【摘 要】
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软磁材料种类众多,相比于传统的晶态软磁材料,非晶软磁材料因具有高电阻率,高饱和磁化强度,低矫顽力,良好的耐腐蚀性和耐磨性等优点,成为制备下一代电感磁芯的理想材料之一。为了实现电子设备小型化、轻量化和长续航的发展目标,要求下一代电感具有更高的饱和磁化强度、更大的磁导率、更低的损耗和更好的频率稳定性。磁粉作为电感的核心材料,其性能受磁粉成分、组织结构以及包覆工艺的影响。无机包覆工艺是提高粉末电阻率,降
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软磁材料种类众多,相比于传统的晶态软磁材料,非晶软磁材料因具有高电阻率,高饱和磁化强度,低矫顽力,良好的耐腐蚀性和耐磨性等优点,成为制备下一代电感磁芯的理想材料之一。为了实现电子设备小型化、轻量化和长续航的发展目标,要求下一代电感具有更高的饱和磁化强度、更大的磁导率、更低的损耗和更好的频率稳定性。磁粉作为电感的核心材料,其性能受磁粉成分、组织结构以及包覆工艺的影响。无机包覆工艺是提高粉末电阻率,降低磁芯涡流损耗的有效方式。但非晶粉末的耐腐蚀性良好,通过化学反应法在其表面获得致密均匀的包覆层较困难。本文采用雾化非晶磁粉制备磁粉芯,通过研究硝酸和磷酸溶液对非晶磁粉表面无机包覆层形貌结构和非晶磁粉芯磁性能的影响规律,优化了雾化非晶磁粉的无机包覆工艺,并研究残余应力对非晶磁粉芯性能的影响,利用退火热处理改善磁粉芯的频率稳定性和损耗性能。采用硝酸钝化处理制备了Fe Si BCr@Fe2O3/Fe3O4核壳结构的非晶粉末。研究发现,通过硝酸钝化制备的氧化层完整且致密,非晶磁粉芯的频率稳定性优异,有效磁导率可在30 MHz范围内保持不变。同时,由于氧化层有效减小了高频时的涡流,因而非晶磁粉芯的涡流损耗大幅降低,总损耗得到明显改善。在0.03 T、200 k Hz测试条件下,经硝酸钝化处理非晶磁粉芯的总损耗最低约为558 m W/cm~3。相比于硝酸钝化处理,磷化处理具有应用成熟、流程简单等优点。针对非晶磁粉耐腐蚀性好,磷化困难的问题,采用不同磷化溶液优化非晶磁粉的磷化工艺。通过研究磷酸丙酮和磷酸乙醇对磷化层形貌结构以及非晶磁粉芯磁性能的影响,分析了不同磷酸浓度温度下磷化层的生长机制,制备了具有致密磷化层的非晶复合粉末。经55℃磷酸乙醇溶液磷化处理后,非晶磁粉芯在高频下的涡流损耗大幅降低,在0.03 T、200 k Hz测试条件下,总损耗约为489.6 m W/cm~3,效果优于硝酸钝化处理和磷酸丙酮溶液。此外,非晶磁粉芯的有效磁导率频率稳定性也得到明显提升,在40 MHz范围内基本保持不变。非晶磁粉芯的涡流损耗虽然通过无机包覆后得到大幅改善,但在k Hz范围内,冷压成型的非晶磁粉芯的磁滞损耗占比很高。非晶磁粉芯磁滞损耗主要受矫顽力的影响,矫顽力越低,磁滞损耗越低。通过退火热处理工艺消除压制过程中引入的内应力,可以显著降低非晶磁粉芯的矫顽力,总损耗得到大幅改善。采用480℃退火热处理1 h的非晶磁粉芯总损耗最低,在0.03 T、200 k Hz测试条件下约为95 m W/cm~3。
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