高强度的软磁合金粉末材料的制备方法

技术领域

本发明涉及磁性合金材料技术领域，特别涉及一种高强度的软磁合金粉末材料的制备方法。

背景技术

磁悬浮轴承可以凭借磁力支撑力而托举起高速转动的部件，具有能耗低、无需润滑油、寿命长、机械磨损小的优点，已经在中央空调高速离心机等领域得到应用；随着节能环保标准的提高，磁悬浮轴承的应用将会进一步快速推广。

磁悬浮轴承在高转速的模式下运转，高速转动的轴的表面和磁悬浮轴承均因其高速运转过程中切割磁感线而产生高频涡流，涡流发热导致磁悬浮轴承的磁场分布和运转变得不稳定。因此高电阻低涡流铁损、高机械强度的软磁材料是提高磁悬浮轴承高速运行稳定性和可靠性的关键。与此同时，电动汽车的加速推广应用和市场份额的逐步提高，电动汽车电池以及电机性能的提高是提高电动汽车性能的关键之所在。电动汽车电机在朝着紧凑高功率密度小型化的方向发展，尤其是中高频化，其中横向磁通电机具有高功率密度、高能功转换效率的优点，非常适合于电动汽车驱动电机。

由于铁基软磁粉末制备得到的软磁复合材料铁芯具有磁场3D取向、饱和磁感应强度高的优点，软磁粉末材料是制备横向磁通电机软磁铁芯最为理想的软磁材料，但是传统方法制备得到的软磁粉末材料存在机械强度低的问题。汽车驱动电机都在朝着高功率密度高扭矩的方向发展，提高软磁粉末材料(尤其是铁基软磁粉末材料)的机械强度是提高此类材料在高功率密度电机中广泛的应用于的关键。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种高强度的软磁合金粉末材料的制备方法，旨在提供一种高机械强度和高电阻率的软磁合金粉末材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明提出一种高强度的软磁合金粉末材料的制备方法，包括如下步骤:

步骤一:取Fe基软磁合金或金属粉末经过表层绝缘处理，形成绝缘层，其中，Fe基软磁合金或金属粉末包括经气雾化、水雾化、球磨和表面球化处理得到的FeSiB、FeSi、FeCrB、FeNi系列坡莫合金、FeCo、FeCoV、FeCoNi、FeP、FeAl、FeSiAl、高纯Fe粉、Fe-FeSi-Si梯度合金化粉末、Fe-FeNi-Ni梯度合金化粉末、Fe-FeNi-NiSi梯度合金化粉末、Fe-FeCo-CoSi梯度合金化粉末Fe-FeNi-NiAl梯度合金化粉末、Fe-FeAl-Al梯度合金化粉末、Fe-FeAl-Al梯度合金化粉末、Fe-FeAl-AlSi梯度合金化粉末、FeAl-FeAlSi-Si梯度合金化粉末等梯度合金化粉末中的一种或多种；

步骤二:在经步骤一处理后的Fe基软磁合金或金属粉末中添加比重为0.001-7wt％的铜合金粉末，得到混合粉末，其中，所述添加的铜合金粉末包括纯铜粉、Cu

步骤三:取所述混合粉末在100MPa-2000MPa间的压制压强进行冷模压或热模压成型，得到目标形状尺寸的软磁铁芯；

步骤四:取经步骤三压制成型得到的压坯经在510℃～1380℃的温度区间进行烧结，使所铜合金粉末熔化，在Fe基软磁合金粉末间熔融形成均匀连续的Cu合金层，以通过Cu合金层起到冶金键合各个Fe基软磁粉末的作用。

优选地，所述铜合金粉末包括一元、二元、三元或四元系列铜合金粉末中的一种或多种。

优选地，所述步骤一包括：

取Fe基软磁合金或金属粉末表面经过梯度合金化过程形成绝缘层；和/或，

取Fe基软磁合金或金属粉末表面经表层磷化或氧化的表面处理，使所述软磁合金或金属粉末表层形成致密的氧化物层。

优选地，所述步骤一中，所述绝缘层为高Si的梯度合金化壳层、高Ni的梯度合金化层、高Al的梯度合金化壳层或是高AlSi梯度合金化壳层。

优选地，所述氧化物层的厚度为10nm-10μm。

本发明通过对软磁合金或金属粉末表面绝缘化和/或氧化处理，对表面绝缘化和/或氧化处理后的软磁合金或金属粉末中添加重量比为0.001-7wt％的铜合金粉末，搅拌均匀，形成混合粉末，对所述混合粉末压制模压成型，形成软磁铁芯，在预设温度下对软磁铁芯进行烧结，使铜合金粉末发生液相烧结，使铜合金粉末熔融填充到软磁合金或金属粉末颗粒间的间隙，使软磁合金或金属粉末间产生冶金键的结合，使制备得到的软磁粉末材料具备高的机械强度及高电阻率。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本发明提供的高电阻率低涡流铁损的软磁金属或合金粉末材料的制备方法的一实施例的流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明提供一种高强度的软磁合金粉末材料的制备方法，该高强度的软磁合金粉末材料的制备方法包括如下步骤:

