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铁粉基软磁复合材料是纯铁粉经表面绝缘化、成形和热处理获得的一种软磁材料,具有高频损耗小、磁导率频率特性优良、饱和磁通密度高等优点,在高频kHz-MHz范围内应用具有突出的优势。
本文研究了纯铁粉的预处理工艺,研究表明:1)纯铁粉经过球磨后,粒度减小,形貌片状化,球磨时间为3h和6h的铁粉粉芯的电感值由9.08μH分别降到了8.19uH、8.43μH;2)粉末粒度分级得到窄粒度分布的大颗粒铁粉,其单位体积内晶界数量减小,矫顽力低,粒度分布在-80目+140目的铁粉粉芯,其电感值提高到9.62μH,提高了8%;3)粉末退火减少了粉末表面缺陷、提高了粉末的压制性能,铁粉芯的初始磁导率、最大磁导率分别达到68.4、260.1,分别提高了95%、106%,电感值提高了8%;4)在20kHz~100kHz范围内,随着粉末退火温度的升高,铁粉芯的损耗先降低后升高,退火温度为400℃时,100kHz时的损耗由2053mw/cm3降低到1459 mw/cm3,根据Stoppels损耗分离分析表明铁粉退火工艺降低了铁粉芯的磁滞损耗。
采用磷化工艺对粉末表面进行绝缘化包覆处理,研究表明:1)表面Fe原子与磷酸逐步反应,形成光滑的磷酸亚铁盐Fe3(PO4)2绝缘包覆层,包覆剂质量比H3PO4/Fe=0.05、反应时间为1h时,粉术包覆层厚度在0.5-1μm之间;2)经500MPa压制成形后的磷化复合粉芯,在10kHz~250kHz范围内具有良好的频率特性,振幅磁导率在92以上,且波动偏差仅为11.5%,低于赫格纳斯Somloy550粉芯的34.7%,250kHz时的损耗由3079mw/cm3降低到1782mw/cm3,降低了42%,而赫格纳斯Somloy550粉芯损耗增加了18%;根据Stoppels损耗分离理论绘制损耗-频率关系图,分析表明铁粉表面磷化工艺降低了粉芯的涡流损耗。
分析了热处理温度对软磁复合粉芯性能的影响,研究表明:软磁复合粉芯经400℃热处理后,进一步提高了材料的磁性能,在10kHz~250kHz的振幅磁导率达到116以上;但是,500℃热处理后,粉芯的磁性能急剧恶化;经TG-DTA分析,软磁复合粉末在462℃时出现一个明显的吸热峰,磷酸亚铁盐包覆层发生分解反应,导致复合材料的磁性能下降。