本發(fā)明涉及一種鐵硅磁粉芯及制備方法，特別是涉及一種新型鐵硅磁芯及其制備方法。
背景技術(shù)：
在電源電器開(kāi)關(guān)設(shè)備中磁芯或是磁粉芯是其主要元配件之一，其在很大程度上決定著開(kāi)關(guān)電源的質(zhì)量與節(jié)能降耗的功效。目前鐵硅磁粉芯在大電流下直流偏執(zhí)能力較差，不能滿足現(xiàn)有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，而以此磁粉芯生產(chǎn)制備的電子元器件，其難以達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量技術(shù)要求。另一方面，現(xiàn)有制備鐵硅鋁磁粉芯的方法，通常使用破碎法等，其制備的電子器件直流偏執(zhí)能力較差，損耗更高，制造工藝復(fù)雜，質(zhì)量不穩(wěn)定。
開(kāi)關(guān)電源是現(xiàn)在生活中離不開(kāi)的用電設(shè)備。如材料工程、電子學(xué)領(lǐng)域的開(kāi)關(guān)電源用PFC功率因素校正，磁性器件等。從家庭用的燈飾、空調(diào)、電視、電腦電源等到辦公室打印復(fù)印機(jī)等等。隨著國(guó)內(nèi)外能源日益緊張，環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，對(duì)用電設(shè)備節(jié)能降耗的要求越來(lái)越高，也就對(duì)其電源使用效率的要求越來(lái)越高。
在現(xiàn)有的開(kāi)關(guān)電源中存在兩類主要問(wèn)題：一是不同負(fù)載時(shí)效率無(wú)法均衡；用電設(shè)備不會(huì)24小時(shí)都在額定功率滿負(fù)荷運(yùn)行，有部分時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)。而主動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)針對(duì)50%以上負(fù)載做主要設(shè)計(jì)，導(dǎo)致輕載時(shí)電源的效率低下。如何來(lái)調(diào)整輕載是負(fù)載阻抗，使PFC作用在輕重載時(shí)均能有效發(fā)揮作用，提高能效。二是斷續(xù)工作模式下的主動(dòng)式PFC或者感性負(fù)載上有交變的大電流，都會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)器件容易受到損傷，開(kāi)關(guān)損耗加大，無(wú)功功耗增加，降低整機(jī)的效率。如何來(lái)提出的新型器件，能有效提高瞬變感抗，降低瞬態(tài)電流，起到軟開(kāi)關(guān)的作用。從而能有效降低開(kāi)關(guān)損耗，提高能效。
因此，如何來(lái)提供一種開(kāi)關(guān)電源中存在兩類主要問(wèn)題的開(kāi)關(guān)電源的設(shè)備，即鐵硅磁芯，是當(dāng)前現(xiàn)實(shí)中需要面對(duì)和解決的問(wèn)題。能有效降低開(kāi)關(guān)損耗，提高能效，同時(shí)提高其直流偏執(zhí)能力，實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能功效。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明是提供一種新型鐵硅磁芯及其制備方法，其是由鐵硅合金粉末顆粒和金屬卷繞磁芯帶材混合制成，制備的鐵硅鋁，磁芯能有效提高瞬變感抗，降低瞬態(tài)電流，起到軟開(kāi)關(guān)的作用。從而能有效降低開(kāi)關(guān)損耗，提高能效。
本發(fā)明提供一種新型鐵硅鋁磁芯，其是由如下質(zhì)量組分組成:鐵硅鋁合金粉末顆粒80-99%，余量為金屬軟磁帶卷繞磁芯材；控制所述鐵硅鋁合金粉末顆粒大小為-100至-500目，所述金屬軟磁帶卷繞磁芯材為厚度15 -500微米的金屬帶。
本發(fā)明所述一種新型導(dǎo)鐵硅鋁磁芯，優(yōu)選是所述鐵硅鋁合金粉末顆粒形狀為球形狀或片狀；所述金屬軟磁帶材為鐵基非晶、鈷基非晶、鐵基納米晶、鐵硅、鐵鎳帶材之一種或幾種。
