CN108097977A - 一种铁硅铝软磁合金粉末的等离子雾化制取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铁硅铝软磁合金粉末的等离子雾化制取方法，包括下述步骤：纯铁、金属硅和电解铝锭按Sendust的标准成份经过熔炼均匀化后，连续浇铸形成母合金板材或带材，板材或带材厚度小于10毫米，浇钢温度必须控制在1380‑1480℃之间，浇铸模为水冷铜模等易使钢水快速冷凝的设计，目的是使形成得母合金的晶粒度小于1毫米，避免铁硅铝三种元素由于结晶过程产生的成份偏析，保证后续的雾化粉末的成份一致控制在Sendust的标准成份，即：硅含量9.6％±0.2％,铝含量5.4％±0.2％，剩余为铁。本发明采用了高频对母合金预热的办法，解决了等离子发生器很难在短时间内熔化大量金属的功率问题，所需要的等离子发生器的功率只需要80千瓦即可，不必采用进口的特超高功率等离子发生器。

Description

一种铁硅铝软磁合金粉末的等离子雾化制取方法

技术领域

本发明属于功能材料中的金属软磁合金材料，具体涉及一种铁硅铝软磁合金粉末的等离子雾化制取方法。

背景技术

金属软磁合金粉末系列因为具有极低的功率损耗特性及较好的直流叠加特性，在光伏逆变、直流充电桩、PFC电路、节能变频空调等家用电器上广泛应用，满足了电子元器件的高效、节能和小型化的需求。

其中铁硅铝材料具有最低的功率损耗特性和较低的成本优势，但是在一些新的光伏逆变、节能变频空调的使用过程中，它的直流叠加特性只有45％-50％(磁导率60，叠加直流场100Oe,下同)导致耐大电流特性不良，达不到设计的要求；铁硅材料具有优秀的直流叠加特性，达70％-76％，但是它的功率损耗较大，容易产生温升，从而影响了使用；铁镍材料具有较低的功率损耗，也具有优良的直流叠加特性(75％-80％)，只是含有较高的昂贵材料镍，影响了推广使用，因此一种同时具有较低的功率损耗、优秀的直流叠加特性、有一定价格竞争力的粉体材料，对于新能源磁性组件的设计非常重要。

目前已经在采用的技术方案是，采用氮气高压雾化铁硅铝高温钢液来获得铁硅铝球形粉末，且已经获得批量生产。但是由于铁硅铝材料中，含有在高温下较为容易氧化的金属铝，含量在5.0％-5.6％，因此如果没有气氛保护的情况下，进行合金熔炼，由于铝的氧化，使得钢水的粘度增加，流动性变差，在经过4-8毫米孔径的漏嘴的过程中，容易堵孔，钢水不再下流，使得气雾化操作停止。因此要想铁硅铝钢水能顺利流出漏嘴，必须要对铁硅铝钢水进行隔离空气的处理，比如真空熔炼、气氛保护等，这样使得熔炼操作比较麻烦，很难连续高效地生产，有时候出现异常，会使得作业完全停止，成本增加。

国内也有关于采用等离子雾化铁硅铝等离子雾化的报道和研究，但是同样的难题是，铁硅铝高温钢水如果去杂质不净，或者降温，钢水粘度高等因素，在钢水经过4-8毫米漏嘴的过程中，发生堵包的情况是同样较高的几率，导致生产成本的增加，产量的下降，投资成本也较为巨大。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种铁硅铝软磁合金粉末的等离子雾化制取方法，可以稳定地大批量高效地生产铁硅铝软磁合金粉末，获得的极佳的粉体球形度。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种铁硅铝软磁合金粉末的等离子雾化制取方法，包括以下步骤：

S1、将纯铁、金属硅和电解铝锭按Sendust的标准成份经过熔炼均匀，连续浇铸形成母合金板材或带材，浇钢温度控制在1380-1480℃之间，浇铸模为易使钢水快速冷凝的浇铸模设计，使得形成母合金板材或带材的晶粒度小于1毫米；

