鐵粉基軟磁復合材料包覆工藝行為控制及表征

解傳娣 杜皎 張雷 孫海身 張立軍

摘 要：通過機械攪拌法和熱處理酰亞胺化，可以在鐵粉顆粒表面包覆一層聚酰亞胺有機包覆涂層，突出了壓制磁環(huán)樣品的物理力學性能和磁性能。結果表明，將熱處理溫度提高到350 ℃時，新的有機包覆涂層不發(fā)生燒損，仍在鐵粉顆粒表面均勻分布，包覆質(zhì)量分數(shù)為1.5%的磁環(huán)樣品綜合性能較好。

關鍵詞：軟磁復合材料；有機包覆；磁性能

基金項目：山東省高等學校科技計劃項目（J18KA054 ）

1 采用粉末冶金方法介紹

鐵基粉末長期以來一直用于電子領域的零部件制造，例如變壓器、感應線圈和濾波器[1]。采用粉末冶金方法，主要指軟磁復合材料（Soft Magnetic Composites，SMC）可以制成不同的形狀和尺寸。通常，SMC具有兩種類型的絕緣涂層材料，即有機材料和無機材料。SiO2，鐵氧體和MgO通常被用作無機物材料；通常使用的有機物材料包括酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂，其耐熱溫度不超過300 ℃，這導致后續(xù)熱處理溫度較低[2-3]。聚酰亞胺（PI）材料是最好的有機聚合物之一，具有耐高溫、高絕緣、自潤滑和力學性能優(yōu)異等特點。因此，本研究選擇將聚酰亞胺作為絕緣涂料，可為其他包覆軟磁粉末產(chǎn)品的設計開辟一條新的途徑，奠定理論基礎。

2 實驗

本實驗使用-100目水霧化純鐵粉。首先，將適量硅烷偶聯(lián)劑溶解在乙醇中，然后添加適量鐵粉到偶聯(lián)劑稀釋劑中，并將混合物充分攪拌至酒精完全蒸發(fā)。再將偶聯(lián)的鐵粉在80 ℃下干燥備用。將質(zhì)量分數(shù)為1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%的聚酰胺酸溶解在N，N-二甲基乙酰胺溶液中，攪拌均勻后，加入偶聯(lián)的鐵粉。充分攪拌混合物直至溶液完全蒸發(fā)。將涂覆的粉末置于管式爐中加熱，以便將PAA酰亞胺化并脫水成PI。將酰亞胺化后的鐵粉在780 MPa下壓制成外徑為50.0 mm、內(nèi)徑為41.0 mm、高度為4.5 mm的磁環(huán)。最后，磁環(huán)在350 ℃條件下進行熱處理。磁環(huán)的直流和交流性能通過磁性能計（MATS-2010SD，MATA-2010SA）測試。

3 結果與討論

3.1 包覆工藝分析

圖1為包覆聚酰亞胺有機涂層的鐵粉顆粒和截面金相照片，可以看出，在鐵粉顆粒周邊形成了一層包覆層，均勻地包覆在鐵粉顆粒表面，能夠有效地提高磁環(huán)樣品的電阻率，降低使用過程中的磁損耗。同時，耐高溫的聚酰亞胺涂層能提高磁環(huán)樣品的熱處理溫度，更好地去除壓制過程中形成的內(nèi)應力，改善矯頑力。圖2為磁環(huán)樣品，纏有銅漆包線的磁環(huán)磁化繞組為210匝，測量繞組為50匝。

3.2 磁性能比較

從磁滯回線圖（見圖3）得出，質(zhì)量分數(shù)為1.5%的聚酰亞胺的綜合磁性能較好，飽和磁感應強度為1.38 T，矯頑力降到248 A/m，最大磁導率達到310。400 Hz，1.00 T條件下磁損耗為39 W/kg。

磁環(huán)樣品的物理力學性能如表1所示，隨著包覆質(zhì)量分數(shù)的增加，磁環(huán)強度先升高后下降，說明有機包覆層質(zhì)量分數(shù)太高會降低磁環(huán)強度，同時，電阻率隨著包覆質(zhì)量分數(shù)的增加不斷升高。

4 結語

（1）有機包覆層聚酰亞胺均勻包覆在鐵粉表面，可有效提高磁環(huán)樣品的熱處理溫度，降低內(nèi)應力。

（2）鐵粉基軟磁復合材料有機包覆層能明顯提高磁環(huán)電阻率，降低磁損耗。

[參考文獻]

[1] 劉菲菲，BAKER A P，翁履謙，等.鐵粉基軟磁復合材料絕緣包覆層的研究[J].材料開發(fā)與應用，2007（5）：14-18.

[2] 劉亞丕，何時金，包大新，等.軟磁材料的發(fā)展趨勢[J].磁性材料及器件，2003，34（3）：26-29，32.

[3] 吳深，孫愛芝，徐文歡，等.軟磁復合材料絕緣處理技術的研究進展[J].材料導報，2013，27（9）：5-9，32.

Control and characterization of coating process of iron powder-based soft magnetic composites

Xie Chuandi， Du Jiao， Zhang Lei， Sun Haishen， Zhang Lijun（Laiwu Vocational and Technical College， Jinan 271100， China）

Abstract：By mechanical stirring and heat treatment imidization， a polyimide organic coating was coated on the surface of iron powder particles， and the physical and mechanical properties and magnetic properties of pressed magnetic ring samples were are highlighted. As a result， when the heat treatment temperature was raised to 350 ℃， the new organic coated coating did not burn， and still distributed evenly on the surface of iron powder particles. The magnetic ring sample with 1.5% coated content had better comprehensive performance.

Key words：soft magnetic composites； organic coating； magnetic properties