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温压FeSiAl软磁粉芯的制备工艺对组织性能的影响

刘宽宽  
【摘要】:FeSiAl软磁粉芯是由含铁、硅、铝等合金元素的粉末和绝缘介质混合后,经粉末冶金工艺压制而成的一种具备磁电转换功效的新型软磁复合材料。它具有饱和磁感应强度高、磁致伸缩系数小、损耗低、频率稳定性好等优点,被广泛用于功率因数校正电路、脉冲回扫变压器和储能滤波电感器等。温压工艺作为一种以低成本制备高密度和高性能粉末冶金零件的新技术,用于制备FeSiAl软磁粉芯时有利于降低成本,并提高其软磁性能,具有一定的经济价值。本文采用雾化法生产的FeSiAl合金粉末,同时使用聚酰胺粉和聚四氟乙烯粉作为复合润滑剂,并引入“温压工艺”将经磷酸和二氧化硅复合包覆后的FeSiAl合金粉末在一定温度和压力下制备成磁粉芯。在热处理后,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、软磁材料交流测试装置以及精密磁性元件分析仪等对磁粉芯的表面形貌和性能进行观察测试,研究粉末粒度、绝缘包覆、温压工艺和退火热处理等制备工艺对FeSiAl软磁粉芯组织性能的影响,探寻出FeSiAl软磁粉芯的最佳工艺参数及提高软磁性能的途径。通过实验研究分析,本文得出以下结论:1.不同粒度的粉末温压成的FeSiAl软磁粉芯性能有较大差异,本文将FeSiAl原始粉末筛分出A(-250~+325目)、B(-325~+400目)、C(-400目)三组,研究发现粉末越粗(目数越小),对应磁粉芯的密度和磁导率就越大,磁损耗就越小。当采用A组(-250~+325目)的粉末所制备的磁粉芯综合性能最佳。2.绝缘包覆后的粉末表面覆盖了一层绝缘保护膜,使得磁粉芯的电阻率提高,并使粉末颗粒隔离开,从而降低磁损耗。首先,采用磷酸钝化后,相比未钝化处理的磁粉芯的磁损耗显著降低。在0.3~3wt%浓度区间内,随磷酸溶液浓度的增大,温压FeSiAl软磁粉芯的磁损耗、密度和磁导率均逐渐降低,而品质因数变化不明显。其次,在1~3wt%浓度区间内,随粘结剂浓度增大,温压FeSiAl软磁粉芯的磁损耗、密度和磁导率均逐渐降低。当磷酸溶液浓度为0.7 wt%,粘结剂浓度为1.5wt%时,磁粉芯的综合性能最佳。3.采用温压工艺制备的FeSiAl软磁粉芯的综合性能得到较大改善。首先,本文采用聚酰胺粉和聚四氟乙烯粉作为复合润滑剂,随润滑剂含量由0.6wt%增加至2.2wt%,磁粉芯的密度和磁导率先增大后减小,磁损耗先降低后升高。其次,在90℃~140℃温度区间内,随温压温度的升高,磁粉芯的密度和磁导率均先增大后减小,磁损耗先降低后升高。最后,在600~1100MPa压力区间内,随温压压力的升高,FeSiAl软磁粉芯的密度和磁导率均先增大后减小,磁损耗先降低后升高。当质量比为1:1的聚酰胺粉和聚四氟乙烯粉复合润滑剂的添加量为1.5%wt,温压温度为120℃,温压压力为900MPa时,FeSiAl软磁粉芯的综合性能最佳。4.温压FeSiAl软磁粉芯在经热处理后软磁性能得到较大改善。首先,在550~750℃温度区间内退火处理1h,FeSiAl软磁粉芯的密度、磁导率和品质因数均随温度的升高先增大后减小,磁损耗随温度升高先降低后升高。其次在600℃热处理0.5~2.0h时,随热处理时间的延长,FeSiAl软磁粉芯磁导率和品质因数先增大后减小,磁损耗变化不明显。最佳热处理温度为600~650℃,最佳热处理时间为1~1.5h。5.采用最优化工艺:粉末粒度为-250~+325目,磷酸溶液浓度为0.7 wt%,粘结剂浓度为1.5wt%,复合润滑剂的添加量为1.5%wt,温压温度为120℃,温压压力为900MPa,热处理600℃×1h时,制得FeSiAl软磁粉芯的综合性能:密度为6.65g/cm~3,磁导率为154.2(100kHz),磁损耗为4.24W/kg(50kHz/50mT)。


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