Автор: Кривощеков Валентин Олегович

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №5 (28) май 2011 г.

Статья просмотрена: 348 раз

Библиографическое описание:

Кривощеков В. О. Магнитомягкие композиционные материалы на основе железа // Молодой ученый. — 2011. — №5. Т.1. — С. 67-70. — URL https://moluch.ru/archive/28/3053/ (дата обращения: 13.12.2017).

В последнее время в различных устройствах, работающих в переменных магнитных полях, широко используются сердечники из композиционных порошковых материалов, обладающих необходимыми магнитными характеристиками. При этом они имеют сравнительно небольшие потери на вихревые токи и высокое удельное электрическое сопротивление. Требуемые характеристики достигаются за счет легирования магнитомягких материалов на основе железа фосфором или кремнием с введением специальных диэлектрических прослоек из органических и неорганических добавок. Это делает их конкурентоспособными с традиционно применяемыми шихтованными сердечниками из электротехнической стали. Использование методов порошковой металлургии при формовании изделий сложной формы, кроме этого, позволяет получать изотропные материалы, изменяющих характер намагниченности, а также направление и распределение магнитного потока.

Анализ литературных данных показывает, что разрабатываемые материалы подвергаются термообработке при температурах ниже 800 °С. Это, видимо, связано с деструкцией материала прослоек из термореактивных неорганических материалов. Для повышения магнитной проницаемости металлического матрицы рекристализационный отжиг лучше проводить при более высоких температура с использованием диэлектриков, устойчивых к высокой температуре. Большинство авторов используют в качестве таких материалов стеклосодержащие составы, эмали и т д. Такие материалы при высоких температурах находятся в жидком состоянии, что способствует появлению характерных для данных фаз свойств. Возникающие капиллярные силы могут обеспечивать перемещение микрообъемов жидкости, подобно процессам пропитки, в межчастичные пустоты.

Изучению явлений, происходящих при формировании таких магнитомягких композиционных материалов и закономерностей изменения их свойств уделяется недостаточно внимания.

Целью данной работы является разработка композиционного магнитомягкого материала с высокими физико-механическими характеристиками для работы в переменных полях низкой частоты, изучение закономерностей его структурообразования и возможностью управления структурой при его конструировании.

С целью установления влияния технологических параметров на магнитные свойства проведены эксперименты по получению композиционных материалов из железных порошков различных марок с прослойками на основе фенольных смол органического происхождения и разных типов эмалей. Показано влияние режимов оксидирования на основные магнитные характеристики.

В первом эксперименте использовали железные порошки марок ПЖР3.200.28 и АВС100.30. Были спрессованы цилиндрические образцы диаметром 11,4 мм при давлении прессования 300 МПа, пористость образцов составляет порядка 20%. Данные порошки выдерживали в окислительной среде при 300, 400, 500 и 600 °С, в муфельной печи в течении 10 и 60 мин.

Анализ результатов показал, что при увеличении времени выдержки спрессованных образцов в окислительной среде в интервале температур от 300 - 600°С удельное сопротивление уменьшается, а максимальная магнитная проницаемость возрастает. Это обусловлено с одной стороны созданием дополнительных металлических связей, а с другой стороны – образованием устойчивых диэлектрических прослоек. На рисунке 1 представлены микроструктуры данных образцов.

а) б)

в) г)

Рис. 1. Микроструктуры образцов после окисления: а) АВС Т=300°С, б) ПЖР Т=300°С, в) АВС Т=600°С, г) ПЖР Т=600°С.

Во втором эксперименте использовались железные порошки марок ПЖР3.200.28 и АВС100.30 с добавлением 1% стеклоэмали с размером частиц менее 160 мкм и 0,8% стеарата цинка. Шихты готовили смешиванием в центробежной планетарной мельнице при S=1:10 и V=100 об/мин в течении 1ч. для достижения равномерного распределения компонентов, обволакивания и активации железных частиц слоем диэлектрического материала (табл.1). Затем прессовались кольцевые образцы (Dнар.=45мм, Dвнут.=35мм) при давлении прессования 500 МПа. Далее часть образцов подвергли термообработке при Т=750°С. На образцы после термообработки и после холодного прессования намотали намагничивающую и измерительную обмотки и замерили магнитные характеристики. Построены зависимости магнитной проницаемости В от напряженности магнитного поля H (рис.2) и магнитной восприимчивости µ от напряженности магнитного поля H (рис.3).

Таблица 1

Составы исследуемых шихт

Cостав 1

ПЖР+0,8% Zn-st.

Cостав 2

АВС+0,8%Zn-st.

Состав 3

ПЖР+Д1+0,8% Zn-st.

Состав 4

АВС+Д1+0,8%Zn-st.

Также были сделаны микрошлифы соответствующих образцов (рис.4).













Рис.2 Зависимость магнитной проницаемости В от напряженности магнитного поля Н.














Рис.3 Зависимость магнитной восприимчивости µ от напряженности магнитного поля Н.

а) б) в)


г) д) е)

Рис.4. Микроструктуры кольцевых образцов: а), б), в)- Состав 3, г), д), е)- Состав 4.

Таким образом, установлено,

  1. Введение в состав шихт на основе порошков железа марок ПЖР3.200.28 и АВС100.30 1% стеклоэмали, предварительно обработанной в центробежной планетарной мельнице, приводит к росту электрического сопротивления и уменьшению потерь на вихревые токи.

  2. По результатам микроструктурного анализа выявлены частицы диэлектрика с размером 100-160 мкм (рис.4а,4д,4е). Для более качественного распределения диэлектрического материала и получаемых прослоек необходимо уменьшить их гранулометрический состав в исходном состоянии перед обработкой в планетарной центробежной мельнице.

  3. Введение стеклосодержащих добавок препятствует образованию оксидных пленок в порах при термообработке в окислительной среде (рис.4).

Основные термины (генерируются автоматически): центробежной планетарной мельнице, железные порошки марок, основе железа, порошки марок ПЖР3.200.28, окислительной среде, напряженности магнитного поля, давлении прессования, магнитной проницаемости, диэлектрических прослоек, вихревые токи, композиционных материалов, планетарной центробежной мельнице, магнитные характеристики, основе железа фосфором, диэлектрического материала, порошков железа марок, магнитной проницаемости металлического, композиционных порошковых материалов, магнитомягких композиционных материалов, деструкцией материала прослоек.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос