金屬軟磁磁粉芯研究.pdf

1、金屬磁粉芯是一種由磁性粉末經(jīng)過(guò)絕緣包覆后，通過(guò)粉末冶金方法制成的一種復(fù)合軟磁材料，由于構(gòu)成磁粉芯的磁性顆粒之間彼此絕緣，增大了顆粒之間的電阻率，使磁粉芯的損耗大大降低，從而保證了磁粉芯在較寬的頻率范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，這是磁粉芯最突出的優(yōu)點(diǎn)。其特殊的軟磁性能使其在許多應(yīng)用場(chǎng)合具有其他磁性材料難以比擬的優(yōu)勢(shì)，被廣泛用于電訊、雷達(dá)、電視、電源、太陽(yáng)能發(fā)電等領(lǐng)域。
　　本文的主要研究工作是以粉末冶金生產(chǎn)工藝為基礎(chǔ)，借鑒傳統(tǒng)磁粉芯的工業(yè)生產(chǎn)工藝

2、，系統(tǒng)研究了粉末形貌、粒度、絕緣包覆、壓制工藝、去應(yīng)力退火等制備工藝對(duì)Fe78Si9B13非晶磁粉芯和水霧化Fe73.5Cu1Nb3Si15.5B7納米晶磁粉芯磁性能的影響規(guī)律，制備出了性能較高的磁粉芯。運(yùn)用改進(jìn)工藝制備出性能較高的Fe17Ni81Mo2磁粉芯。在此基礎(chǔ)上，研究了磁場(chǎng)退火處理對(duì)金屬軟磁磁粉芯性能的影響。得到主要結(jié)論如下:
　　(1)非晶Fe78Si9B13磁粉芯的磁性能與粉末的形貌密切相關(guān)。機(jī)械破碎法得到的粉末多為

3、片狀，存在大量尖角，不利于絕緣包覆;氣流破碎法得到的粉末多為圓片狀，邊緣比較平滑，利于絕緣包覆。利用氣流破碎法得到的粉末制備的磁粉芯性能較好。同時(shí)隨粉末粒度的增大非晶Fe78Si9B13磁粉芯的磁導(dǎo)率增大，損耗也升高。通過(guò)適當(dāng)?shù)牧６燃?jí)配可以有效地降低磁粉芯的損耗，提高磁粉芯的頻率特性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，非晶Fe78Si9B13磁粉芯最佳的粒度級(jí)配為:75～100μm占70％，61～75μm占10％，45～61μm占20％。
　　(2)鈍化

4、處理可以使非晶Fe78Si9B13磁粉表面形成一層均勻的磷化膜。磷化膜可以極大提高磁粉的電阻率，進(jìn)而提高磁粉芯的軟磁性能:即頻率穩(wěn)定性更好，損耗更低，品質(zhì)因數(shù)更高。
　　(3)有機(jī)+無(wú)機(jī)絕緣包覆方法適合制備高性能的金屬磁粉芯。添加絕緣介質(zhì)可提高磁粉芯的電阻率，降低渦流損耗，提高品質(zhì)因數(shù);但絕緣介質(zhì)過(guò)多會(huì)使磁粉芯磁導(dǎo)率降低。增加成型壓力可以提高磁粉芯的壓潰強(qiáng)度、密度、磁導(dǎo)率，降低矯頑力和損耗;但是過(guò)高的壓力會(huì)損傷模具。提高退火溫度能

5、夠有效地提高磁粉芯的磁導(dǎo)率，降低磁滯損耗;而過(guò)高的退火溫度會(huì)惡化磁性能。
　　(4)與普通退火相比，縱橫向磁場(chǎng)退火均能提高非晶Fe78Si9B13磁粉芯的磁導(dǎo)率和品質(zhì)因數(shù)，降低損耗和矯頑力，其中縱向磁場(chǎng)退火的磁粉芯綜合磁性能較好。研究結(jié)果表明，非晶Fe78Si9B13磁粉芯的最佳制備工藝參數(shù)為:絕緣劑添加量為4％，成型壓力為1800MPa，退火溫度為350℃，加縱向磁場(chǎng)1h。相應(yīng)的非晶磁粉芯的性能為:1000kHz，3mT下，磁導(dǎo)

6、率為50.6，總損耗為52.31 kW·m-3。
　　(5)通過(guò)球磨工藝可以改善Fe73.5Cu1Nb3Si15.5B7納米晶磁粉的形貌，從而有助于提高磁粉芯的磁性能。球磨2h后磁粉芯的磁導(dǎo)率較高，頻率穩(wěn)定性較好，損耗較低。通過(guò)對(duì)比確定Fe73.5Cu1Nb3Si15.5B7納米晶磁粉芯綜合磁性能較好的粒度級(jí)配為:154～224μm占10％，75～154μm占10％，45～75μm占10％，30.8～45μm占70％。
　　

7、(6)隨著絕緣劑添加量的增加納米晶磁粉芯的損耗降低，但添加過(guò)多的絕緣劑會(huì)降低磁粉芯的磁導(dǎo)率;通過(guò)增大成型壓力可以有效的增加納米晶磁粉芯的磁導(dǎo)率和密度，降低損耗和矯頑力，但成型壓力過(guò)大會(huì)使晶體內(nèi)部產(chǎn)生大量的位錯(cuò)等缺陷，從而降低磁粉芯的綜合磁性能;提高退火溫度可以更好的去除磁粉芯內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力，從而提高磁粉芯的磁導(dǎo)率和品質(zhì)因數(shù)，降低損耗和矯頑力，但過(guò)高的退火溫度會(huì)破壞磁粉芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并使納米晶晶粒尺寸長(zhǎng)大，造成磁各向異性加大，從而惡化磁性能。

8、
　　(7)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e73.5Cu1Nb3Si15.5B7納米晶磁粉芯的最佳制備工藝參數(shù)為:絕緣劑添加量為3％，成型壓力為1800MPa，退火溫度為500℃，退火時(shí)間為1h。相應(yīng)納米晶磁粉芯的性能為:1000kHz，20A·m-1下，磁導(dǎo)率為42.5，總損耗為12.25 kW·m-3。
　　(8)改進(jìn)的工藝能夠有效地提高磁導(dǎo)率，降低損耗，提高品質(zhì)因數(shù)。同時(shí)能有效提高工作效率，節(jié)約能源。退火處理能有效消除內(nèi)應(yīng)力，提高磁性能

9、。Fe17Ni81Mo2磁粉芯退火處理?xiàng)l件為650℃×1h時(shí)，磁粉芯的綜合性能最好。
　　(9)大粒度的磁粉制備的磁粉芯磁導(dǎo)率較高，但品質(zhì)因數(shù)Q值較低。為了得到綜合性能較好的磁粉芯，應(yīng)該選擇合適的粒度級(jí)配。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大于75μm的粉末占80％，61～75μm粉末占20％時(shí)，F(xiàn)e17Ni81Mo2磁粉芯的綜合磁性能最佳。
　　(10)對(duì)Fe17Ni81Mo2磁粉芯的磁場(chǎng)退火研究發(fā)現(xiàn):磁場(chǎng)退火對(duì)磁粉芯的磁導(dǎo)率影響較小。縱橫向磁