本技術(shù)涉及金屬軟磁材料領(lǐng)域，尤其涉及一種高頻高磁導(dǎo)率金屬軟磁粉芯及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著氮化硅、氮化鎵等三代半導(dǎo)體的成功普及，一體電感作為相應(yīng)配套（儲存能量、轉(zhuǎn)化能量）的重要磁性元器件，迫切需要迭代升級，向更輕、更薄、更小的目標(biāo)研發(fā)，順應(yīng)市場對于高頻電感需求的大趨勢。

2、發(fā)明人在實(shí)踐研究過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的高磁導(dǎo)率的工藝方法，原粉粉末粒徑普遍大于500目，此類方法雖然能提高磁導(dǎo)率，但由渦流損耗公式p?=?kfb2δ2v，（p為渦流損耗功率，k為常數(shù)，f為電磁場的頻率，b為磁感應(yīng)強(qiáng)度，δ為導(dǎo)體的電阻率，v為導(dǎo)體的體積）可知，工作頻率和導(dǎo)體體積與渦流損耗成正相關(guān)，工作頻率和導(dǎo)體體積越大，渦流損耗越高，發(fā)熱問題也會更加嚴(yán)重，且發(fā)熱問題會直接影響到器件的使用壽命，所以大粒徑的金屬粉末不適用于高頻領(lǐng)域。另外，在相同尺寸及工作頻率的條件下，一體電感儲能能力可由單位功率密度公式（?li2）/v（l為電感值，i為飽和電流，v為一體電感的體積）來比較，由此可知，電感值和飽和電流與單位功率密度成正相關(guān)，體積與單位功率密度成負(fù)相關(guān)，相同尺寸下可以得到更大功率的電感，相同功率下可以得到更小尺寸的電感。

3、因此，急需開發(fā)一種磁導(dǎo)率和功率密度高的金屬軟磁材料以滿足dc-dc、供電電路中超高開關(guān)頻率，mhz級別電源電路的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本技術(shù)提供了一種高頻高磁導(dǎo)率金屬軟磁粉芯及其制備方法，本技術(shù)的制備方法簡單，反應(yīng)條件溫和，成本低，同時(shí)簡化了現(xiàn)有的工藝流程，可自動化大規(guī)模生產(chǎn)。本技術(shù)制備的高頻高磁導(dǎo)率金屬軟磁粉芯具有高頻率、高磁感強(qiáng)度和高單位功率密度等優(yōu)點(diǎn)，特別是采用高溫?zé)崽幚碜畲蟪潭柔尫帕私饘佘洿挪牧系膬?nèi)應(yīng)力，降低矯頑力，顯著提升密度和磁導(dǎo)率。將高頻高磁導(dǎo)率金屬軟磁粉芯加工制作一體成型電感，具有尺寸小，性能優(yōu)異等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于dc-dc、供電電路中超高開關(guān)頻率，mhz級別電源電路的需求。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種高頻高磁導(dǎo)率金屬軟磁粉芯的制備方法，采用如下技術(shù)方案：

3、一種高頻高磁導(dǎo)率金屬軟磁粉芯的制備方法，包括以下步驟：

4、s1、?篩選預(yù)設(shè)粒徑的軟磁合金粉末，并按預(yù)設(shè)質(zhì)量稱??；

5、s2、將有機(jī)溶劑和鈍化劑用磁力攪拌器均勻混合后，再將軟磁合金粉加入其中，攪拌混合，烘干，過500目篩后，得到鈍化粉；

6、s3、將有機(jī)溶劑和膠粘劑用磁力攪拌器均勻混合后，向其中加入鈍化粉攪拌混合至半潤濕狀態(tài)，過40-200目篩后，烘干，得造粒粉；

7、s4、向造粒粉中加入脫模劑，油壓機(jī)模壓成型，清理邊角毛刺，得到毛坯件；

8、s5、在空氣氣氛下，將毛坯件放入烘箱進(jìn)行固化處理，得到固化件；

9、s6、將固化件放入真空管式爐中，用機(jī)械泵抽真空后進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚玫礁哳l高磁導(dǎo)率金屬軟磁粉芯。

