fesi系软磁粉芯材料的制备及性能研究进展

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1、522009全国粉末冶金学术会议论文集Fe—Si系软磁粉芯材料的制备及性能研究进展①刘辛蔡一湘(广州有色金属研究院，广州510650)摘要介绍了Fe—Si系软磁粉芯材料的制备技术，如机械球磨、水雾化和气雾化等，分析了影响Fe—Si系软磁粉芯磁性能的因素，并简要阐述了其发展趋势。关键词Fe—si系合金；磁粉芯；磁性能1引言Fe—si系合金是目前用途最广、用量最大的软磁材料，也是最具商业用途的二元合金体系之一。Fe—si系合金具有优良的磁学性能，如高的磁导率、高的电阻率和低的磁致损耗等，已成为电力工业

2、、电讯工业和电子工业中不可缺少的软磁材料，被广泛应用于变压器磁芯、电动机的定子和转子等。由于其在能量转换和信息处理领域举足轻重的地位，对该合金的研究和开发一直都十分活跃⋯。随着电子技术的迅猛发展，对电子器件的高频化、高功率密度化、小型化及抗电磁干扰的要求日益提高，传统的Fe—si磁芯材料的低电阻率所导致的大的涡流损耗限制了它在高频段的使用范围。人们一方面通过在Fe—si合金中添加Al、Ni、Ti、zr、co等元素来改善其磁性，包括提高电阻率等；另一方面，则将Fe—si系合金加绝缘剂包覆后压制成磁粉

3、芯材料来进一步减少涡流损耗。这是由于Fe—si系磁粉芯中含有绝缘介质，其电阻率要比合金大得多，因此涡流损耗小，可在较高的频率下使用；又由于Fe—si系合金的饱和磁化强度较高，其磁粉芯也可用于较高的功率下。据统计，全球Fe—si系金属软磁粉芯的需求量在上亿美元以上，预计市场在未来几年将会以每年40％以上的速度增长，超过任何其他软磁材料。由于Fe—Si系软磁粉芯材料具有优异的磁学性能和广阔的应用前景，国内外对该类材料的研究和开发一直都十分活跃。本文对Fe—Si系软磁粉芯材料的制备及性能研究进展进行了综

4、合评述。2Fe—Si系软磁粉芯材料的制备技术、、Fe—Si系合金具有优异的软磁性能，在电机工业中获得了广泛的应用。但随着硅含量的增加，合金变得既硬又脆，机械加工性能急剧恶化，限制了Fe—si系合金的应用和发展。因此，制备工艺的发展和成熟，以及能否经济、有效的生产Fe—si系合金一直是人们关注的热点。传统的熔铸法是采用熔炼后锻造轧制方法生产板材、片材，再经过冲压等后序加工及热处理；熔铸法制造的Fe—Si系合金在实际使用中需要解决低频磁滞损耗和因电阻率低造成的高频涡流损耗等问题，通常采用叠片法制成硅钢

5、片。此外，人们还利用粉末冶金技术，包括合金熔炼、制粉、压制成形、烧结和热处理等主要工序，制成烧结磁体；烧结磁体具有能够精确控制化学成分、成分均匀、损耗小、磁性能一致、成本低等优点，一般适合于直流电应用或很低频率的应用，如ABS制动器的轮速传感环、脉冲调制电路(计算机的打印头)等心J。对于Fe—Si系软磁粉芯材料而言，则是将磁粉与树脂、①广州有色金属研究院博士科研启动摹金(20098005)刘辛：男，1981年生，博士，主要从事铝基轴承合金和金属软磁材料的研究。1．d：020—37238137。E—

6、mail：shaneliull8@gmaii．咖一、综述53塑料等粘结剂均匀混合，进行压制、挤压或注射成形，制成粘结磁体；粘结磁体由于具有显著低的涡流损耗，适合于在较高频率下使用，因而非常适应电子设备向小型、轻量、便携、高可靠性等方向发展的趋势。·目前Fe—Si系软磁粉芯用磁粉的制备技术主要有机械破碎法和雾化法两大类。其中机械破碎法主要采用的是机械球磨，配制的特定成分的混合粉末在磨球的反复冲撞下，承受冲击、剪切、摩擦和压缩多种力的作用，经历反复的挤压、粉碎以及冷焊合，并发生固态扩散、相变反应等过程

7、，从而实现合金化。而雾化法又分为水雾化和气雾化两种：水雾化技术是将原料在保护气氛感应炉中熔化后，注入维持一定高度金属熔体液面包内，液体通过包底注入喷嘴，被高压水流喷射雾化而形成快凝球状金属细粉，水雾化法制取金属微粉具有生产效率高、微粉颗粒均匀、生产成本低等一系列优点；气雾化技术，即利用高速气流作用于熔融液流，使气体动能转化为熔体表面能，进而形成细小的液滴并凝固成粉末颗粒，气雾化制粉具有环境污染小、粉末球形度高、氧含量低、生产成本低以及适应多种金属粉末的生产等优点。图1是上述几种磁粉制备技术的设备示

8、意图¨J。下面分别进行具体介绍。■(a)机械球磨(b)水雾化(c)气雾化图1Ire—Si系磁粉制备技术的设备示意图Ⅲ童2．1机械破碎法金丹等人[41利用真空感应炉熔炼成分为9％Si一6％A1—85％Fe的母合金，将母合金粗破碎后放入球磨罐中进行机械球磨，球磨后按三种粒度规格筛分，获得实验所需的200—300目、300—400目、400～500目的粉末。Zuo等人口3利用机械合金化方法制备了纳米晶Fe∞Sim、Fe75si"和Fe"si。，m。。合金，其最小晶粒尺寸为13—17nm。