本發(fā)明另一目的是一種新型鐵硅鋁磁芯的制備方法，是以鐵硅合金粉末顆粒為原料，其包括以下方法步驟：
1）鐵硅合金粉末顆粒除濕包覆處理，先將顆粒大小為-100至-500目的鐵硅合金粉末顆粒用除濕劑進(jìn)行除濕處理，然后與絕緣包覆劑混合處理，控制混合處理溫度為15-130℃，混合處理時(shí)間為5-80分鐘，為處理鐵硅合金粉末顆粒；
2）金屬軟磁帶卷繞磁芯材熱處理，將厚度為15-500微米的金屬帶，置于硅酸鈉或硅酸鉀溶液中浸泡，然后在50℃-200℃溫度下，保溫固化處理、冷卻，為熱處理金屬軟磁帶卷繞磁芯材；
3）制鐵硅磁芯粗品，將1）步處理鐵硅鋁合金粉末顆粒和2）步熱處理金屬軟磁帶卷繞磁芯材混合為混合物，控制混合物中處理納米晶合金粉末顆粒質(zhì)量比為80-99%，余量為熱處理金屬軟磁帶卷繞磁芯材，將混合物置于所需的形狀、大小模具中，加壓成型，為鐵硅磁芯粗品，控制加壓成型的壓力為10-30T/cm2，控制加壓時(shí)間為1-30秒；
4）制鐵硅鋁磁芯處理產(chǎn)品，將上步鐵硅磁粉芯粗品置于熱處理裝置中，于真空或惰性氣體保護(hù)條件下進(jìn)行預(yù)處理，控制預(yù)處理溫度為100℃-300℃，壓力為0.1Pa-0.001Pa， 預(yù)處理時(shí)間為10-80分鐘；為鐵硅磁芯處理產(chǎn)品；
5）制鐵硅磁芯產(chǎn)品，將鐵硅磁芯處理產(chǎn)品，于熱處理裝置中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)處理，控制高溫?zé)Y(jié)環(huán)境為惰性氣體或真空狀態(tài)下進(jìn)行，控制高溫?zé)Y(jié)溫度為300℃-450℃，燒結(jié)時(shí)間為10-80分鐘，于此溫度下恒溫保持不大于120分鐘，冷卻，最后倒角涂層，即為新型鐵硅磁芯產(chǎn)品。
本發(fā)明所述的制備方法，優(yōu)選的，是1）步所述絕緣包覆劑為如下質(zhì)量比組分硅酸鈉5-8、硅酸鉀30、正硅酸乙酯20-25、硬脂酸鋅10-15硅酮樹(shù)脂10-15、云母5-8、高嶺土20-25混合組成。
本發(fā)明所述的制備方法，優(yōu)選的，是1）步經(jīng)除濕處理的納米晶合金粉末顆粒與絕緣包覆劑混合，控制所述絕緣包覆劑加入量為納米晶合金粉末顆粒質(zhì)量的0.5-8Wt%。
本發(fā)明所述的制備方法，優(yōu)選的，是1）步所述除濕劑為質(zhì)量濃度為1-2Wt%無(wú)機(jī)酸和/或1-2 Wt%的硅酸鹽溶液的混合液；所述硅酸鹽為硅酸鈉和/或硅酸鉀。
本發(fā)明所述無(wú)機(jī)酸為磷酸或硫酸或鹽酸，亦或磷酸和硫酸，磷酸和鹽酸的混合。
所述的制備方法，進(jìn)一步的，是2）步金屬軟磁帶卷繞磁芯材熱處理，控制所述硅酸鈉或硅酸鉀溶液的質(zhì)量濃度為1-20Wt%，控制浸泡2-20分鐘，控制維持保溫固化處理時(shí)間10-80分鐘。
本發(fā)明所述的制備方法，優(yōu)選的，是5）步所述高溫?zé)Y(jié)是分三次的階段化加熱、升溫、恒溫?zé)Y(jié)處理，第一階段加熱10-20min,升溫至300－350℃,恒溫保溫10-20min；第二階段加熱10-20min,升溫至350－400℃，恒溫保溫10-20min；第三階段加熱10-20min,升溫至400－450℃，恒溫保溫20-40min；最后，爐冷卻至室溫新型鐵硅磁芯產(chǎn)品。
本發(fā)明所述冷卻為空氣中自然或風(fēng)冷冷卻。
本發(fā)明采用上述步驟方法，制備的新型鐵硅磁芯的應(yīng)用，能調(diào)整輕載是負(fù)載阻抗，使PFC作用在輕重載時(shí)均能有效發(fā)揮作用，提高能效。在大電流下直流偏執(zhí)能力較高，可滿足現(xiàn)有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求；二是斷續(xù)工作模式下的主動(dòng)式PFC或者感性負(fù)載上有交變的大電流，都會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)器件容易受到損傷，開(kāi)關(guān)損耗加大，無(wú)功功耗增加，降低整機(jī)的效率。本發(fā)明制備的新型器件，能有效提高瞬變感抗，降低瞬態(tài)電流，起到軟開(kāi)關(guān)的作用。有效降低開(kāi)關(guān)損耗，提高能效。與現(xiàn)有方法制備的磁芯相比，降低了大電流的瞬變損耗，提高瞬變阻抗，起到大電流瞬間通斷軟著陸的作用，保護(hù)用電設(shè)備，提高電源功率因素。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述說(shuō)明。