10、通過采用上述技術(shù)方案，s1步驟:篩選預(yù)設(shè)粒徑的軟磁合金粉末，并按預(yù)設(shè)質(zhì)量稱取。這一步是為了確保所選的軟磁合金粉末具有合適的粒度和形狀，以滿足后續(xù)工藝的需求。同時(shí)，按預(yù)設(shè)質(zhì)量稱取可以保證產(chǎn)品的一致性和可重復(fù)性。s2步驟:將有機(jī)溶劑和鈍化劑用磁力攪拌器均勻混合后，再將軟磁合金粉加入其中，攪拌混合，烘干，過500目篩后，得到鈍化粉。這一步驟的目的是通過鈍化劑與金屬粉末表面反應(yīng)生成鈍化層來改善軟磁合金粉末的表面性質(zhì)，提高其抗氧化性和耐腐蝕性。同時(shí)，通過烘干和過篩操作可以獲得均勻的鈍化粉。s3步驟:將有機(jī)溶劑和膠粘劑用磁力攪拌器均勻混合后，向其中加入鈍化粉攪拌混合至半潤濕狀態(tài)，過40-200目篩后，烘干，得造粒粉。這一步驟的目的是通過與有機(jī)溶劑和膠粘劑的混合可以使軟磁合金粉末表面的絕緣材料包覆更加均勻，提高材料絕緣特性。同時(shí)，通過攪拌至半潤濕狀態(tài)過篩和烘干操作可以獲得均勻的造粒粉。s4步驟:向造粒粉中加入脫模劑，油壓機(jī)模壓成型，清理邊角毛刺，得到毛坯件。這一步驟的目的是通過加入脫模劑來降低模具與材料之間的摩擦力，減少成型過程中的損傷。同時(shí)，通過油壓機(jī)模壓成型可以得到具有一定形狀和尺寸的毛坯件。最后，清理邊角毛刺可以提高產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。s5步驟:在空氣氣氛下，將毛坯件放入烘箱進(jìn)行固化處理，得到固化件。這一步驟的目的是通過加熱使材料中的有機(jī)物質(zhì)揮發(fā)或分解，從而增強(qiáng)材料的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性。同時(shí)，固化處理還可以消除材料內(nèi)部的應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高產(chǎn)品的可靠性。s6步驟:將固化件放入真空管式爐中，用機(jī)械泵抽真空后進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，得到高頻高磁導(dǎo)率金屬軟磁粉芯。這一步驟的目的是通過高溫?zé)崽幚韥碚{(diào)整材料的組織結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)，如密度、矯頑力等。同時(shí)，真空環(huán)境下可以避免氧化反應(yīng)的發(fā)生，保證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。

11、優(yōu)選的，步驟s1中，所述軟磁合金粉末為鐵硅鉻合金粉末，按質(zhì)量百分比計(jì)，包括：si4.5-6.0wt％，cr4.0-6.0wt％，mn0.01-0.03wt％，余量為fe。

12、優(yōu)選的，所述鐵硅鉻合金粉末的制備工藝為水氣聯(lián)合霧化法制得，所述鐵硅鉻合金粉末的顆粒d50為1-12μm。

13、通過采用上述技術(shù)方案，水氣聯(lián)合霧化法能夠生產(chǎn)出粒度細(xì)且球形度高的鐵硅鉻合金粉末，其顆粒d50為1-12um，這種細(xì)小且均勻的粒度有助于提高粉末的流動性和壓實(shí)性，從而在后續(xù)的成型過程中獲得更高的密度和更均勻的結(jié)構(gòu)。通過水氣聯(lián)合霧化法制得的鐵硅鉻合金粉末化學(xué)成分均勻，偏析小。這意味著每個(gè)粉末顆粒都具有一致的化學(xué)組成，這對于確保最終產(chǎn)品的性能一致性至關(guān)重要。細(xì)小且球形度高的粉末顆粒有助于提高粉末的磁性能，因?yàn)檫@樣的顆粒更容易在磁場中取向，從而提高磁導(dǎo)率。粒度細(xì)且球形度高的粉末顆粒有助于改善加工性能，使得在成型和燒結(jié)過程中更容易實(shí)現(xiàn)高密度和高強(qiáng)度。鐵硅鉻合金粉末具有良好的防銹性能，這減少了后續(xù)工序中對防銹處理的需求，簡化了工藝流程。水氣聯(lián)合霧化法制得的鐵硅鉻合金粉末具有低損耗特性，這意味著在高頻應(yīng)用中，材料的能量損耗較小，有助于提高電感等元件的效率。這種粉末具有較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，這對于提高電感等元件的性能非常有利。鐵硅鉻合金粉未具有良好的熱穩(wěn)定性和抗氧化性，能夠在高溫環(huán)境下保持穩(wěn)定的性能，這對于高溫?zé)崽幚聿襟E至關(guān)重要。水氣聯(lián)合霧化法是一種相對環(huán)保的生產(chǎn)方法，因?yàn)樗鼫p少了對環(huán)境的污染。在本技術(shù)中，這些特性共同作用，使得鐵硅鉻合金粉末成為制備高頻高磁導(dǎo)率金屬軟磁粉芯的理想選擇。通過使用這種粉末，可以生產(chǎn)出具有優(yōu)異磁性能、高頻率響應(yīng)和高單位功率度的軟磁材料，這些材料特別適用于dc-dc、供電電路中超高開關(guān)頻率，mhz級別的電源電路。此外，這些特性還有助于簡化生產(chǎn)工藝，降低成本，并提高產(chǎn)品的可靠性和性能。

