1、磁性材料及器件 第 54 卷 第 3 期 2023 年 5 月 51 FeNi含量对FeSiAl/FeNi复合磁粉芯性能的影响许欣蓓 1，鲁书潮 1，蹇汉杰 1，赵利明 2，冒爱琴 1，方道来 1，郑翠红 1(1.安徽工业大学 材料科学与工程学院，安徽马鞍山 243002；2.马鞍山新康达磁业有限公司，安徽马鞍山 243002)摘要：对气雾化法制备的250目FeSiA和400目FeNi磁粉分别进行绝缘包覆，然后按不同质量比混合，经压制成型，制得复合磁粉芯，研究了FeNi细粉的掺入量对复合磁粉芯性能的影响。结果表明，向FeSiAl磁粉中添加FeNi细粉可以提高复合磁粉芯的容积密度和有效磁导率，但
2、损耗也增大。掺入适量的FeNi细粉可有效提高复合磁粉芯的坯体的最大荷重。同时，也可以有效提高复合磁粉芯的直流偏置特性，掺入50 wt%FeNi细颗粒的复合磁粉芯在100 Oe外加直流磁化磁场下显示的直流偏置特性达71.2%。关键词：FeSiAl磁粉；FeNi磁粉；复合磁粉芯；磁性能中图分类号：TM271.2文献标识码：A文章编号：1001-3830(2023)03-0051-06DOI:10.19594/ki.09.19701.2023.03.009著录格式：许欣蓓,鲁书潮,蹇汉杰,等.FeNi含量对FeSiAl/FeNi复合磁粉芯性能的影响J.磁性材料及器件,2023,54(3):51-56
3、./XU Xin-bei,LU Shu-chao,JIAN Han-jie,et al.Dependence of properties of FeSiAl/FeNi composite magnetic powder core on the FeNi content J.Journal of Magnetic Materials and Devices,2023,54(3):51-56.Dependence of properties of FeSiAl/FeNi composite magnetic powder core on the FeNi contentXU Xin-bei1,LU
4、 Shu-chao1,JIAN Han-jie1,ZHAO Li-ming2,MAO Ai-qin1,FANG Dao-lai1,ZHENG Cui-hong11.School of Materials Science and Engineering,Anhui University of Technology,Maanshan 243002,China;2.Maanshan New Conda Magnetic Industrial Co,Ltd,Maanshan 243002,China.Abstract:Two types of gas atomized 250 mesh FeSiAl
5、and 400 mesh FeNi magneticpowders used as raw materials were coated to realize their surface insulation,respectively.The composite magnetic powder cores were obtained by mixing different mass ratios of insulated FeNi powder toinsulated FeSiAl powder followed by cold pressing.The influence of the con
6、tent of 400-mesh FeNi fine powder is studied on the performance of composite magnetic powder cores.The research shows that adding FeNi fine powder to 250 mesh FeSiAl magnetic powder can increase the bulk density of composite magnetic powder core,reduce the effective demagnetization field and increas
7、e the effective permeability of magnetic powder core.Adding proper amount of FeNi fine powder can effectively increase the maximum load of the green body of the composite magnetic powder core,and at the same time,it can also effectively improve the DC bias characteristics of the composite magnetic p
8、owder core.The DC bias characteristics of the composite magnetic powder core doped with 50 wt%FeNi fine particles can reach 71.2%under 100 Oe plus DC magnetization magnetic field.Key words:FeSiAl magnetic powder;FeNi magnetic powder;composite magnetic powder core;magnetic property1 引言9.6Si-5.4Al-85F
