Fe-Si 系軟磁材料燒結技術制備
發布時間：2020.01.14
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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、電機的鐵芯，能夠節約能源，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，給生產和使用帶來很大的困難。因此，有很多新工藝探索的報道，包括快淬法、噴射成型、CVD 法等[9]，其中也有用SPS 燒結Fe-Si 合金的報道[10]。結果顯示，當燒結溫度為1200℃以上，硅含量在2～3wt%時，具有最大的磁感應強度；硅含量在3wt%和7wt%時，具有最大磁導率；在1100℃燒結時，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℃燒結時，矯頑力隨著硅含量的增加而減小。總的來說，可能由于良好的可壓制性和可燒結性，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℃燒結時，電阻率隨著硅含量的增加而呈線性增大；硅含量在5wt%時具有最大的徑向壓潰強度。另外，文獻[11]報道了應用SPS 制備汽車粉末冶金磁性材料，應用該方法有助于成品的致密化，能達到預期的效果。文獻[12]報道了應用SPS 制備納米純鐵粉，直接用鐵粉制備納米結構的純鐵塊，文中還研究了鐵塊的拉伸強度跟顆粒大小的關系。最高的拉伸強度為1444MPa，文中還討論了用傳統的鐵材料來制備納米結構材料。從以上結果可以看出，用 SPS 可在較短的時間內獲得高致密度。“密度對磁性的影響很大，但是通過調整結構，相同密度的材料也可以獲得優良的磁性，在磁場強度H≥500A/m 的情況下，磁感和磁導率與燒結材料和磁絕緣材料的密度成正比，而最大磁導率μmax 、矯頑力、剩磁或損耗則與密度成反比”[5] 。因此，可以預見，SPS 在制備軟磁材料領域的應用將會更廣闊。
2.2 硬磁材料的制備
文獻[13]報道了Fe66Co22Nd2Pr2B5 各向異性永磁材料的研究，其過程是：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，再在SPS 裝置上燒結（壓力374～636MPa,溫度673～873K，真空度1×10－2Pa），在973K 保溫180s。結果顯示，在該條件下，產物相對密度達到97.6～98.4%。X 射線衍射分析表明，經熱處理后得到的是bcc 結構的(Fe Co)-(NdPr)2(Fe Co)14B- (FeCo)3B 納米復相材料。磁性測量表明，燒結加壓方向的最大磁能積(BH)max 比平行方向的要大，且隨著SPS 燒結溫度和壓力的升高，各向異性增強。
交換耦合磁體是由納米尺寸的永磁相和軟磁相組成的復合磁體。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，因而可發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[14] 報道了交換耦合永磁Nd9Fe76Co8V1B6 和Nd11Fe72Co8V1.5B7.5 塊狀納米晶材料的研制過程，在973K、470MPa 時保溫5min，所得磁體是由微細Nd2Fe14B 與α-Fe 相所組成的交換耦合磁體，大致各向同性，且與燒結時的加壓方向無關，實驗中發現隨著燒結溫度的升高，在致密化狀態，原料粉末顆粒之間沒有發生粒度長大，但可觀察到在粉末顆粒內部的微細晶粒成長，所得塊體的密度為7.59g/cm3 ， 達到很高的致密度。(BH)max 為107.8kJ/m3，具有很好的磁性能。文獻[15]報道了Nd3.5Dy1Fe73Co3Si1B18.5在不同燒結條件（50MPa×680℃×10min, 50MPa×680℃×30min, 75MPa×680℃×10min, 50MPa×800℃×10min）下的情況,結果表明較高溫度(800℃)下燒結能提高成品的密度，但是會造成晶粒長大；較低溫度(680℃)能抑制晶粒的長大，但是致密度不高：壓力和原始粉末顆粒大小對成品的影響很小。
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