14、優(yōu)選的，步驟s2中，所述鈍化劑為磷酸、磷酸二氫鋁、植酸和油酸中的至少一種；所述有機(jī)溶劑為乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮和無水乙醇中的至少一種；所述有機(jī)溶劑用量為軟磁合金粉質(zhì)量的6-15wt％，所述鈍化劑用量為軟磁合金粉質(zhì)量的0.1-1.0wt％；所述磁力攪拌器的轉(zhuǎn)速300r/min，攪拌溫度為35℃；所述烘干的溫度為80-100℃，時(shí)間為50-120min。

15、優(yōu)選的，步驟s3中，所述有機(jī)溶劑為乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮和無水乙醇中的至少一種；所述膠粘劑為硅酸鈉、硅酸鉀、改性有機(jī)硅樹脂、聚乙烯醇縮丁醛、聯(lián)苯型苯酚環(huán)氧樹脂中的至少一種;所述膠粘劑的用量為鈍化粉質(zhì)量的1.0-4.0％，所述有機(jī)溶劑的用量為鈍化粉質(zhì)量的8-15％，所述磁力攪拌器的轉(zhuǎn)速400r/min，攪拌溫度為25℃；所述烘干的溫度為60-100℃，時(shí)間為30-60min。

16、優(yōu)選的，步驟s4中，所述脫模劑為石蠟微粉、六方氮化硼、硬脂酸鋇、硬脂酸鋅中的至少一種;所述脫模劑的用量為造粒粉質(zhì)量的0.1-0.9wt％，所述模壓成型的壓力為8-19t/cm2。

17、通過采用上述技術(shù)方案，較高的模壓壓力有助于增加毛坯件的密度，減少孔隙率。高密度的材料能夠提供更好的磁性能，因?yàn)楦俚目諝忾g隙意味著磁通線可以更順暢地通過材料。適當(dāng)?shù)膲毫梢源龠M(jìn)粉末顆粒之間的結(jié)合提高材料的機(jī)械強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)完整性。這對于后續(xù)加工和實(shí)際應(yīng)用中的耐久性至關(guān)重要。相同的熱處理溫度下，壓力越高，磁感強(qiáng)度和單位功率密度越大。這是因?yàn)楦邏嚎梢允咕Я＜?xì)化，從而降低矯頑力，提高磁導(dǎo)率。同時(shí)，高壓也有助于減少內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)一步提升材料性能。在模壓成型過程中，精確的壓力控制有助于確保毛坯件的尺寸和形狀符合設(shè)計(jì)要求，這對于后續(xù)加工和成品質(zhì)量至關(guān)重要。與高溫?zé)崽幚韰f(xié)同作用高溫?zé)崽幚砜梢宰畲蟪潭柔尫沤饘佘洿挪牧系膬?nèi)應(yīng)力，而高壓模壓則為熱處理提供了一個(gè)均勻且致密的起始狀態(tài)，兩者協(xié)同作用，顯著提升了最終產(chǎn)品的密度和磁導(dǎo)率。模壓成型的壓力為8-19t/cm2的壓力范圍適用于自動化大規(guī)模生產(chǎn)，既保證了生產(chǎn)效率，又確保了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

18、優(yōu)選的，步驟s5中，所述固化處理的工藝條件為：按照以下階段逐步升溫，第一階段30min常溫升到60℃，第二階段保溫30min；第三階段接著30min升到90℃，保溫30min；第四階段30min升到120℃，保溫45min；第五階段最后45min升到180℃保溫120min后，自然冷卻至室溫。

19、優(yōu)選的，步驟s6中，所述抽真空的真空度為-0.1mpa，所述高溫?zé)崽幚淼墓に嚄l件為：按照以下階段逐步升溫，第一階段40min常溫升到150℃，保溫40min；第二階段接著40min升到300℃，保溫40min；第三階段40min升到450℃，保溫40min；第四階段40min升到600℃，保溫40min；第五階段最后40min升到660℃-780℃保溫120min，自然冷卻降溫至室溫。

