降低铁基软磁材料磁损耗的一个有效方法

软磁复合材料是通过在铁磁颗粒表面包覆电绝缘膜层而获得的一类电磁应用材料。与传统的叠片钢磁芯相比，采用粉末冶金工艺制备的软磁复合材料磁芯具有一系列独特的性能，包括三维各向同性磁性能、低的涡流损耗、中高频率下相对低的总损耗和灵活的磁芯结构设计等，能大幅降低磁芯的质量和体积，应用前景广阔。这种软磁复合材料的性能很大程度上取决于颗粒表面的绝缘层，不能进行高温烧结，以免破坏绝缘层，只能通过热处理来脱除成形时所添加的润滑剂，提高磁芯的强度，同时部分消除内应力。 中国钢研科技集团有限公司以磷酸为磷化剂对雾化铁粉进行磷化处理，然后压制成环形生坯，进行热处理后制成软磁复合材料磁芯，取得良好效果。他们用丙酮为反应介质，磷酸为有效磷化剂，通过磷化工艺在铁粉表面生成绝缘包覆层。磁芯压制成形时采用一种自制的润滑剂，该润滑剂是一类碳氢化合物，热处理后无残留；该润滑剂在压制时在压力作用下转变成液相，能增强粉末的流动性，优化压坯结构。在磷化处理的铁粉中添加润滑剂，充分混合后倒入环形模具中，在800MPa压力下压制成环形压坯，经热处理后制得铁基软磁磁芯。 检测证明，磷化处理使得铁粉表面生成了铁的磷酸盐膜层，该磷酸铁盐膜层的厚度很小；各元素在粉末表面都有良好广泛的覆盖，说明铁粉表面生成的磷酸盐膜层包覆是完整、均匀的。 热处理是一个重要环节，它能脱除磁芯压坯中的润滑剂，同时可部分消除压制成形时产生的内应力，从而提高磁芯的磁性能。随热处理温度升高或热处理时间延长，压制过程中产生的内应力得到消除，磁芯结构得到改善，缺陷减少，阻碍磁畴运动的钉扎点密度降低，同时润滑剂脱除更彻底，因此磁芯的最大磁导率不断增大，矫顽力减小，磁滞损耗降低。在500℃下热处理30min时磁芯具有较高的磁导率，磁损耗最低。热处理温度继续升高至550℃或更高时，会加速绝缘层的分解。600℃下绝缘膜几乎完全分解，失去了降低涡流损耗的作用。与此同时，热处理温度超过500℃后，由于绝缘膜层发生分解，铁粉颗粒之间相互连通而使电阻率迅速降低。随电阻率减小，涡流损耗大幅增加，总磁损耗显著增大。 试验还表明，采用空气气氛优于氮气气氛，空气气氛下热处理时，氧的渗透深度更深，使得软磁颗粒表面的氧化程度更大，从而使磁损耗降低；而且成形时添加的润滑剂在空气气氛下能得到彻底脱除。不能用氢气气氛，因为氢气气氛会损坏铁粉表面的磷酸盐绝缘层。 综合起来看，空气气氛下500℃热处理30min是较优的热处理条件，所得磁芯最大磁导率为350，在频率为1kHz和饱和磁感1T条件下的磁损耗仅为145W/kg。（钢研）