粉末性质对AHD21D铁芯材料磁学性能的影响
粉末性质对AHD21D铁芯材料磁学性能的影响[20200413193504]
摘要
磁粉芯作为软磁材料系列重要组成部分具有独特的性能，这些特性使磁粉芯在许多应用场合具有其它磁性材料难以比拟的优势,已广泛应用于电讯、雷达、电视、电源等产品中的电感滤波器、扼流线圈及开关电源铁芯。
本课题的研究工作是以粉末冶金生产工艺为基础，以T厂的磁粉芯工业生产工艺过程为借鉴而进行的。系统研究了松装密度、振实密度、粒径分布、圆形度等粉末性质对AHD-21D铁芯材料磁学性能（μ值、Pcm）的影响。为了制备出性能较高的AHD-21D铁芯，在先前基础上，研究了AHD-21D的热处理温度对产品磁学性能（μ值、Pcm）的影响。研究的成果可以作为企业实际生产的参考依据，提高企业的生产效率。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:磁粉芯Fe-50Ni粉末性质磁学性能
目录
第1章 绪论 1
1.1 金属复合磁粉芯的发展历程和发展现状 1
1.1.1 金属复合磁粉芯的发展历程 1
1.1.2 金属复合磁粉芯的发展现状 1
1.2 金属磁粉芯的分类及应用 2
1.2.1 纯铁磁粉芯 2
1.2.2 铁镍合金磁粉芯 2
1.2.3 坡莫合金磁粉芯 2
1.2.4 铁硅铝磁粉芯 3
1.2.5 非晶、纳米晶软磁粉芯 3
1.3 影响铁芯材料磁学性能的因素 3
1.4 测量粉体粒径分布方法分类比较 4
1.4.1 粒度的频率分布 4
1.4.2 粒度的累积分布 5
1.4.3 频率分布与累积分布的关系 5
1.5 课题研究的意义及内容 5
1.5.1 课题研究的目的与意义 5
1.5.2 研究内容 6
第2章 实验部分 7
2.1 实验材料及设备 7
2.1.1 实验材料 7
2.1.2 实验设备 7
2.2 生产流程及方法 7
2.2.1 AHD-21D的工艺流程 7
2.2.2 粉体表征 8
2.2.2.1. 磁粉的筛分 8
2.2.2.2. 松装密度与振实密度的测量 8
2.2.2.3. 粉体粒径分布、圆形度的测量 8
2.2.3 压制成型 9
2.2.4 热处理工艺 10
2.2.5 磁粉芯性能检测 11
2.3 课题设计 11
2.3.1 正交试验设计 12
2.3.2 热处理温度的选择 13
第3章 结果与讨论 14
3.1 粉体性质的表征 14
3.1.1 松装密度和振实密度的测量 14
3.1.2 粒径分布 15
3.1.3 圆形度 17
3.2 压实密度的测量 19
3.3 正交试验设计分析 20
3.3.1 直观分析 20
3.3.2 极差分析法 20
3.3.3 因素的水平影响趋势图分析 21
3.4 压实密度对产品性能的影响 22
3.4.1 压实密度对μ值的影响 22
3.4.2 压实密度对Pcm的影响 22
结论 23
参考文献 24
致谢 25
第1章 绪论
1.1 金属复合磁粉芯的发展历程和发展现状
1.1.1 金属复合磁粉芯的发展历程
在电讯、雷达、电视、电源等领域中，磁粉芯一直被用做电感滤波器、调频扼流圈和开关电源主振铁芯，磁粉芯的工作频率最小只有数十周，最大可以达到兆周。1920年的时候，美图贝尔电话公司最先研究成功用纯铁粉制成的磁粉芯，并将这种磁粉芯运用在电话传输线的负载电感。为了磁导率能继续提升，Elmen运用78Ni-Fe合金将磁粉芯的μ提升了两倍，1940年的时候，Legg采用2％Mo-81％Ni-Fe研制出的磁粉芯性能更好的得到提高。在第二次世界大战的时候，德国和日本研制成功铁硅铝合金磁粉芯代替Ni的磁粉芯。在1956年的时候，美国海军军械实验室Hubbard把Sendust热轧成鳞片，使磁导率提高2~3倍，之后Adams与Elmer把钼坡合金粉热轧成鳞片使磁导率达到300，但损耗非常大。在1964年的时候，西屋电气公司Alfred用铝酸盐处理、水浸处理等来提升μ降低损耗。与此同时，二次世界大战之后铁氧体崛起以及迅速拓展，较高的磁导率可达到300，其指标已经超出一般磁粉芯的水平，又因为价格便宜而占领了大量的磁粉芯市场。所以60年代之后磁粉芯虽然有了一些进展，但进展不大。在1984年的时候，美国联合公司用FeSiB非晶作为粉末，研制成功非晶磁粉芯，磁粉芯的进一步发展从此了有了新的活力。
