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Fe80Si8B6Nb5Cu纳米晶磁粉芯制备与软磁性能研究

2020-12-03阅读(156)

Fe80Si8B6Nb5Cu纳米晶磁粉芯制备与软磁性能研究

论文摘要

铁硅硼软磁合金以其优秀的综合软磁性能、简单的制造工艺、良好的非晶形成能力,在非晶合金产业中占据了主流地位。非晶合金内部的无序结构,使其具有较高的电阻率,还表现出各向同性、较低的矫顽力。将少量铜元素和铌元素加入铁硅硼非晶合金中,可制备得到铁硅硼铌铜（FeSiBNbCu）合金。通过恰当的热处理工艺,会在合金中形成非晶纳米晶双相结构:非晶基体中会形成大量弥散分布、尺寸相仿的纳米晶粒。当非晶基体与纳米晶相达到一定比例时,正负磁致伸缩效应相互抵消,会使得合金具有较高的的磁导率,较低的矫顽力。非晶相的存在能够传递纳米晶粒之间的交换耦合作用,使得纳米晶合金具有更高的饱和磁感应强度。因此FeSiBNbCu纳米晶合金表现出易磁化、高饱和磁化强度、高有效磁导率、低矫顽力等优点,大力推动了非晶纳米晶合金的应用范围。利用FeSiBNbCu纳米晶合金与包覆剂制备的磁粉芯,由于气隙和绝缘剂有效地增加了电阻率,所以纳米晶磁粉芯几乎不发生趋肤效应,还有着频率特性好和涡流损耗低的优点,因此FeSiBNbCu纳米晶磁粉芯有着优秀的综合软磁性能,符合电子工业对电感器件轻型化、高频化、小型化和低损耗的要求。本文先在Fe73.5Si135B9Nb3Cu纳米晶合金研究基础上,调整元素比例,制备Fe80Si8B6Nb5Cu合金,再通过破碎法得到纳米晶磁粉,然后经包覆处理、压制成型和退火处理便得到了Fe80Si8B6Nb5Cu纳米晶磁粉芯。通过一些表征手段,研究并分析了不同成型压力、退火温度对纳米晶磁粉芯矫顽力、磁导率、损耗和品质因数的影响规律。然后在Fe80Si8B6Nb5Cu合金晶化过程中,通入不同量的氢气,探究渗氢对磁粉芯软磁性能的影响。最后在（Fe80Si8B6Nb5Cu）100-Px母合金中添加P元素,研究P元素含量对（Fe80Si8B6Nb5Cu）100-xPx磁粉芯软磁性能的影响。本文的主要研究结论如下:（1）在较低成型压力时（500 Mpa-800 Mpa）,压力的增加导致内应力和位错增多,阻碍磁畴转动,增加矫顽力,使得磁滞损耗增加;但是成型压力的增加会使气隙变小,磁导率增加,还会使绝缘剂包覆得更加充分,电阻率增加,降低涡流损耗;但是过高的压力会使得绝缘层破损、内应力多大,磁粉芯软磁性能急剧恶化。综合来看,随着成型压力由500 Mpa增加至1000 Mpa,矫顽力和磁导率不断增加,损耗和品质因数先增加后减少,其中最适宜的成型压力为800 Mpa。（2）在退火温度较低时（400℃-490℃）,随着退火温度的增加,内应力逐步释放,矫顽力不断下降,磁导率逐步增加,单位质量损耗逐步下降,导致品质因数随着退火温度的增加而增加;当退火温度较高时（490℃-550℃）,绝缘层烧蚀,使得磁粉芯的电阻率大幅下降,非晶相转变为纳米晶,磁晶各向异性增加,导致磁导率、矫顽力、磁滞损耗大幅增加,品质因数下降。总体上,随着退火温度由400℃增加至550℃,有效磁导率一直增加,磁粉芯矫顽力、损耗先降低后增加,品质因数先增加后降低。最适合Fe80Si8B6Nb5Cu纳米晶磁粉芯的退火温度为490℃。（3）渗氢过程中,会使得粉体表面的氧含量先下降后趋于稳定。当渗氢量较低时（0-].2 mol）,H原子填充到Fe原子间隙,提高了合金的非晶形成能力提高,会导致电阻率、有效磁导率增加、矫顽力下降,使得磁粉芯的饱和磁感应强度和品质因数逐步增加。当渗氢量过多时（1.2 mol-2 mol）,有效磁导率下降、矫顽力增加,饱和磁感应强度和品质因数降低。综合渗氢对磁粉芯软磁性能的影响,1 kg的Fe80Si8B6Nb5Cu合金回火过程中,通入0.8 mol-1.2 mol氢气是最佳选择,性能有较为显著的提升。（4）随着P元素含量的增加,合金的非晶形成能力先增加降低。当P含量小于1 at.%时,随着P含量的增加,合金的非晶形成能力逐步增加,磁粉芯的矫顽力与损耗也在逐步降低,电阻率、磁导率轻微增加。当P含量在1 at.%-2.5 at.%时,随着P含量的增加,合金的非晶形成能力快速下降,使得大量晶粒析出、长大,矫顽力与损耗快速增加,磁导率先增加后减少,电阻率与品质因数快速下降,磁粉芯的综合性能急剧恶化。

论文目录

  • 摘要
  • Abatract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 非晶纳米晶软磁合金发展简史
  •   1.2 非晶软磁合金的形成原理
  •     1.2.1 非晶合金形成的热力学和动力学条件
  •     1.2.2 非晶合金的结构模型
  •   1.3 纳米晶软磁粉体制备工艺
  •     1.3.1 机械球磨法
  •     1.3.2 雾化法
  •     1.3.3 破碎法
  •   1.4 纳米晶磁粉芯制备与应用
  •     1.4.1 纳米晶粉体的包覆处理
  •     1.4.2 纳米晶磁粉芯的成型工艺
  •     1.4.3 纳米晶磁粉芯的退火处理
  •     1.4.4 纳米晶磁粉芯特性与应用
  •   1.5 论文的选题意义及研究内容
  • 第二章 实验方法
  •   2.1 实验材料与实验仪器
  •     2.1.1 实验材料与试剂
  •     2.1.2 实验仪器与设备
  •   2.2 制备纳米晶磁粉芯样品
  •     2.2.1 制备非晶纳米晶带材
  •     2.2.2 制备纳米晶粉体
  •     2.2.3 制备纳米晶磁粉芯
  •   2.3 样品的性能表征
  •     2.3.1 物理性能测试
  •     2.3.2 氧含量测量
  •     2.3.3 X射线衍射技术（XRD）分析
  •     2.3.4 扫描电子显微镜（SEM）分析
  •     2.3.5 振动样品磁强计（VSM）分析
  •     2.3.6 激光粒度分析仪（LPSA）分析
  •     2.3.7 B-H交流磁特性分析仪分析
  •   2.4 原始纳米晶磁粉芯的测试
  • 80Si8B6Nb5Cu纳米晶磁粉芯软磁性能的影响'>第三章 成型压力对Fe80Si8B6Nb5Cu纳米晶磁粉芯软磁性能的影响
  •   3.1 引言
  •   3.2 成型压力对磁粉芯密度和电阻率的影响
  •   3.3 成型后磁粉的XRD衍射图谱
  •   3.4 成型压力对磁粉芯矫顽力、磁导率的影响
  •   3.5 成型压力对磁粉芯损耗的影响
  •   3.6 成型压力对磁粉芯Q值的影响
  •   3.7 本章小结
  • 80Si8B6Nb5Cu纳米晶磁粉芯软磁性能影响'>第四章 退火温度对Fe80Si8B6Nb5Cu纳米晶磁粉芯软磁性能影响
  •   4.1 引言
  •   4.2 退火温度对磁粉芯密度和电阻率的影响
  • 80Si8B6Nb5Cu纳米晶磁粉的XRD'>  4.3 退火后Fe80Si8B6Nb5Cu纳米晶磁粉的XRD
  •   4.4 退火温度对磁粉芯矫顽力、磁导率的影响
  •   4.5 退火温度对磁粉芯损耗的影响
  •   4.6 退火温度对磁粉芯品质因数的影响
  •   4.7 本章小结
  • 80Si8B6Nb5Cu纳米晶磁粉芯软磁性能的影响'>第五章 渗氢对Fe80Si8B6Nb5Cu纳米晶磁粉芯软磁性能的影响
  •   5.1 引言
  • 80Si8B6Nb5Cu合金的氧含量分析'>  5.2 Fe80Si8B6Nb5Cu合金的氧含量分析
  • 80Si8B6Nb5Cu纳米晶粉体的XRD'>  5.3 渗氢后Fe80Si8B6Nb5Cu纳米晶粉体的XRD
  • 80Si8B6Nb5Cu粉体饱和磁感应强度和矫顽力的影响'>  5.4 深氢对Fe80Si8B6Nb5Cu粉体饱和磁感应强度和矫顽力的影响
  • 80Si8B6Nb5Cu纳米晶磁粉芯的电阻率的影响'>  5.5 渗氢对Fe80Si8B6Nb5Cu纳米晶磁粉芯的电阻率的影响
  • 80Si8B6Nb5Cu纳米晶磁粉芯有效磁导率和损耗的影响'>  5.6 渗氢对Fe80Si8B6Nb5Cu纳米晶磁粉芯有效磁导率和损耗的影响
  • 80Si8B6Nb5Cu纳米晶磁粉芯品质因数的影响'>  5.7 渗氢对Fe80Si8B6Nb5Cu纳米晶磁粉芯品质因数的影响
  •   5.8 本章小结
  • 80Si8B6Nb5Cu)100-xPx纳米晶磁粉芯软磁性能的影响'>第六章 P元素对(Fe80Si8B6Nb5Cu)100-xPx纳米晶磁粉芯软磁性能的影响
  •   6.1 引言
  • 80Si8B6Nb5Cu)100-xPx合金的XRD、DSC和SEM分析'>  6.2 (Fe80Si8B6Nb5Cu)100-xPx合金的XRD、DSC和SEM分析
  • 80Si8B6Nb5Cu)100-xPx纳米晶合金的饱和磁化强度'>  6.3 (Fe80Si8B6Nb5Cu)100-xPx纳米晶合金的饱和磁化强度
  • 80Si8B6Nb5Cu)100-xPx纳米晶磁粉芯的电阻率'>  6.4 (Fe80Si8B6Nb5Cu)100-xPx纳米晶磁粉芯的电阻率
  • 80Si8B6Nb5Cu)100-xPx纳米晶合金的有效磁导率和损耗'>  6.5 (Fe80Si8B6Nb5Cu)100-xPx纳米晶合金的有效磁导率和损耗
  • 80Si8B6Nb5Cu)100-xPx纳米晶合金的品质因数'>  6.6 (Fe80Si8B6Nb5Cu)100-xPx纳米晶合金的品质因数
  •   6.7 本章小结
  • 第七章 总结
  •   7.1 本文主要研究结论
  •   7.2 本文的创新与不足
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的学术论文

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 张宗阳

    导师: 刘先松

    关键词: 纳米晶磁粉芯,成型压力,退火温度,渗氢,元素含量

    来源: 安徽大学

    年度: 2019

    分类: 工程科技Ⅰ辑

    专业: 材料科学,金属学及金属工艺

    单位: 安徽大学

    分类号: TB383.1;TG139.8

    总页数: 73

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