[發明專利]一種鐵粉芯及其制備方法

有效

• 申請號: 201610524987.6
• 申請日: 2016-07-01
• 公開（公告）號: CN105957682B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 湛永鐘;黃金芳;葉海梅;王勇;梁江;王肖錚;羅浩;柳帥;陳曉嫻;吳俊彥
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: H01F1/33
• 分類號: H01F1/33;B22F3/02;B22F3/10;C22C38/18;C22C38/04
• 代理公司: 南寧啟創知識產權代理事務所(特殊普通合伙)45122
• 代理人: 謝美萱

技術領域

本發明屬于粉末冶金技術領域，特別涉及粉末冶金法制備鐵粉芯的方法。

背景技術

鐵粉芯被廣泛用于儲能電感器、調光抗流器、EMI噪音濾波器、DC輸出/輸入濾波哭等。由于鐵粉芯中固有的分布式氣隙特性，因此鐵粉芯非常適用于用在儲能式電感中。此外，用鐵粉芯來替代鐵鎳相磁粉（MPP）的高磁通量磁芯或鐵硅鋁芯是一種高性價比設計。

鐵粉芯適用于－60℃～125℃的溫度范圍，當磁芯處于較高的溫度環境中，會使電感品質因數（Q）永久性的降低，這是由于其在制造過程中使用了有機粘結劑，如環氧樹脂等，當使用溫度超過150℃時，其材料內部的樹脂會惡化，使磁芯的損耗增大，降低鐵粉芯的使用壽命。

軟磁粉芯采用粉末冶金技術制造，由表面具有包覆層的鐵基粉末顆粒組成，可以一步壓制成具有復雜形狀的部件，并具有良好的三維各向同性磁性能和熱特性， 以及中高頻率下較低的渦流損耗，能在一些具有復雜形狀和磁路的電機和較高頻率下工作的電機中用作鐵芯材料，取得廣泛應用的同時能給電源電機設計帶來革命性的變化。隨著電子器件小型化和高頻化的發展，微電機、小功率電機和抗電磁干擾元件等被廣泛應用于汽車、機器人、辦公和家庭自動化設備中，具有獨特性能的鐵粉芯在這些領域的應用將產生巨大的經濟效益。

由于粉末冶金方法能壓制成最終尺寸的壓坯，而不需要或很少需要隨后的機械加工，故能大大節約金屬，降低產品成本。用粉末冶金方法制造產品時，金屬的損耗只有1-5%。

發明內容

本發明的目的是提供一種鐵粉芯及其制備方法，采用合理的原料配比，在傳統鐵粉中加入鉻，錳鋅鐵氧體來調節性能；同時嚴格控制球磨過程中的各項參數，燒結過程中溫度低、制備出來的鐵粉芯不僅組織細化，成品率高，產物致密度高，硬度大、磁性好，成本低。

本發明所用原料的組分及重量百分比為鉻4%～6.5%，錳鋅鐵氧體（Mn_0.8Zn_0.2Fe₂O₄）5%～10%，余量為純鐵粉。

作為技術方案的優選，所用原料組分及重量百分比為鉻5%，錳鋅鐵氧體（Mn_0.8Zn_0.2Fe₂O₄）5%，余量為純鐵粉。

本發明中純鐵粉、鉻以及錳鋅鐵氧體純度都在99.0%以上，純鐵粉為還原鐵。

加入鉻（純度99.9 wt.%）的目的是為了增加樣品抗腐蝕性及測試高硬度高熔點，為了增加樣品的電阻率、調節其磁導率而添加錳鋅鐵氧體（Mn_0.8Zn_0.2Fe₂O₄，純度99 wt.%），以提高鐵粉芯的整體性能。

本發明的鐵粉芯的制備方法，包括如下步驟：

（1）原料球磨處理，將純鐵粉、錳鋅鐵氧體、鉻分別進行球磨處理，球磨時間為40~45h，磨球為直徑10mm和6mm的兩種規格的鉻鋼球，直徑10mm鉻鋼球和直徑6mm鉻鋼球的球數比為3~4 : 1；球料比為10~15 : 1；過程控制劑采用無水乙醇，添加量為原料總質量的0.6~1%；

（2）原料混合，按照原料重量百分比為稱取原料，攪拌混合40~60min，混合均勻得到混合粉末；

（3）粉末壓制，將混合粉末在材料試驗機中壓制成形，其壓制壓力為980~1000 MPa，保壓時間為5~10s；

（4）燒結，將壓制成形的材料在真空燒結爐中燒結，燒結溫度為300～850℃，時間為2~2.5h，即可得到鐵粉芯。

為了提高鐵粉芯的性能，對參數進一步優化，鐵粉芯的制備方法包括如下步驟：

（1）原料球磨處理，將純鐵粉、錳鋅鐵氧體、鉻分別進行球磨處理，球磨時間為45h，磨球為直徑10mm和6mm的兩種規格的鉻鋼球，直徑10mm鉻鋼球和直徑6mm鉻鋼球的球數比為4 : 1；球料比為15 : 1；過程控制劑采用無水乙醇，添加量為原料總質量的0.6%；

（2）原料混合，按照原料重量百分比稱取原料，攪拌混合60min，混合均勻得到混合粉末；

（3）粉末壓制，將混合粉末在材料試驗機中壓制成形，其壓制壓力為980 MPa，保壓時間為5s；

（4）燒結，將壓制成形的材料在真空燒結爐中燒結，燒結溫度為850℃，時間為2~2.5h，即可得到鐵粉芯。

本發明采用的純鐵粉的純度可達99.99%以上，純鐵粉粒度為110 ~180目，錳鋅鐵氧體粒度為60～80目，鉻粒度為80～100目。