金屬粉末的性能探究與分解
作者:翔宇粉末冶金制品
發(fā)布時(shí)間:2020-08-28 00:00:00
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由于分布氣隙的存在,磁粉芯具有低磁導率、恒磁導率的特點(diǎn),多年來(lái)一直廣泛應用于電力電子和電子信息領(lǐng)域。隨著(zhù)電子工業(yè)的發(fā)展,對于電子產(chǎn)品微型化的要求越來(lái)越高,對磁粉芯性能的要求也隨之提高,這也就意味著(zhù)新型磁粉芯必須具備高的飽和磁感應強度、低的高頻損耗、良好的性能穩定性(包括溫度穩定性、不同直流偏磁場(chǎng)下磁導率的穩定性、不同頻率下磁導率穩定性),同時(shí)使用噪聲低、價(jià)格低廉。鐵硅硼合金是一種常用的鐵基非晶合金,具有高電阻、高飽和磁通密度、極低鐵損、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),且經(jīng)過(guò)退火處理后帶材容易變脆,是理想的制備磁粉芯的原料。
本文采用粉末冶金工藝,研究了Fe78Si9B13非晶帶材機械破碎法制備的粉末性能,并重點(diǎn)考察了這種新型磁粉芯與常規磁粉芯的磁性能(包括磁粉芯的溫度穩定性、有效磁導率隨頻率、直流疊加場(chǎng)的變化以及在高頻下的Q值、損耗等)的差別。
1試驗本實(shí)驗選用安泰科技股份有限公司生產(chǎn)的鐵基非晶帶材(成分為Fe78Si9B13(原子百分數),帶寬1030mm,厚度為2632m,基本性能如所示)經(jīng)過(guò)預處理后用機械球磨法制備成非晶粉末,同時(shí)采用氣流破碎法對粉末形貌進(jìn)行修正,經(jīng)過(guò)篩分和粒度配比,獲得-100 325目的粉末。
本實(shí)驗制備非晶磁粉芯所采用的工藝流程為:(1)粉末鈍化處理;(2)絕緣包覆;(3)壓制成形;(4)固化處理。將上述-100 325目的粉末在8的磷化液中鈍化處理1h,然后向粉末中加入4的絕緣劑和2的粘接劑進(jìn)行包覆處理后,在YT32-100C四柱液壓機上用19t/cm2的壓力冷壓制成環(huán)形樣品,樣品尺寸為(2616)11(mm)。最后在空氣中進(jìn)行420固化處理1h.
采用X射線(xiàn)方法測定所制得的粉末的晶化狀態(tài),靶材為Cu.采用JSM6400掃描電子顯微鏡觀(guān)察非晶粉末機械球磨和氣流磨后的形貌,用Agilent4284測量磁粉芯的電感、品質(zhì)因數(Q)、頻率特性和直流疊加特性。根據公式e=(Lle109)/4N2Ae計算磁粉芯樣品的有效磁導率。
式中:L為電感(H),le為樣品有效磁路長(cháng)度(cm),Ae為樣品有效截面積(cm2),N為繞線(xiàn)匝數。采用IWATSUSY8232BH測試儀對樣品的高頻損耗進(jìn)行測試。通過(guò)與Magnetics公司的產(chǎn)品樣本做比較,對比同一磁導率下不同種類(lèi)磁粉芯的溫度穩定性、有效磁導率隨頻率、直流疊加場(chǎng)的變化以及在高頻下的Q值、損耗等差別。
2結果及討論21粉末的X衍射分析及電鏡形貌分析經(jīng)過(guò)球磨氣流復合破碎法制備的-100粉末的X射線(xiàn)衍射譜。由圖可見(jiàn)該衍射譜中出現了并不明顯的衍射峰,證明粉末少量被晶化,大部分為非晶態(tài)結構。
