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　　磁性材料及器件2014年529工艺技术应用铁硅铝粉末制备及配比对磁粉芯性能的影响华中科技大学光学与电子信息学院，湖北武汉430074；武汉冶金研究所，湖北武汉430050；武汉欣达磁性材料有限公司，湖北武汉430044）要：采用真空熔炼、机械破碎的方法制备铁硅铝合金粉末，并使用机械振动筛得到不同粒度的粉末。利用振动样品磁强计（VSM）测试不同粒径铁硅铝粉末的静态磁性能，发现其比饱和磁化强度σs彼此相差不大，而粗颗粒的矫顽力Hcj与比剩余磁化强度σr均较细颗粒小。利用上述结果，经过合理配比后，试制有效磁导率分别为125，147，160的高磁导率铁硅铝磁粉芯，并对其有效磁导率的频率特性、直流叠加性能、功率损耗进行了测试。在频率为20~200kHz范围内各型磁粉芯均有良好的恒导磁性。在频率为100kHz、磁场为1.6kA/m型磁粉芯的叠加直流后的磁导率与未叠加直流的磁导率之比均不低于70%。各型磁粉芯在50kHz、50mT条件下的体积损耗均在80mW/cm以下，而在100kHz、100mT条件下的体积损耗均在700mW/cm以下。关键词：铁硅铝粉末；磁粉芯；有效磁导率；直流叠加；损耗中图分类号：TM271文献标识码：A文章编号：1001-3830(2014)03-0029-03PreprationsoftmagneticSendustpowdersparticlesizematchingpowdercoreWEIDingLIUShan-yiZHUJia-guiFENGZe-kunGONGRong-zhouWANGXianElectronicInformation,HuazhongUniversityTechnology,Wuhan430074,China;WuhanMetallurgicalResearchInstitute,Wuhan430050,China;WuhanXindamagneticmaterialsCo,Ltd,Wuhan430044,ChinaAbstract:Sendustpowdersdifferentsizeswerepreparedvacuummeltingmachinepulverizingprocess,staticmagneticpropertiesweretestedparticlesize,specificsaturationmagnetizationintrinsiccoercivity（Hcj）andspecificremnantmagnetization（σr）increasetremendously.mixingpowdersproperratiodifferentsizes,powdercoreseffectivepermeability125,147,and160wereprepared,frequencydependencespermeability,DCbias,powerlossweretested.powdercoresshowexcellentstablefrequencycharacteristicsfrom20kHzpercentpermeabilitiespowdercoreswerelessthan70%100kHz/1.6kA/m.Powerlosspowdercoreswerelessthan80mW/cmlessthan700mW/cm100kHz/100mT.Keywords：Sendustpowder；powdercore；effectivepermeability；DCbias；coreloss近年来，软磁铁硅铝粉末及其磁粉芯制品在电子电力行业的应用受到了极大的关注[1-5]铝磁粉芯为磁芯的电子器件已广泛应用于太阳能、收稿日期：2013-05-28修回日期：2013-09-06通讯作者：**E-mail:.edu风能转换的控制电源、以太阳能为电源的LED灯电源、电动汽车的能源转换器以及家用电器的节能贮能器件、电力行业的储能电抗器等许多领域，还有的厂家利用铁硅铝粉末制成吸波材料，其用途在不断扩大。铁硅铝（Fe85%-Si9.5%-Al5.5%）（Sendust）材料的饱和磁感应强度Ms和电阻率ρ均比铁镍钼（Fe17%-Ni81%-Mo2%）（MPP）高，30MagnMaterDevicesVol45这样使得铁硅铝粉末制品具有良好的磁性能。廉价的铁硅铝合金粉末的许多磁特性与昂贵的铁镍钼合金粉末相近，而且应用频段基本相同，因此是铁镍钼粉末制品极好的替代品。由于铁硅铝粉末的经济性，因此对铁硅铝粉末及其制品的应用研究引起了人们浓厚的兴趣。但在一些特殊应用领域对铁硅铝磁粉芯的温升性能提出要求，例如在户外LED路灯电源要求温升不能太高，这样就需要开展对低温度系数铁硅铝合金粉末及其制品的研究。