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過絕緣包覆后，通過粉末冶金方法制成的一種復合軟磁材料，由于構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保持穩(wěn)定，這是磁粉芯最突出的優(yōu)點。其特殊的軟磁性能使其在許多應用場合具有其他磁性材料難以比擬的優(yōu)勢，被廣泛用于電訊、雷達、電視、電源、太陽能發(fā)電等領域。
　　本文的主要研究工作是以粉末冶金生產工藝為基礎，借鑒傳統(tǒng)磁粉芯的工業(yè)生產工藝

2、，系統(tǒng)研究了粉末形貌、粒度、絕緣包覆、壓制工藝、去應力退火等制備工藝對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。運用改進工藝制備出性能較高的Fe17Ni81Mo2磁粉芯。在此基礎上，研究了磁場退火處理對金屬軟磁磁粉芯性能的影響。得到主要結論如下:
　　(1)非晶Fe78Si9B13磁粉芯的磁性能與粉末的形貌密切相關。機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。同時隨粉末粒度的增大非晶Fe78Si9B13磁粉芯的磁導率增大，損耗也升高。通過適當的粒度級配可以有效地降低磁粉芯的損耗，提高磁粉芯的頻率特性。實驗發(fā)現，非晶Fe78Si9B13磁粉芯最佳的粒度級配為: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，品質因數更高。
　　(3)有機+無機絕緣包覆方法適合制備高性能的金屬磁粉芯。添加絕緣介質可提高磁粉芯的電阻率，降低渦流損耗，提高品質因數;但絕緣介質過多會使磁粉芯磁導率降低。增加成型壓力可以提高磁粉芯的壓潰強度、密度、磁導率，降低矯頑力和損耗;但是過高的壓力會損傷模具。提高退火溫度能

5、夠有效地提高磁粉芯的磁導率，降低磁滯損耗;而過高的退火溫度會惡化磁性能。
　　(4)與普通退火相比，縱橫向磁場退火均能提高非晶Fe78Si9B13磁粉芯的磁導率和品質因數，降低損耗和矯頑力，其中縱向磁場退火的磁粉芯綜合磁性能較好。研究結果表明，非晶Fe78Si9B13磁粉芯的最佳制備工藝參數為: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1h。相應的非晶磁粉芯的性能為:1000kHz，3mT下，磁導

6、率為50.6，總損耗為52.31 kW·m-3。
　　(5)通過球磨工藝可以改善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后磁粉芯的磁導率較高，頻率穩(wěn)定性較好，損耗較低。通過對比確定Fe73.5Cu1Nb3Si15.5B7納米晶磁粉芯綜合磁性能較好的粒度級配為: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，但添加過多的絕緣劑會降低磁粉芯的磁導率;通過增大成型壓力可以有效的增加納米晶磁粉芯的磁導率和密度，降低損耗和矯頑力，但成型壓力過大會使晶體內部產生大量的位錯等缺陷，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部的內應力，從而提高磁粉芯的磁導率和品質因數，降低損耗和矯頑力，但過高的退火溫度會破壞磁粉芯內部結構，并使納米晶晶粒尺寸長大，造成磁各向異性加大，從而惡化磁性能。

8、
　　(7)實驗發(fā)現，Fe73.5Cu1Nb3Si15.5B7納米晶磁粉芯的最佳制備工藝參數為:絕緣劑添加量為3％，成型壓力為1800MPa，退火溫度為500℃，退火時間為1h。相應納米晶磁粉芯的性能為:1000kHz，20A·m-1下，磁導率為42.5，總損耗為12.25 kW·m-3。
　　(8)改進的工藝能夠有效地提高磁導率，降低損耗，提高品質因數。同時能有效提高工作效率，節(jié)約能源。退火處理能有效消除內應力，提高磁性能

9、。Fe17Ni81Mo2磁粉芯退火處理條件為650℃×1h時，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率較高，但品質因數Q值較低。為了得到綜合性能較好的磁粉芯，應該選擇合適的粒度級配。對比發(fā)現，當大于75μm的粉末占80％，61～75μm粉末占20％時，Fe17Ni81Mo2磁粉芯的綜合磁性能最佳。
　　(10)對Fe17Ni81Mo2磁粉芯的磁場退火研究發(fā)現:磁場退火對磁粉芯的磁導率影響較小?？v橫向磁