分別為經(jīng)過(guò)球磨和球磨氣流復合破碎法制備的-100粉末形貌。由圖可見(jiàn),帶材直接球磨破碎后,粉末呈片狀,存在大量鋒利尖角,大顆粒的粉末中存在長(cháng)條形粉末和類(lèi)三角形粉末,而小顆粒則為類(lèi)四方形。經(jīng)過(guò)球磨氣流復合破碎法制備的粉末顆粒邊緣比較圓滑,粉末長(cháng)條和尖角現象減少,多數粉末接近圓片形。這與帶材破碎制備粉末的特點(diǎn)有關(guān)。帶材機械破碎制粉主要依靠帶材折斷而得,這決定其粉末存在尖角過(guò)多的問(wèn)題,而這種形貌不利于粉末的絕緣包覆。實(shí)驗證明氣流破碎法可修正粉末形貌,是減少粉末尖角形貌的有效途徑之一。
22磁粉芯的性能
芯(AMP)與美國Magnetics產(chǎn)品樣本所列磁導率為60的FeNiMo坡莫合金磁粉芯(MPP)、FeNi高磁通粉芯(HF)、和FeSiAl粉芯(Sendust)隨頻率的變化曲線(xiàn)??梢?jiàn),2MHz頻率范圍內,非晶磁粉芯的頻率特性與Magnetics公司的MPP、Sendust粉芯相當,優(yōu)于HF粉芯,當頻率增加到1MHz時(shí),非晶磁粉芯的磁導率衰減為98,而Magnetics公司的HF粉芯的磁導率降到915.
非晶磁粉芯與美國Magnetics磁導率為60的FeNiMo坡莫合金磁粉芯(MPP)、FeNi高磁通粉芯(HF)和FeSiAl粉芯(Sendust)磁導率衰減隨直流偏磁場(chǎng)的變化。
直流疊加是衡量磁粉芯動(dòng)態(tài)特性的重要參數。在某些電路中,交變磁場(chǎng)與直流磁場(chǎng)同時(shí)作用于磁粉芯,在此工況下磁粉芯不但要具備良好的電磁特性,還應具有良好的直流疊加特性,即在疊加直流偏置源時(shí)磁粉芯的有效磁導率衰減變化越小越好。由圖4可以看出,直流疊加磁場(chǎng)值為100Oe時(shí),非晶磁粉芯的有效磁導率衰減變化值為34,優(yōu)于Sendust粉芯及MPP粉芯,適合做大電流下的電感器件。
非晶磁粉芯與美國Magnetics磁粉芯產(chǎn)品的磁導率衰減隨溫度的變化非晶磁粉芯與美國Magnetics磁導率為60的FeNiMo坡莫合金磁粉芯(MPP)、FeNi高磁通粉芯(HF)和FeSiAl粉芯(Sendust)磁導率衰減隨溫度的變化??梢?jiàn),非晶磁粉芯與HF和Sendust粉芯具備相當的溫度穩定性,其衰減范圍均在005以?xún)取?br> 為頻率在100kHz下,磁導率為60的Fe78Si9B13非晶磁粉芯與美國Magnetics磁導率為60的FeNiMo坡莫合金磁粉芯(MPP)、FeNi高磁通粉芯(HF)和FeSiAl粉芯(Sendust)等磁粉芯產(chǎn)品的損耗隨磁感應強度的變化??梢?jiàn),非晶磁粉芯損耗低于美國MagneticsHF粉芯,與Sendust粉芯的3結論(1)非晶帶材球磨制粉存在粉末邊緣尖銳,不利于絕緣包覆的問(wèn)題,可通過(guò)氣流破碎改善其形貌。球磨氣流復合破碎法是改善帶材破碎制粉的有效途徑之一。
?。?)磁導率為60的Fe78Si9B13非晶磁粉芯,其頻率特性在2MHz范圍內,與MagneticsMPP、Sendust粉芯相當;其磁導率隨溫度的衰減范圍在005以?xún)?,直流疊加性能優(yōu)于MPP、Sendust粉芯,在100kHz、01T條件下,其損耗低于美國MagneticsHF粉芯,與Sendust粉芯相當,是綜合性能良好的新型磁粉芯。
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