本發(fā)明一種新型鐵硅鋁磁芯，是以鐵硅合金粉末顆粒為原料，和金屬軟磁帶材混合制成，其的制備方法步驟如下：
1）鐵硅合金粉末顆粒除濕包覆處理，先將顆粒大小為-100至-500目的鐵硅合金粉末顆粒用除濕劑進(jìn)行除濕處理，然后與絕緣包覆劑混合處理，控制混合處理溫度為15-130℃，混合處理時(shí)間為5-80分鐘，為處理鐵硅合金粉末顆粒；
2）金屬軟磁帶卷繞磁芯材熱處理，將厚度為15-500微米的金屬帶，置于硅酸鈉或硅酸鉀溶液中浸泡，然后在50℃-200℃溫度下，保溫固化處理、冷卻，為熱處理金屬軟磁帶卷繞磁芯材；
3）制鐵硅磁芯粗品，將1）步處理鐵硅合金粉末顆粒和2）步熱處理金屬軟磁帶卷繞磁芯材混合為混合物，控制混合物中處理鐵硅鋁合金粉末顆粒質(zhì)量比為80-99%，余量為熱處理金屬軟磁帶卷繞磁芯材，將混合物置于所需的形狀、大小模具中，加壓成型，為鐵硅磁芯粗品，控制成型壓力為10-30T/cm2，控制加壓時(shí)間為1-30秒；
4）制鐵硅磁芯處理產(chǎn)品，將上步鐵硅磁芯粗品置于熱處理裝置中，于真空或惰性氣體保護(hù)條件下進(jìn)行預(yù)處理，控制預(yù)處理溫度為100℃-300℃，壓力為0.1Pa-0.001Pa， 預(yù)處理時(shí)間為10-80分鐘；為鐵硅磁芯處理產(chǎn)品；
5）制鐵硅磁芯產(chǎn)品，將鐵硅磁芯處理產(chǎn)品于熱處理裝置中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)處理，控制高溫?zé)Y(jié)環(huán)境為惰性氣體或真空狀態(tài)下進(jìn)行，控制高溫?zé)Y(jié)溫度為300℃-450℃，燒結(jié)時(shí)間為10-80分鐘，于此溫度下恒溫保持不大于120分鐘，冷卻，最后倒角涂層，即為新型鐵硅磁芯產(chǎn)品。
本發(fā)明所述的制備方法，優(yōu)選的，是1）步所述絕緣包覆劑為如下質(zhì)量比組分硅酸鈉5-8、硅酸鉀30、正硅酸乙酯20-25、硬脂酸鋅10-15硅酮樹(shù)脂10-15、云母5-8、高嶺土20-25混合組成。
進(jìn)一步的具體操作為，1）將-100至-500目的鐵硅合金粉末，先除濕處理，然后加入占鐵硅鋁合金粉末質(zhì)量比為0.5%到8%的絕緣包覆劑進(jìn)行充分混合，所述絕緣包覆劑如下質(zhì)量比組分硅酸鈉5-8、硅酸鉀30、正硅酸乙酯20-25、硬脂酸鋅10-15硅酮樹(shù)脂10-15、云母5-8、高嶺土20-25混合組成。所述絕緣包覆劑可為上面所述各組分之間的配比，也可以按現(xiàn)有技術(shù)的方案進(jìn)行配置，混合時(shí)溫度控制在15-130℃，混合時(shí)間為5到80分鐘；
2）將厚度為15-500微米的金屬帶，所述金屬帶材料成分組成為鐵基非晶、鈷基非晶、鐵基納米晶、鐵硅、鐵鎳帶材之一種或幾種帶材；放在稀釋50倍到5倍即質(zhì)量比濃度為1-20Wt%的硅酸鈉或硅酸鉀中浸泡2-20分鐘，然后在50℃至200℃溫度下維持10到80分鐘進(jìn)行固化處理、冷卻；
3）按比例為80%到99%的處理過(guò)的鐵硅合金粉末和比例為20%到1%的處理金屬軟磁帶卷繞磁芯材即金屬帶，放入需要的形狀和尺寸大小的設(shè)計(jì)模具中，進(jìn)行加壓成型，壓力控制在10-30T/cm2，表示每平方厘米10-30噸，到規(guī)定壓力后，維持1-30秒成型，為鐵硅磁芯粗品；
4）成型后的鐵硅磁芯粗品產(chǎn)品在真空熱處理爐真空壓力為0.1Pa-0.001Pa或者惰性氣體條件下進(jìn)行預(yù)處理，處理溫度為100℃-300℃，時(shí)間為10-80分鐘，為鐵硅磁芯處理產(chǎn)品；