S2、通过自动送料机，将形成的连续的铁硅铝母合金带材或板材步进式送入高频加热区间，将母合金迅速加热到900-1100℃之间，避免加热时间过长导致母合金的含氧量的增加，然后进入氩气介质的等离子雾化区域；

S3、经过高频迅速加热到900-1100度之间的铁硅铝母合金进入等离子雾化区后，采用80-150千瓦的等离子发生器，氩气或氮气作为介质，喷枪对准母合金进行喷射加热；

S4、喷枪做直线往复运动，运动方向与母合金步进方向垂直，喷枪火焰口离开母合金的距离为3-15毫米之间；

S5、铁硅铝母合金的步进速度与等离子喷射枪的移动速度进行匹配，并通过调节等离子发生气的功率和氩气流量，来调节铁硅铝雾化粉末的粒度及其分布，为了提高雾化效率，铁硅铝雾化粉末的最大粒径为97微米，获得最佳的磁芯Bs；

S6、雾化塔内部设置一个氩气循环冷却系统，底部设置为入气，等离子喷射部位往下为氮气出气口，冷却循环风经过热交换器达到冷却的目的，同时冷却后的氩气或氮气可对等离子喷射雾化后的铁硅铝粉体形成冷却和球化过程。

作为优选的技术方案，步骤S1中，所述Sendust的标准成份如下：

硅含量9.6％±0.2％,铝含量5.4％±0.2％，剩余为铁。

作为优选的技术方案，步骤S1中，所述浇浇铸模为水冷铜模。

作为优选的技术方案，步骤S1中，所述浇铸形成母合金板材或带材的厚度在5-30毫米之间。

作为优选的技术方案，步骤S2中，所述母合金板材或带材采用高频加热方式，迅速加热到1000℃，降低等离子发生器的输出功率。

作为优选的技术方案，步骤S6中，循环冷却风的流量规定在300-1200立方/小时。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明创新地采用传统的浇铸工艺制作铁硅铝板状或带状母合金，控制母合金的厚度小于10毫米，通过自动送料机将母合金匀速地送入加热区，加热方式采用高频加热，母合金被迅速加热到900-1100度，然后再进入等离子雾化区，氩气通过等离子喷枪后形成高温等离子气流，对加热后的铁硅铝母合金形成高温喷射，由于铁硅铝合金已经被预热到900-1100度，所有铁硅铝母合金非常容易形成液态金属，此时液态铁硅铝被迅速升温到1360-1500度左右，并被高温等离子喷射流雾化，经过雾化的铁硅铝在雾化室逐渐冷却，冷却过程中由于表面张力的现象，不断冷却收缩成球形粉末。本工艺由于避开了钢水通过4-8毫米的限流口，不存在堵包的现象，同时由于采用了高频对母合金预热的办法，解决了等离子发生器很难在短时间内熔化大量金属的功率问题，所需要的等离子发生器的功率只需要80千瓦即可，不必采用进口的特超高功率等离子发生器。

2、本发明避开了铁硅铝钢液必须经过4-8毫米的限流漏口，不会产生堵包现象，不需要严格的真空或者气氛保护熔炼与浇铸，可以连续不断地进行雾化生产，提高了生产效率；

附图说明

图1是本发明等离子雾化制取装置的结构示意图。

图2是本发明等离子雾化制取方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例中铁硅铝软磁合金粉末的等离子雾化制取方法，纯铁、金属硅和电解铝锭按Sendust的标准成份经过熔炼均匀化后，连续浇铸形成母合金板材或带材，板材或带材厚度小于10毫米，浇钢温度必须控制在1380-1480℃之间，浇铸模为水冷铜模等易使钢水快速冷凝的设计，目的是使形成得母合金的晶粒度小于1毫米，避免铁硅铝三种元素由于结晶过程产生的成份偏析，保证后续的雾化粉末的成份一致控制在Sendust的标准成份，即：硅含量9.6％±0.2％,铝含量5.4％±0.2％，剩余为铁。

