘ο
[0022]作為優(yōu)選，所述的金屬磁粉為鐵粉、鐵硅粉、鐵硅鎳粉、鐵鎳粉、鐵鎳鉬粉、鐵硅鋁粉中的一種或多種。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:可以提高金屬磁粉表面的絕緣性，提高金屬磁粉顆粒本身的電阻率及磁粉之間的接觸電阻，對后續(xù)制備的金屬磁粉芯起到降低渦流損耗，進一步提高了金屬磁粉芯使用頻率；采用無機粘結包覆劑直接成型，不需要采用有機粘結劑來提高成型性，可有效降低成本，且提高了磁芯強度，熱處理過程中不分解有機粘結劑，無大氣污染。
【具體實施方式】
[0024]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步的描述。
[0025]實施例1:
[0026]將磷酸、硼酸、水、丙酮制備成混合溶液，首先硼酸與水形成硼酸水溶液，其比例控制為1: 1，再將硼酸水溶液、磷酸、丙酮比例按質量比為2: I: 20配成混合溶液。取配制好的鈍化液，加入鐵粉當中，鈍化液與鐵粉的重量比為1: 8，充分混合，使其均勻，鐵粉表面生成磷酸鹽與硼酸鹽層成為擴散源。將表面鈍化后的鐵粉，轉移于ZrO2盒子中，在真空氣氛保護下，快速升溫至600度，保溫時間為I小時，隨爐冷卻。金屬磁粉表面的B、P無機層將向金屬磁粉內部擴散，鐵粉表面無機鹽層下面將形成高電阻率的B、P元素擴散層，束縛了金屬表層電子迀移，起到提高電阻率的作用。由于在元素擴散時，采用了 600度及以上的高溫，其中的硼酸分解成的B2O3，融化后發(fā)生凝固，造成部分鐵粉粘連，因此需要振動過篩，過篩選取-100目鐵粉。往鐵粉加入潤滑劑和脫模劑，攪拌均勻，置于壓機的模腔內成型，成型成27mmX 14.6mmX 11.2mm的磁環(huán)，成型壓力為800MPa，保壓時間為2s，制得所需毛坯。將毛坯置于N2保護或真空爐子中進行熱處理，熱處理溫度為450度，熱處理時間為5小時，隨爐冷卻，獲得所需磁體。采用環(huán)氧樹脂漆對磁體表面進行噴涂，然后在120度固化，固化時間為30分鐘，制得所需磁芯。
[0027]實施例2:
[0028]將磷酸、硼酸、水、丙酮制備成混合溶液，首先硼酸與水形成硼酸水溶液，其比例控制為1: 1，再將硼酸水溶液、磷酸、丙酮比例按質量比為2: 2: 5配成混合溶液。取配制好的鈍化液，加入鐵硅粉當中，鈍化液與鐵硅粉的重量比為1: 12，充分混合，使其均勻，易于在鐵硅粉表面均勻成膜，鐵硅粉表面生成磷酸鹽與硼酸鹽層成為擴散源。將表面鈍化后的鐵硅粉，轉移于21<)2盒子中，在真空氣氛保護下，快速升溫至800度，保溫時間為24小時，爐冷。金屬磁粉表面的B、P無機層將向金屬磁粉內部擴散，鐵硅粉表面無機鹽層下面將形成高電阻率的B、P元素擴散層，束縛了金屬表層電子迀移，起到提高電阻率的作用。由于在元素擴散時，采用了 600度以上的高溫，其中的硼酸分解成的B2O3,融化后發(fā)生凝固，造成部分鐵硅粉粘連，因此需要振動過篩，過篩選取-100目鐵硅粉。往鐵硅粉加入潤滑劑和脫模劑，攪拌均勾，置于壓機的模腔內成型，成型成27mmX 14.6mmX 11.2mm的磁環(huán)，成型壓力為2000MPa，保壓時間為10s，制得所需毛坯。將毛坯置于隊保護或真空爐子中進行熱處理，熱處理溫度為750度，熱處理時間為I小時，隨爐冷卻，獲得所需磁體。采用環(huán)氧樹脂漆對磁體表面進行噴涂，然后在160度固化，固化時間為20分鐘，制得所需磁芯。
[0029]實施例3:
[0030]將磷酸、硼酸、水、丙酮制備成混合溶液，首先硼酸與水形成硼酸水溶液，其比例控制為1: 1，再將硼酸