20、通過采用上述技術(shù)方案，控制升溫速率可以確保材料內(nèi)部的應(yīng)力得到均勻釋放，避免因快速升溫導(dǎo)致的熱應(yīng)力集中或材料變形。適中的升溫速率有助于實(shí)現(xiàn)材料的均勻加熱和應(yīng)力的有效釋放。抽真空的真空度為-0.1mpa:在高溫?zé)崽幚砬斑M(jìn)行抽真空處理，可以去除材料中的氣體和揮發(fā)性物質(zhì)，減少氧化反應(yīng)的發(fā)生，保證材料的純凈度和性能穩(wěn)定性。此外，真空環(huán)境還可以提高熱處理的效果，使材料的組織結(jié)構(gòu)更加致密。高溫?zé)崽幚淼墓に嚄l件:第一階段:40min常溫升到150℃，保溫40min。這一階段主要是預(yù)熱材料，使材料逐漸適應(yīng)高溫環(huán)境，同時(shí)開始初步釋放內(nèi)應(yīng)力。第二階段:接著40min升到300℃，保溫40min。隨著溫度的升高，材料內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力進(jìn)一步釋放，同時(shí)開始發(fā)生相變和晶粒長大等微觀結(jié)構(gòu)變化。第三階段:40min升到450℃，保溫40min。在這一階段，材料的相變和晶粒長大過程繼續(xù)進(jìn)行，內(nèi)應(yīng)力得到更充分的釋放。第四階段:40min升到600℃，保溫40min此時(shí)，材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了顯著的變化，內(nèi)應(yīng)力得到了最大程度的釋放，矯頑力顯著降低。第五階段:最后40min升到660℃-780℃，保溫120min，自然冷卻降溫至室溫。這一階段是整個(gè)熱處理過程的關(guān)鍵，通過長時(shí)間的保溫和緩慢的自然冷卻，使材料的組織結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，從而獲得優(yōu)異的磁性能和物理性能。這些工藝條件的協(xié)同作用使得高頻高磁導(dǎo)率金屬軟磁粉芯具有優(yōu)異的性能。特別是高溫?zé)崽幚磉^程中對內(nèi)應(yīng)力的釋放、相變的控制以及晶粒長大的促進(jìn)，共同提高了材料的密度、磁導(dǎo)率和磁感強(qiáng)度。此外，抽真空處理還保證了材料的純凈度和性能穩(wěn)定性。因此，步驟s6中的這些工藝條件對于制備高性能的高頻高磁導(dǎo)率金屬軟磁粉芯至關(guān)重要。

21、第二方面，本技術(shù)提供一種高頻高磁導(dǎo)率金屬軟磁粉芯，采用如下的技術(shù)方案：

22、作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本技術(shù)還提供上述高頻高磁導(dǎo)率金屬軟磁粉芯的制備方法制備得到的高頻高磁導(dǎo)率金屬軟磁粉芯。

23、第三方面，本技術(shù)提供一種高頻高磁導(dǎo)率金屬軟磁粉芯的應(yīng)用，采用如下的技術(shù)方案：

24、作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本技術(shù)還提供一種一體成型電感，采用上述高頻高磁導(dǎo)率金屬軟磁粉芯制備得到。

25、綜上所述，本技術(shù)包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

26、1.簡化工藝流程:通過采用水氣聯(lián)合霧化法制備鐵硅鉻合金粉末，簡化了傳統(tǒng)的軟磁材料制備工藝，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率同時(shí)，該方法制得的粉末粒度細(xì)且球形度高有助于提高粉末的磁性能和加工性能。

27、2.提高磁性能:水氣聯(lián)合霧化法制得的鐵硅鉻軟磁合金粉末化學(xué)成分均勻，偏析小，能夠滿足高品質(zhì)應(yīng)用的需求。此外，該粉末具有良好的熱穩(wěn)定性和抗氧化性，能夠在高溫環(huán)境下保持穩(wěn)定的性能。因此，使用這種粉末制備的高頻高磁導(dǎo)率金屬軟磁材料產(chǎn)品具有更高的磁感強(qiáng)度和單位功率密度。

28、3.降低內(nèi)應(yīng)力:在固化處理過程中，未釋放金屬軟磁材料的內(nèi)應(yīng)力。通過進(jìn)一步的高溫?zé)崽幚?，可以最大程度地釋放?nèi)應(yīng)力，降低矯頑力，顯著提升密度和磁導(dǎo)率。這有助于提高軟磁粉芯等產(chǎn)品應(yīng)用的性能。

29、4.填補(bǔ)市場空白:順應(yīng)半導(dǎo)體高速發(fā)展趨勢將高頻高磁導(dǎo)率金屬軟磁材料應(yīng)用于dc-dc、供電電路中超高開關(guān)頻率，mhz級別的電源電路，填補(bǔ)市場空洞，有較大的開拓空間。

30、5.環(huán)保優(yōu)勢:水氣聯(lián)合霧化法制得的鐵硅鉻軟磁合金粉末具有良好的防銹性能、低損耗特性、高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，適用于一體成型電感等產(chǎn)品應(yīng)用。此外，該粉末無需再做防銹處理，簡化了工藝流程，可自動化大規(guī)模生產(chǎn)?？傊畾饴?lián)合霧化法制得的鐵硅鉻軟磁合金粉末在粒度、形狀、化學(xué)成分、磁性能和環(huán)保性等方面都具有顯著優(yōu)勢，適用于多種高性能應(yīng)用需求。