如图1所示，本实施例1采用的等离子雾化装置中，通过自动送料机1，将形成的连续的铁硅铝母合金带材或板材步进式送入高频加热区间2，将母合金迅速加热到900-1100℃之间，避免加热时间过长导致母合金的含氧量的增加，然后进入氩气介质的等离子雾化区域3，等离子喷枪离开母合金的距离最佳为15-45毫米之间，等离子喷枪来回运动，与母合金前进的方向呈90度垂直，母合金不断被等离子流雾化成粉末，通过配合母合金送料速。

如图2所示，本实施例包括下述步骤：

S1、将纯铁、金属硅和电解铝锭按Sendust的标准成份(即：硅含量9.6％±0.2％,铝含量5.4％±0.2％，剩余为铁)经过熔炼均匀，连续浇铸形成母合金板材或带材，板材或带材厚度在5～30毫米，浇钢温度必须控制在1380-1480℃之间，浇铸模为水冷铜模等易使钢水快速冷凝的设计形成的母合金的晶粒度小于1毫米；

S2、通过自动送料机，将形成的连续的铁硅铝母合金带材或板材步进式送入高频加热区间，将母合金迅速加热到900-1100℃之间，避免加热时间过长导致母合金的含氧量的增加，然后进入氩气介质的等离子雾化区域；

S3、经过高频迅速加热到900-1100度之间的铁硅铝母合金进入等离子雾化区后，采用80-150千瓦的等离子发生器，氩气或氮气作为介质，喷枪对准母合金进行喷射加热；

S4、喷枪做直线往复运动，运动方向与母合金步进方向垂直，喷枪火焰口离开母合金的距离为3-15毫米之间；

S5、铁硅铝母合金的步进速度与等离子喷射枪的移动速度进行匹配，并通过调节等离子发生气的功率和氩气流量，来调节铁硅铝雾化粉末的粒度及其分布，为了提高雾化效率，铁硅铝雾化粉末的最大粒径为97微米，获得最佳的磁芯Bs；

S6、雾化塔内部设置一个氩气循环冷却系统，底部设置为入气，等离子喷射部位往下为氮气出气口，本专利要求的循环冷却风的流量规定在300-1200立方/小时，冷却循环风经过热交换器达到冷却的目的，同时冷却后的氩气或氮气可对等离子喷射雾化后的铁硅铝粉体形成冷却和球化过程。

实施例2

本实施例2的等离子雾化装置采用和实施例1相同的装置，除下述技术特征外，其他技术特征均与实施例1相同。

本实施例2的等离子雾化制取方法具体步骤为：取铁硅铝母合金板材厚度为20毫米，宽度200毫米，以5毫米/10秒/次的步进速度经过高频加热区，母合金受热后的温度为950-1050℃，等离子发生器设定的功率为65千瓦，氩气为介质，产生等离子高温气流对母合金进行喷射雾化，等离子枪的匀速移动，完成200毫米/10秒的移动，喷枪与母合金的距离为5厘米。内循环冷却氩气流为400立方米/小时.

等离子喷射雾化的结果为：粉体收集的速度达到50公斤/小时，粉体通过150目筛网后，筛下物重量为46公斤，球形铁硅铝粉体的松装密度达到了4.2-4.4克/立方厘米，球形度非常好，粉体的氧含量为500-600ppm.