5）制產(chǎn)品，將上步的鐵硅磁芯處理產(chǎn)品，再在真空壓力為0.1Pa-0.001Pa下或者流量為3升/分的惰性氣體所述惰性氣體為氮?dú)饣蛘邭鍤鈼l件中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)處理，所述高溫?zé)Y(jié)處理是分三次的階段化加熱、升溫、恒溫?zé)Y(jié)處理，第一階段加熱10-20min,升溫至300－350℃,恒溫保溫10-20min；第二階段加熱10-20min,升溫至350－400℃，恒溫保溫10-20min；第三階段加熱10-20min,升溫至400－450℃，恒溫保溫20-40min；最后，爐冷卻至室溫，經(jīng)倒角，外表涂層即為新型鐵硅磁芯產(chǎn)品。
實(shí)施例1
1）將150目重量為23.5克的鐵硅合金粉末，放入1%磷酸+1%硅酸鈉溶液混合液中浸泡10分鐘，然后在100℃的溫度下烘烤二十分鐘；2）將厚度為25微米的鐵基非晶（國(guó)標(biāo)1k101）金屬卷繞磁芯（尺寸為OD23mm*ID20mm*HT6.5mm），用質(zhì)量濃度為3%的硅酸鈉進(jìn)行5分鐘浸泡，然后用200℃烘烤50分鐘。3）將重量12g處理后的鐵硅合金粉末放入OD26.9mm*ID14.7mm*HT11.2mm是模腔中；4）將本實(shí)施例的第二步制備好的金屬卷繞磁芯即金屬帶，放入模腔中；5）然后再將余下的11.5克鐵硅合金粉末放入其中。6）壓力達(dá)到21T/cm2時(shí)，保持10秒鐘，退模成型。7）將加壓成型的磁粉芯在真空度0.08Pa的條件下，加溫200℃保溫50分鐘預(yù)處理。8）在同樣的真空條件下，將溫度升到420℃恒溫60分鐘，隨爐冷卻取出，冷卻至室溫，取出倒角、表面涂層，完成即制成新型鐵硅磁芯產(chǎn)品。
實(shí)施例2 本實(shí)施具體實(shí)施方案除下述說(shuō)明外其余與實(shí)施例1及上述說(shuō)明之處相同；
1）將250目重量為40克的鐵硅合金粉末，放入0.8g正硅酸乙酯和0.8g硬脂酸鋅組成的溶液中，浸泡并加溫到80℃，維持20分鐘；2）將厚度為50微米的鐵鎳合金帶材，型號(hào)為國(guó)標(biāo)1j79，卷繞磁芯，其尺寸為OD30mm*ID24mm*HT10mm，用質(zhì)量濃度為1%左右的硅酸鈉進(jìn)行5分鐘浸泡，然后用300℃烘烤30分鐘。3）將重量20g處理后的鐵硅合金粉末放入OD40mm*ID15mm*HT14mm是模腔中；4）將本實(shí)施例第二步制備好的金屬卷繞磁芯放入模腔中。5）然后再將余下的20克納米晶合金粉末放入其中；6）壓力達(dá)到18T/cm2時(shí)保持15秒鐘，退模成型。7）在流量為5升/分的氮?dú)鈼l件中進(jìn)行燒結(jié)處理，處理溫度為410℃，保溫時(shí)間為90分鐘；將完成任務(wù)的產(chǎn)品進(jìn)行倒角，外表涂層。即制成新型鐵硅磁芯產(chǎn)品。本實(shí)施例燒結(jié)處理可采用分三次的階段化加熱、升溫、恒溫?zé)Y(jié)處理，制備出的新型鐵硅磁芯產(chǎn)品質(zhì)量更佳。
下面將上述本發(fā)明方法制備的新型鐵硅磁芯產(chǎn)品和現(xiàn)有技術(shù)制備的相似鐵硅磁芯產(chǎn)品的性能測(cè)試說(shuō)明表1。
表1
說(shuō)明：本發(fā)明使用裝置磁導(dǎo)率測(cè)試儀表為日本日置3532電橋。磁場(chǎng)提供為常州同惠TH1775偏流源。表1中是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。從上表1看出，經(jīng)本發(fā)明改進(jìn)后的磁芯在0.2奧斯特(Oe)之前，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有非晶粉芯。0.2（Oe）時(shí)基本為帶材本體磁芯的初始磁導(dǎo)率。用航嘉金牌80plus\500w pc電源測(cè)試，在典型負(fù)載（50%負(fù)載）時(shí)，現(xiàn)有鐵硅鋁磁粉芯測(cè)試效率為82.5%，本實(shí)施例1和實(shí)施例2磁芯測(cè)試分別提升到85.8%和84%。由此可以看使用本發(fā)明方案的磁芯能有效提高電源效率，且效率與添加磁芯磁導(dǎo)率高低有一定關(guān)聯(lián)。