表面氧化-氮化法制備高性能核殼結(jié)構(gòu)軟磁復(fù)合材料.pdf

1、隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)行業(yè)的飛速發(fā)展，磁性器件向高頻應(yīng)用發(fā)展。軟磁復(fù)合材料因具有較高的電阻率和飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域。良好的絕緣包覆能夠有效降低渦流損耗，對(duì)材料在高頻下的應(yīng)用至關(guān)重要。表面化學(xué)熱處理工藝通過對(duì)金屬制件綜合地施以熱作用和化學(xué)作用，可以改變表層成分和組織，對(duì)軟磁粉末進(jìn)行絕緣包覆。本文采取表面氧化和表面氮化方法，制備出了鐵、鐵硅、鐵硅鋁三種體系的核殼結(jié)構(gòu)軟磁復(fù)合材料，并通過X射線衍射、SEM、EDS、XPS、

2、FTIR等方法對(duì)殼層微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，建立了氧化和氮化殼層與磁學(xué)性能之間的聯(lián)系。具體結(jié)論如下:
　　1)制備出了Fe/(Fe2O3，F(xiàn)e3O4)，F(xiàn)eSi/(Fe2O3，SiO2)和FeSiAl/(Fe2O3，SiO2，A12O3)核殼結(jié)構(gòu)軟磁粉末。鐵粉氧化膜為雙層結(jié)構(gòu)，主要由外層Fe2O3和內(nèi)層Fe3O4氧化膜構(gòu)成;鐵硅粉400℃低溫氧化時(shí)表面平整，700℃高溫氧化后在光滑的SiO2膜上出現(xiàn)1～5μm的Fe2O3顆粒團(tuán)簇;鐵硅

3、鋁粉氧化膜平整光滑，其中，A12O3和Fe2O3相對(duì)含量較多。
　　2)對(duì)比了表面氧化法和傳統(tǒng)磷酸鈍化法的直流和交流磁性能。直流性能方面，氧化鐵、鐵硅、鐵硅鋁粉的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為216.8emu/g、169.5emu/g和119.1emu/g，對(duì)應(yīng)的磷酸鈍化粉末分別為190.5emu/g、173.4emu/g和118.9emu/g。交流性能方面，表面氧化法磁損耗和磷酸鈍化處于同一水平，磁導(dǎo)率因體系不同存在差異。氧化鐵、鐵硅、鐵

4、硅鋁磁粉芯磁導(dǎo)率分別為116.3、72.5和167.4，而對(duì)應(yīng)的磷酸鈍化磁粉芯分別為84.8、107.5和139.1。
　　3)研究了氧化溫度對(duì)磁學(xué)性能的影響。隨著氧化溫度的升高，鐵和鐵硅粉氧化殼層厚度增加明顯，磁導(dǎo)率單調(diào)下降;相比而言，鐵硅鋁磁粉芯在300～500℃范圍內(nèi)磁導(dǎo)率穩(wěn)定在165左右，未出現(xiàn)下降趨勢(shì)。鐵粉芯在200℃磁損耗最低，為804.8mW/cm3(50mT,100kHz);鐵硅磁粉芯700℃磁損耗最低，為616.

5、9mW/cm3(50mT,100kHz)。氧化溫度太低引入絕緣物質(zhì)少，溫度太高導(dǎo)致Fe2O3顆粒團(tuán)簇的增長(zhǎng)，都將提高磁損耗;鐵硅鋁磁粉芯在500℃磁損耗最低，為224.3mW/cm3(100mT,50kHz)。
　　4)制備出了Fe/Fe4N核殼結(jié)構(gòu)軟磁粉末。400℃氮化后，粉末的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為225.1emu/g，相對(duì)于純鐵粉小幅度提升;450℃氮化后，電阻率從0.57Ω·cm提高到1.45Ω·cm，磁損耗僅為158.6mW/