但现阶段对磁粉芯的研究主要着重于包覆方法、合金成分以及工艺因素的影响等方面[6-9]，而对其粒度配比组成对器件性能的影响研究很少[10-11]。由于粉末的粒度组成是制作高品质磁粉芯的关键，为此利用振动样品磁强计（VSM）对不同粒径的铁硅铝粉末静态磁性能进行了测试，并根据结果进行粒度配比，试制有效磁导率分别为125，147，160的高磁导率铁硅铝磁粉芯。对其有效磁导率频率特性、直流叠加、体积损耗进行了测试，得到较好的粉末冶金制粉末制备技术是粉末冶金技术的基础。随着科学技术的发展，对高性能材料的要求，即对粉末原料的品质要求日益苛刻，粉末的粒径及其分布、洁净程度、经济性能等方面的指标越来越高。软磁铁硅铝粉末生产方法主要包括：雾化法制粉（水雾化、气雾化），机械破碎法。气雾化法由于成本高限制了其应用推广，而水雾化法制备的粉末表面氧化，所以通常采用机械破碎法制备铁硅铝粉末。实验本实验仅对真空感应炉冶炼、机械破碎、氢气保护热处理的铁硅铝粉末进行磁性测试和分析研磁粉芯工艺流程：真空感应炉熔炼铸成合金锭粗破碎细破碎球磨成粉末热处理粒度配比绝缘包覆压制成型热处理含浸固化绝缘喷涂。利用TescanVEGASBH型扫描电子显微镜（SEM）观察铁硅铝粉末的形貌。利用LakeShore7404型振动样品磁强计（VSM）测试不同粒径铁硅铝合金粉末的矫顽力Hcj、比饱和磁化强度σs、比剩余磁化强度σr。使用Agilent4284阻抗分析仪（LCR）对制作的磁粉芯测试有效磁导率的频率特性和直流叠加性能，使用CH2335A功率计测试磁粉芯的体积损耗。样品参数：外径为26.90mm，内径为14.70mm，高为11.18mm，环状样品，使用线mm漆包线匝进行测试。结果与讨论3.1粉末形貌为通过机械破碎法制备的铁硅铝粉末的SEM照片。可以看出，铁硅铝粉末颗粒呈不规则多边形，边缘棱角分明，颗粒表面粗糙不平，这是机 械破碎法制备铁硅铝粉末的典型特征。机械破碎法 制备的铁硅铝粉末呈现该种形貌特征其原因在于 此种合金成分的内禀脆性。 3.2 粉末静态磁性能 铁硅铝粉末的粒径分布对磁粉芯的磁性能有 较大影响，因此通过检测不同粒径铁硅铝粉末的矫 顽力Hcj、比饱和磁化强度σs、比剩余磁化强度σr， 以便确定合理的粒度配比来制备铁硅铝磁粉芯。图 为不同粒径铁硅铝粉末的矫顽力Hc、比饱和磁化强度σs、比剩余磁化强度σr 测试结果。 可看出，粉末的矫顽力Hc和比剩余磁 化强度σr 与粉末粒径呈负相关，这是因为软磁材料 的矫顽力反比于颗粒或晶粒的直径 [12] 。而且由于体 积效应（松装比）的不同，粗粉堆积所产生的空隙 更少，从而空隙对磁畴不可逆移动的阻碍作用更 小，因此剩余磁化强度越小。随粉末颗粒的减小， 粉末的矫顽力Hc 和比剩余磁化强度σr 逐渐增大。 比饱和磁化强度σs 变化不大（120 /kg左右）， 磁性材料及器件 2014年5 0.00.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 cj（79.62 kg-1 （10-1 kg-1 不同粒径铁硅铝粉末的静磁性能则反映出材料的饱和磁化强度Ms 变化不大，而材 料的饱和磁化强度Ms 主要由材料的成分和密度所 决定。因此在材料成分和密度一定的情况下，比饱 和磁化强度σs 不随粉末粒径的改变而变化。 3.3 磁粉芯性能 为不同粒径铁硅铝粉末经过配比后，粉末的矫顽力Hc，比饱和磁化强度σs，比剩余磁化强度 中组合1的粒度配比按照常规配方及生 产工艺试制有效磁导率μe=125 中组合2的粒度配比按照常规配方及 生产工艺改变成型压力试制有效磁导率μe=147 中组合2的粒度配比按照常规配方改 变成型压力及提高热处理温度试制有效磁导率 μe=160 为有效磁导率μe=125，147，160 的环形磁粉芯样品磁导率的频率曲线kHz 内有效磁导率为 125，147 的铁硅铝环形磁粉芯具有良好的恒导磁 性，而有效磁导率为160 10~20kHz磁导率虽有跌落，但在20~200kHz 不同粒径铁硅铝粉末配比后的静磁性能100 目～120 120目～200 200目～300 300目～325 Hc/Am-1 kg-1 kg-1 组合1 3810 44 74.73 117.97 0.08990 组合2 1240 10 38 67.37 116.96 0.07532 10 100 110120 130 140 150 160 170 16050 60 70 80 90 100 10 100 1000 三种具有不同有效磁导率的铁硅铝环形磁粉 芯在频率为100kHz、磁场为1.6kA/m 时叠加直流 与未叠加直流的磁导率之比分别为76%，72.5%， 70%。 为三种不同有效磁导率的铁硅铝环形磁粉芯的体积损耗测试结果，可以看出在 50kHz、 50mT 条件下三种样品的体积损耗均在 80mW/cm 以下，而在100kHz、100mT条件下其体积损耗均 在700mW/cm