成型压强对FeSiB磁粉芯磁性能的影响
发布时间：2022-01-06 19:04
磁粉芯作为软磁材料的新兴发展成果相较于传统软磁材料在电力电子方面有着巨大的应用潜力。本文以气雾化FeSiB磁粉末为原料,经过预处理、包覆、成型压制和退火处理等过程制备了FeSiB磁粉芯,并研究了不同成型压强对磁粉芯磁性能的影响。结果表明,经钝化处理后的FeSiB粉末相比于未钝化粉末具有更稳定、致密的表面包覆层,提高了磁粉芯的电阻率、降低了磁损耗。对比不同成型压强下磁粉芯的磁性能,得出随着压强的增加,磁粉芯的磁导率先增加后减小,且在较宽频率范围内有着稳定的频率特性,当成型压强为1 400 MPa,f为100 kHz,Bm为50 mT时,磁粉芯表现出良好的软磁性能,其中磁导率为17.66,磁损耗为103.04 W/kg,Q值为64.34。
【文章来源】：功能材料. 2020,51(08)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
气雾化FeSiB粉末DSC曲线和气雾化FeSiB粉末XRD曲线
图2为钝化-包覆前后FeSiB粉末的SEM图。图2(a)为未钝化粉末,可以看出粉末颗粒的粒径分布在10～20 μm,外形基本呈球形。图2(b)为经过钝化处理的FeSiB粉末,对比图2(a),可以发现钝化后FeSiB粉末的表面较为光亮, 这是因为粉末颗粒经过钝化处理后,表面形成一层磷化膜,粗糙度降低。图2(c)为未钝化-包覆后FeSiB粉末的SEM图像,可以看出大部分颗粒表面并未有包覆层或包覆不完整。图2(d)为经过钝化处理的FeSiB粉末包覆后SEM图像,可以看出粉末颗粒基本被绝缘层包覆。综合分析可知,未经处理的FeSiB粉末具有亲水性极性,而有机绝缘(粘结剂)环氧树脂为疏水非极性材料,绝缘粘结剂不能直接均匀包覆粉末颗粒。钝化处理后,在粉末颗粒表面形成疏水性钝化膜,提高颗粒的流动性,增强粉末的成型能力,使环氧树脂与FeSiB粉末能够更好地结合,均匀、致密地包覆在球形粉末上,有助于减少磁粉芯的损耗,提高磁粉芯品质因数Q值。2.3 磁粉芯性能分析
为了防止粉末颗粒非晶相晶化,保留非晶相的优点,磁粉芯采用冷压成型。而由压力导致的内应力会阻碍畴壁迁移和磁畴转动,导致磁粉芯有效磁导率降低。因此,需要对压制成型的磁粉芯进行低温退火处理以消除内应力,根据DSC测试的结果,由于FeSiB粉末的玻璃化转变温度为782 K,为了防止磁粉芯进一步晶化,压制成型后的去应力退火温度应低于782 K,因此选取退火温度为682K,退火时间为1 h[25]。图3为800 MPa和1 600 MPa下压制成型的磁粉芯退火后的SEM图像。可以看出,随着压强的增大,树脂被压实,粉末间隙减小。当成型压强从800 MPa增加到1 400 MPa时,磁粉芯密度从4.63 g/cm3增加到4.94 g/cm3,变化较大;当压强继续增加到1 600 MPa时,密度增加至4.97g/cm3,磁粉芯的密度增长很小,同时,过大的压强会导致磁粉芯内部产生更大的内应力,此时仅靠退火并不能消除所有的内应力。图4 磁粉芯磁性能测试结果图:不同压强下磁粉芯磁导率、损耗和Q值随磁场频率f的变化;100kHz下磁粉芯随压强变化的磁导率、损耗和Q值
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe80.8Si7.2B6Nb5Cu非晶/纳米晶磁粉芯软磁性能研究[J]. 张宗阳,刘先松,张丛,李浩浩,孟祥雨,刘超成. 人工晶体学报. 2017(07)
硕士论文
[1]Fe基合金磁粉芯的制备及性能优化[D]. 朱帅宇.南京大学 2012
本文编号：3573005
【文章来源】：功能材料. 2020,51(08)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
气雾化FeSiB粉末DSC曲线和气雾化FeSiB粉末XRD曲线
图2为钝化-包覆前后FeSiB粉末的SEM图。图2(a)为未钝化粉末,可以看出粉末颗粒的粒径分布在10～20 μm,外形基本呈球形。图2(b)为经过钝化处理的FeSiB粉末,对比图2(a),可以发现钝化后FeSiB粉末的表面较为光亮, 这是因为粉末颗粒经过钝化处理后,表面形成一层磷化膜,粗糙度降低。图2(c)为未钝化-包覆后FeSiB粉末的SEM图像,可以看出大部分颗粒表面并未有包覆层或包覆不完整。图2(d)为经过钝化处理的FeSiB粉末包覆后SEM图像,可以看出粉末颗粒基本被绝缘层包覆。综合分析可知,未经处理的FeSiB粉末具有亲水性极性,而有机绝缘(粘结剂)环氧树脂为疏水非极性材料,绝缘粘结剂不能直接均匀包覆粉末颗粒。钝化处理后,在粉末颗粒表面形成疏水性钝化膜,提高颗粒的流动性,增强粉末的成型能力,使环氧树脂与FeSiB粉末能够更好地结合,均匀、致密地包覆在球形粉末上,有助于减少磁粉芯的损耗,提高磁粉芯品质因数Q值。2.3 磁粉芯性能分析
为了防止粉末颗粒非晶相晶化,保留非晶相的优点,磁粉芯采用冷压成型。而由压力导致的内应力会阻碍畴壁迁移和磁畴转动,导致磁粉芯有效磁导率降低。因此,需要对压制成型的磁粉芯进行低温退火处理以消除内应力,根据DSC测试的结果,由于FeSiB粉末的玻璃化转变温度为782 K,为了防止磁粉芯进一步晶化,压制成型后的去应力退火温度应低于782 K,因此选取退火温度为682K,退火时间为1 h[25]。图3为800 MPa和1 600 MPa下压制成型的磁粉芯退火后的SEM图像。可以看出,随着压强的增大,树脂被压实,粉末间隙减小。当成型压强从800 MPa增加到1 400 MPa时,磁粉芯密度从4.63 g/cm3增加到4.94 g/cm3,变化较大;当压强继续增加到1 600 MPa时,密度增加至4.97g/cm3,磁粉芯的密度增长很小,同时,过大的压强会导致磁粉芯内部产生更大的内应力,此时仅靠退火并不能消除所有的内应力。图4 磁粉芯磁性能测试结果图:不同压强下磁粉芯磁导率、损耗和Q值随磁场频率f的变化;100kHz下磁粉芯随压强变化的磁导率、损耗和Q值
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe80.8Si7.2B6Nb5Cu非晶/纳米晶磁粉芯软磁性能研究[J]. 张宗阳,刘先松,张丛,李浩浩,孟祥雨,刘超成. 人工晶体学报. 2017(07)
硕士论文
[1]Fe基合金磁粉芯的制备及性能优化[D]. 朱帅宇.南京大学 2012
本文编号：3573005
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3573005.html