用这种等离子雾化后的铁硅铝粉体制作成磁芯，磁环重量26.9克，磁导率61，在50Khz@100mT的测试条件下，测得的功率损耗为256mW/cm3，100Oe的外加直流场的情况下，电感下降到为原来电感的64.1％，磁芯性能非常优秀。

实施例3

本实施例3的等离子雾化装置采用和实施例1相同的装置，除下述技术特征外，其他技术特征均与实施例1相同。

本实施例3的等离子雾化制取方法具体为：铁硅铝母合金板材厚度为20毫米，宽度200毫米，以5毫米/5秒/次的步进速度经过高频加热区，母合金受热后的温度为950-1050℃，设计2台等离子发生器，各自的设定的功率为60千瓦，氩气为介质，产生等离子高温气流对母合金进行喷射雾化，2台等离子枪的匀速移动做相向匀速运动，完成100毫米/5秒的移动，喷枪与母合金的距离为5厘米。内循环冷却氩气流为600立方米/小时.本实施例相对实施例1来说，主要是采用了2台等离子喷枪，用来提高等离子雾化速度，提高产能。

等离子喷射雾化的结果为：粉体收集的速度达到80-100公斤/小时，粉体通过150目筛网后，筛下物重量为70-85公斤，球形铁硅铝粉体的松装密度达到了4.2-4.4克/立方厘米，球形度非常好，粉体的氧含量为450-580ppm.

用这种等离子雾化后的铁硅铝粉体制作成磁芯，磁环重量27.02克，磁导率63，在50Khz@100mT的测试条件下，测得的功率损耗为263mW/cm3，100Oe的外加直流场的情况下，电感下降到为原来电感的62.4％，磁芯性能非常优秀。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种铁硅铝软磁合金粉末的等离子雾化制取方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将纯铁、金属硅和电解铝锭按Sendust的标准成份经过熔炼均匀，连续浇铸形成母合金板材或带材，浇钢温度控制在1380-1480℃之间，浇铸模为易使钢水快速冷凝的浇铸模设计，使得形成母合金板材或带材的晶粒度小于1毫米；

S2、通过自动送料机，将形成的连续的铁硅铝母合金带材或板材步进式送入高频加热区间，将母合金迅速加热到900-1100℃之间，避免加热时间过长导致母合金的含氧量的增加，然后进入氩气介质的等离子雾化区域；

S3、经过高频迅速加热到900-1100度之间的铁硅铝母合金进入等离子雾化区后，采用80-150千瓦的等离子发生器，氩气或氮气作为介质，喷枪对准母合金进行喷射加热；

S4、喷枪做直线往复运动，运动方向与母合金步进方向垂直，喷枪火焰口离开母合金的距离为3-15毫米之间；

S5、铁硅铝母合金的步进速度与等离子喷射枪的移动速度进行匹配，并通过调节等离子发生气的功率和氩气流量，来调节铁硅铝雾化粉末的粒度及其分布，为了提高雾化效率，铁硅铝雾化粉末的最大粒径为97微米，获得最佳的磁芯Bs；

S6、雾化塔内部设置一个氩气循环冷却系统，底部设置为入气，等离子喷射部位往下为氮气出气口，冷却循环风经过热交换器达到冷却的目的，同时冷却后的氩气或氮气可对等离子喷射雾化后的铁硅铝粉体形成冷却和球化过程。

2.根据权利要求1所述铁硅铝软磁合金粉末的等离子雾化制取方法，其特征在于，步骤S1中，所述Sendust的标准成份如下：

硅含量9.6％±0.2％,铝含量5.4％±0.2％，剩余为铁。

3.根据权利要求1所述铁硅铝软磁合金粉末的等离子雾化制取方法，其特征在于，步骤S1中，所述浇浇铸模为水冷铜模。

4.根据权利要求1所述铁硅铝软磁合金粉末的等离子雾化制取方法，其特征在于，步骤S1中，所述浇铸形成母合金板材或带材的厚度在5-30毫米之间。

5.根据权利要求1所述铁硅铝软磁合金粉末的等离子雾化制取方法，其特征在于，步骤S2中，所述母合金板材或带材采用高频加热方式，迅速加热到1000℃，降低等离子发生器的输出功率。

6.根据权利要求1所述铁硅铝软磁合金粉末的等离子雾化制取方法，其特征在于，步骤S6中，循环冷却风的流量规定在300-1200立方/小时。