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Fe-Si 系軟磁材料燒結(jié)技術(shù)制備

文章出處:責(zé)任編輯:人氣:-發(fā)表時(shí)間:2020-01-14 08:06【

Fe-Si 系軟磁材料Fe-Si 即硅鋼,是一種重要的軟磁材料,一般用作變壓器、電機(jī)的鐵芯,能夠節(jié)約能源,減少鐵損。它的硅含量一般在3wt%,隨著硅含量的提高,可以較顯著地降低鐵損,但也增大了材料的脆性,難以軋制,給生產(chǎn)和使用帶來(lái)很大的困難。因此,有很多新工藝探索的報(bào)道,包括快淬法、噴射成型、CVD 法等[9],其中也有用SPS 燒結(jié)Fe-Si 合金的報(bào)道[10]。結(jié)果顯示,當(dāng)燒結(jié)溫度為1200℃以上,硅含量在2~3wt%時(shí),具有最大的磁感應(yīng)強(qiáng)度;硅含量在3wt%和7wt%時(shí),具有最大磁導(dǎo)率;在1100℃燒結(jié)時(shí),除高硅含量(大于7wt%)以外,矯頑力基本上隨著硅含量的增加而減小。而在1200℃、1300℃燒結(jié)時(shí),矯頑力隨著硅含量的增加而減小??偟膩?lái)說(shuō),可能由于良好的可壓制性和可燒結(jié)性,硅含量為3wt%,6.5wt%,8wt%的鐵硅合金粉顯示了良好的磁性能。另外,在1200℃燒結(jié)時(shí),電阻率隨著硅含量的增加而呈線性增大;硅含量在5wt%時(shí)具有最大的徑向壓潰強(qiáng)度。另外,文獻(xiàn)[11]報(bào)道了應(yīng)用SPS 制備汽車(chē)粉末冶金磁性材料,應(yīng)用該方法有助于成品的致密化,能達(dá)到預(yù)期的效果。文獻(xiàn)[12]報(bào)道了應(yīng)用SPS 制備納米純鐵粉,直接用鐵粉制備納米結(jié)構(gòu)的純鐵塊,文中還研究了鐵塊的拉伸強(qiáng)度跟顆粒大小的關(guān)系。最高的拉伸強(qiáng)度為1444MPa,文中還討論了用傳統(tǒng)的鐵材料來(lái)制備納米結(jié)構(gòu)材料。從以上結(jié)果可以看出,用 SPS 可在較短的時(shí)間內(nèi)獲得高致密度。“密度對(duì)磁性的影響很大,但是通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu),相同密度的材料也可以獲得優(yōu)良的磁性,在磁場(chǎng)強(qiáng)度H≥500A/m 的情況下,磁感和磁導(dǎo)率與燒結(jié)材料和磁絕緣材料的密度成正比,而最大磁導(dǎo)率μmax 、矯頑力、剩磁或損耗則與密度成反比”[5] 。因此,可以預(yù)見(jiàn),SPS 在制備軟磁材料領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)更廣闊。
2.2 硬磁材料的制備
文獻(xiàn)[13]報(bào)道了Fe66Co22Nd2Pr2B5 各向異性永磁材料的研究,其過(guò)程是:將急冷制作的非晶薄帶球磨成37~105μm 的粉末,并裝入WC/Co 合金的模具內(nèi),再在SPS 裝置上燒結(jié)(壓力374~636MPa,溫度673~873K,真空度1×10-2Pa),在973K 保溫180s。結(jié)果顯示,在該條件下,產(chǎn)物相對(duì)密度達(dá)到97.6~98.4%。X 射線衍射分析表明,經(jīng)熱處理后得到的是bcc 結(jié)構(gòu)的(Fe Co)-(NdPr)2(Fe Co)14B- (FeCo)3B 納米復(fù)相材料。磁性測(cè)量表明,燒結(jié)加壓方向的最大磁能積(BH)max 比平行方向的要大,且隨著SPS 燒結(jié)溫度和壓力的升高,各向異性增強(qiáng)。
交換耦合磁體是由納米尺寸的永磁相和軟磁相組成的復(fù)合磁體。由于軟磁相與硬磁相的交換耦合阻礙了軟磁相的磁化反轉(zhuǎn),因而可發(fā)揮如同單一硬磁相磁體同樣的效果,所以有可能獲得很高的磁性能。文獻(xiàn)[14] 報(bào)道了交換耦合永磁Nd9Fe76Co8V1B6 和Nd11Fe72Co8V1.5B7.5 塊狀納米晶材料的研制過(guò)程,在973K、470MPa 時(shí)保溫5min,所得磁體是由微細(xì)Nd2Fe14B 與α-Fe 相所組成的交換耦合磁體,大致各向同性,且與燒結(jié)時(shí)的加壓方向無(wú)關(guān),實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)隨著燒結(jié)溫度的升高,在致密化狀態(tài),原料粉末顆粒之間沒(méi)有發(fā)生粒度長(zhǎng)大,但可觀察到在粉末顆粒內(nèi)部的微細(xì)晶粒成長(zhǎng),所得塊體的密度為7.59g/cm3 , 達(dá)到很高的致密度。(BH)max 為107.8kJ/m3,具有很好的磁性能。文獻(xiàn)[15]報(bào)道了Nd3.5Dy1Fe73Co3Si1B18.5在不同燒結(jié)條件(50MPa×680℃×10min, 50MPa×680℃×30min, 75MPa×680℃×10min, 50MPa×800℃×10min)下的情況,結(jié)果表明較高溫度(800℃)下燒結(jié)能提高成品的密度,但是會(huì)造成晶粒長(zhǎng)大;較低溫度(680℃)能抑制晶粒的長(zhǎng)大,但是致密度不高:壓力和原始粉末顆粒大小對(duì)成品的影響很小。

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