步骤一:取Fe基软磁合金或金属粉末经过表层绝缘处理，形成绝缘层，其中，Fe基软磁合金或金属粉末包括FeSiB、FeSi、FeCrB、FeNi系列坡莫合金、FeCo、FeCoV、FeCoNi、FeP、FeAl、FeSiAl、高纯Fe粉、Fe-FeSi-Si梯度合金化粉末、Fe-FeNi-Ni梯度合金化粉末、Fe-FeNi-NiSi梯度合金化粉末、Fe-FeCo-CoSi梯度合金化粉末Fe-FeNi-NiAl梯度合金化粉末、Fe-FeAl-Al梯度合金化粉末、Fe-FeAl-Al梯度合金化粉末、Fe-FeAl-AlSi梯度合金化粉末、FeAl-FeAlSi-Si梯度合金化粉末等梯度合金化粉末中的一种或多种；

具体地，所述步骤一包括：

取Fe基软磁合金或金属粉末表面经过梯度合金化过程形成绝缘层；和/或，

取Fe基软磁合金或金属粉末表面经表层磷化或氧化的表面处理，使所述软磁合金或金属粉末表层形成致密的氧化物层。

优选地，所述氧化物层的厚度为10nm-10μm。

所述步骤一中，所述绝缘层为高Si的梯度合金化壳层、高Ni的梯度合金化层、高Al的梯度合金化壳层或是高AlSi梯度合金化壳层。

步骤二:在经步骤一处理后的Fe基软磁合金或金属粉末中添加比重为0.001-7wt％的铜合金粉末，得到混合粉末，其中，所述添加的铜合金粉末包括纯铜粉、Cu

具体地，所述铜合金粉末包括一元、二元、三元或四元系列铜合金粉末中的一种或多种。所述铜合金粉末包括青铜、白铜或者黄铜，包括二元铜合金，例如纯铜粉、Cu

步骤三:取所述混合粉末在100MPa-2000MPa间的压制压强进行冷模压或热模压成型，得到目标形状尺寸的软磁铁芯；

步骤四:取经步骤三压制成型得到的压坯经在510℃～1380℃的温度区间进行烧结，使所铜合金粉末熔化，在Fe基软磁合金粉末间熔融形成均匀连续的Cu合金层，以通过Cu合金层起到冶金键合各个Fe基软磁粉末的作用。

优选地，烧结温度为620℃、640℃、660℃、670℃、710℃、730℃、750℃、780℃、810℃、910℃、或者950℃。

熔融的铜合金因为良好的湿润性和表面张力的作用，而在软磁合金或金属粉末(尤其是Fe基软磁合金粉末)颗粒间流动，填充满软磁粉末颗粒间的间隙，烧结冷凝后铜基合金与软磁合金或金属粉末(尤其是Fe基软磁合金粉末)的表面形成冶金键的结合。通过压制成型烧结后得到的Fe基软磁合金粉末颗粒外层拥有一层Cu合金层，起到冶金键合作用提高软磁粉末材料机械强度和电性能。

液相烧结过程后，软磁合金或金属粉末(尤其是Fe基软磁合金粉末)颗粒外层的Si梯度合金化壳层与Cu合金熔融后包覆产生的Cu合金壳层间形成一个CuX-Si或CuX-Al或CuX-SiAl(X＝Sn、Pb、Al、Bi、Ge、Sb、Mg、Ga、Te、Zn、Ni、Si等)的扩散层微区，微区扩散层的厚度为50-10μm纳米左右。

软磁合金或金属粉末间产生冶金键的结合使软磁粉末材料具有高的机械强度。

下面将结合具体实施例来描述本发明的技术效果

参见表1，表1中材料1为软磁合金或软磁金属粉末，铜合金粉末，重量占比为材料2的重量占比，机械强度为C，高(C≥100MPa)、中(50MPa≤C＜100MPa)、低(20MPa≤C＜50MPa)，电性能为电阻率，表示为R，高(R≥500μΩ)、中(100μΩ≤R≤500μΩ)、低(20μΩ≤R≤100μΩ)，重量占比的单位为wt％。本发明中机械强度指的是抗拉强度。

表1实施例和对比例

从表1可以看出，本发明提供的软磁粉末材料机械强度高、电阻率高。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之类，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。