9、e(FeSiAl，也称为 Sendust 合金)磁粉芯具有高饱和磁感应强度和高磁导率1-3，且高频损耗较低、温升小等特点，故适用于高频大功率领域，如脉冲变压器、回扫变压器等。因其磁致伸缩接近零，适用于线路噪音滤波器4-5。又由于其内收稿日期：2022-06-07 修回日期：2022-07-18基金项目：安徽省科技厅重点研究与开发计划项目(202104a05020031)通讯作者：郑翠红 E-mail:磁性材料及器件 第 54 卷 第 3 期 2023 年 5 月 52 部分布气隙的特点，适合用作储能性电感器，如开关电源和滤波电感器6-9等。Fe-50 wt%Ni合金磁粉芯又称作高磁通(High
10、 Flux)磁粉芯，其饱和磁通密度Bs约为1.5 T，相对磁导率为14160，具有良好的直流偏置性能且高频磁损耗低，适用于高频大功率、高直流或交流偏置的工况中10。一方面，气雾化FeSiAl磁粉的硬度较高、成型性较差，从而制备出磁粉芯的坯体强度较低，很难产业化；而气雾化FeNi磁粉的硬度较低，易成型。另一方面，FeNi磁粉芯的直流偏置性能优于FeSiAl磁粉芯，但FeNi磁粉成本较高。因此，将FeSiAl与FeNi磁粉复配制成复合磁粉芯，主要目的是为了优化FeSiAl磁粉芯的力学性能，同时在一定程度上提高其磁学性能。此外，磁粉的颗粒级配对磁粉芯的性能有极大影响。磁粉芯的密度与磁粉颗粒级配有直接
11、联系，密度越大，磁粉芯的磁性能越高11-13。本工作通过向FeSiAl磁粉中添加FeNi细粉制备复合磁粉芯，研究FeNi细粉含量对复合磁粉芯的密度、微观形貌及磁性能的影响。2 实验方法2.1 样品制备以马鞍山新康达磁业股份有限公司供应的250目FeSiAl磁粉、400目FeNi磁粉为原料，以0.6 wt%的磷酸为包覆剂分别对两种磁粉进行包覆，再加入0.6 wt%的树脂作为粘结剂对磷酸包覆后磁粉进行包覆。为了研究400目FeNi细粉的掺入量对复合磁粉芯性能的影响，分别控制400目FeNi细粉含量为0 wt%、5 wt%、10 wt%、20 wt%、30 wt%、40 wt%、50 wt%。将混合
12、后的磁粉与0.3 wt%的硬脂酸锌润滑剂混合均匀，在2090 MPa的成型压力下压制成外径26.92 mm、内径14.73 mm、高度11.10 mm的环形试样，最后在680 氮气气氛条件下热处理1 h，得到磁粉芯样品。2.2 样品表征与性能测试采用LS13320激光衍射粒度分析仪分析原始磁粉的粒度分布；采用NANO SEM430场发射扫描电子显微镜观察磁粉颗粒表面微观形貌；采用JSM-7800扫描电子显微镜观察磁粉芯试样的微观形貌；采用JA3001天平称量磁粉芯的质量，JSD-KC游标卡尺测量磁粉芯的高度，根据公式=m/V计算出磁粉芯的密度；采用YHT-9000B拉力测试仪对退火前后磁粉芯的
13、坯体最大荷重进行测试。用Microtest63770 LCR计在11000 kHz频率范围内测量磁粉芯的电感值(L)和品质因数(Q)，并计算磁粉芯的有效磁导率(e)；用 WayneKerrIJ3260B精密磁分析仪测量在 20200 Oe 的直流磁化场下100 kHz时的直流偏置特性；用SYB216 B-H功率分析仪测量了磁粉芯在100 mT、10150 kHz下的功率损耗。3 结果与讨论3.1 磁粉粒度分布以及微观形貌图1为250目FeSiAl和400目FeNi磁粉的粒径分布。从图中可以看出，FeSiAl、FeNi磁粉的平均粒径分别为32.46 m、24.87 m。因为FeNi磁粉的平均粒径
14、要小于FeSiAl，所以当FeSiAl磁粉与适量的FeNi磁粉混合时，FeNi细颗粒可以填充FeSiAl粗颗粒间的空隙，从而达到增大磁粉芯密度的效果。图2为绝缘包覆后的FeSiAl、FeNi磁粉的场发射扫描电镜照片。从图中可以看出，经过绝缘包覆后的磁粉表面都形成了均匀且致密的绝缘层。图3为掺入不同质量分数FeNi细粉的复合磁粉芯截面扫描电镜照片，可以看出，未掺FeNi细粉时，所有颗粒在压制成型后均基本保持原来的形状，只有少量颗粒存在轻微形变。而随着FeNi细粉掺入量逐渐增加，磁粉芯中有更多的颗粒存在不同程度的变形，这表明FeNi磁粉比FeSiAl磁粉有更好的可压缩性，同时复合磁粉芯的内部结构也
15、更致密，密度测量也证实了这一点(图4)。020406080100120140024681012 250目FeSiAl 400目FeNiVolume/%Particle Diameter/m 图1 FeSiAl和FeNi磁粉的粒度分布许欣蓓等：FeNi含量对FeSiAl/FeNi复合磁粉芯性能的影响 53 3.2 磁粉芯密度及力学性能图4为掺入不同质量比FeNi细粉复合磁粉芯的密度，从图中可以看出，随着FeNi细粉掺入量的增加，复合磁粉芯的密度近乎线性增大。FeNi含量增加到50 wt%，复合磁粉芯的密度从5.86 g/cm3增大至 6.39 g/cm3。一 方 面，FeNi 磁 粉 的 密 度
16、 大 于FeSiAl 磁粉，所以当 FeNi 磁粉掺入 FeSiAl 磁粉中时，会增大复合磁粉芯的密度；另一方面由于400目FeNi细粉的粒径小于250目FeSiAl磁粉，二者混合时，FeNi细粉填充进FeSiAl颗粒间的空隙，降低了复合磁粉芯的孔隙率，从而有效提高了磁粉芯密度；此外，由于FeNi合金的韧性大于FeSiAl合金，在外加压力下，FeNi磁粉通过变形更有效地填充在FeSiAl 颗粒的间隙中，从而增大了复合磁粉芯的密度。010203040505.85.96.06.16.26.36.4 密度/g cm3FeNi掺入量/wt%图4 磁粉芯密度与FeNi掺入量的关系图2 绝缘包覆后磁粉颗粒的表面形貌:(a)FeSiAl，(b)FeNi图3 不同质量分数FeNi细粉的复合磁粉芯截面SEM照片：(a)0 wt%，(b)10 wt%，(c)30 wt%，(d)50 wt%磁性材料及器件 第 54 卷 第 3 期 2023 年 5 月 54 图5为复合磁粉芯退火前后的最大荷重随FeNi掺入量的变化。随着FeNi含量的增加复合磁粉芯退火前后的最大荷重均呈现上升的趋势。可能是因为FeNi合金的
