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铁铝梯度合金板及其多层结构设计制备与屏蔽机理

马向雨  
【摘要】:为了适应复杂电磁环境对屏蔽材料的高屏效要求,本文设计了梯度合金板和物理多层结构(合金板/介质层/合金板)屏蔽材料。利用热浸镀铝和表面扩散合金化的方法在纯铁DT4E表面形成铁铝软磁合金层,制备出具有多层结构的铁铝梯度合金板。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、软磁材料直流磁性测量系统、同轴测试装置和磁通门计等多种测试手段对其微观组织、软磁性能、屏蔽性能进行研究,探讨了微观组织与性能的关系,分析梯度合金板和物理多层结构的屏蔽机理。 热浸镀铝层包括表面铝层和铁铝合金层。铁铝合金层呈“锯齿状”浸入纯铁基体中,主要成分为柱状晶Fe2Al5。随着热浸铝温度升高,合金层厚度增加。浸铝后的铁板经过扩散热处理,形成两侧为铁铝软磁合金层,中间为纯铁基体的铁铝梯度合金板。合金板外侧铝含量较高,向心部逐渐递减,浓度呈梯度分布。 铁铝梯度合金板的矫顽力与基体处于同一水平,约为40A/m;软磁性能较纯铁基体有所降低。铁铝梯度合金板的地磁屏蔽系数约为26,相对于基体纯铁提高了8倍。浸铝温度为700℃得到的梯度合金板屏蔽系数最大。铁铝梯度合金板为两层铁铝软磁合金夹一层纯铁的三层结构,通过各层之间耦合并联分流,实现对地磁场的有效屏蔽。地磁屏蔽性能受到测试试件结构因素的影响,方筒试件尺寸增大,可提高地磁屏蔽效果。 电磁屏蔽性能测试表明,700℃浸铝工艺下的铁铝梯度合金板电磁屏蔽效能最高,与退火态的纯铁基体相当;浸铝温度升高,梯度合金板的电磁屏蔽性能下降。梯度合金板中各层的阻抗呈梯度连续分布,会降低材料对电磁波的反射系数,影响电磁屏蔽效能。 对物理多层结构的屏蔽性能进行了研究,地磁屏蔽系数相对于铁铝梯度合金板提高了10倍,可达258。物理多层结构为两层导磁层夹一层不导磁层,磁场经过磁性屏蔽罩两次分流作用,可更加有效地屏蔽地磁场,提高地磁屏蔽性能。但是物理多层结构并不能有效提高电磁屏蔽性能,相对于梯度合金板的电磁屏蔽效能有所降低。改进物理多层结构(导体/电介质/导体),电磁屏蔽性能较好,相对于单层材料有了较大的提高。


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