60年代初，我国对于磁粉芯的研究才刚刚开始。1966~1972期间，我国军工业发展迅速，使得磁粉芯进入鼎盛时期。但是80年代之后磁粉芯就进入低潮期，在这将近二十多年的时间，我国磁粉芯产业基本是模仿为主。最近几年，我国重点研究了磁粉芯的粉末性质、磁学性能等。
1.1.2 金属复合磁粉芯的发展现状
金属磁粉芯是以粉末冶金工艺为基础制造的一种软磁材料，其特殊的磁性能使得其在许多应用场合具有其它材料难以比拟的优势，至今这种材料已经成为软磁材料的重要组成部分。金属磁粉芯生产历史悠久，但真正形成产业化是从二十世纪八十年代开始，随着逆变技术的快速发展和广泛应用，伴随着EMC的需求，金属磁粉芯得到了广泛的应用。
目前，全球范围内专业生产金属磁粉芯的企业为数不多，主要有以下几家：
美国MAGNETICS：主要生产高磁通、铁硅铝、铁镍钼，不生产铁粉芯，产量及技术水平处世界领先。
韩国CSC：产品和MAGNETICS相同。
美国ARNOLD：产品和MAGNETICS相同。
韩国DONGBU：产品和MAGNETICS相同，产品技术水平较低。
英国MMG：专业生产铁硅合金粉芯。
美国MICROMETALS：专业生产铁粉芯。
此外，国内有几家专业生产磁粉芯的企业，主要集中在珠江三角洲地区，多为台资企业。国内也有极少数企业生产高磁通、铁硅铝、铁镍铝，但技术水平很低，规模很小。国外在同本和俄罗斯也有企业生产高磁通、铁硅铝、铁镍铝，但规模很小，在市场上很难看到产品及相关资料。值得一提的是，俄罗斯生产的铁镍钼产品技术水平很高，综合指标超过MAGNETICS水平，但仅在国内作专用配套[1~2]。
1.2 金属磁粉芯的分类及应用
1.2.1 纯铁磁粉芯
在磁粉芯中研究得最早的就是纯铁粉芯，其价格相对而言特别便宜，其饱和磁通密度在1.4T左右，相对磁导率在10～100。初始磁导率受频率的影响小，在高频工作时损耗大，使用频率在100kHz以下，在UPS(不间断电源)中用作PFC(功率因数较正器)电感和输出滤波电感的铁芯，在计算机电源中用作输出滤波电感的铁芯，在EMI(电磁干扰)滤波器中用作差模电感的铁芯，在汽车发动机中用作电喷系统的点火线圈。铁粉芯不仅有高的磁特性，而且还有低廉的价格和稳定的性能。是制做差模滤波器、无源PFC功率电感器和扼流圈最便宜适用的材料。
1.2.2 铁镍合金磁粉芯
铁镍合金粉末磁粉芯的磁通密度非常高，其化学组成是：50％Ni、50％Fe。其也是一种带分布间隙的环形磁粉芯，其相对μ值在14～160，饱和磁通密度在1.5T上下，在磁粉芯中属于最高，所以它的直流偏置磁场能力高，同时拥有大的储能容量和低的损耗。由于铁镍磁粉芯具有高的饱和磁通密度，铁损较小，所以其主要用途有：1)作为开关电源储能电感铁芯。2)作为EMI滤波器差模电感铁芯。3)作为反激变换器的变压器和脉冲变压器铁芯。
1.2.3 坡莫合金磁粉芯
坡莫合会磁粉芯的化学组成为：81％Ni、2％Mo、17％Fe，是一种低损耗的粉芯。其主要特点是低损耗和高电阻率。作为一种带分布间隙的环形磁粉芯，其相对μ值在14~550时，饱和和磁通密度在0.75T上下，μ值的温度稳定性比较高，受直流偏置磁场的影响相对较小；当工作磁通密度在0.2T以下时，μ值漂移很小，电阻率很高，损耗最低。当相对μ值在125~500时，适合的工作频率为50~l000Hz；当相对μ值在125~200时，适合的工作频率为1~10kHz；当相对μ值在10~125之间时，适合的工作频率大于100kHz。其主要用途有：1)作为反激变换器中主变压器铁芯；2)作为Buck/Boost变换器电感器铁芯；3)作为功率因数校正电感铁芯；4)作为EMI滤波器电感、高品质因数滤波电感及谐振电感铁芯。
摘要
磁粉芯作为软磁材料系列重要组成部分具有独特的性能，这些特性使磁粉芯在许多应用场合具有其它磁性材料难以比拟的优势,已广泛应用于电讯、雷达、电视、电源等产品中的电感滤波器、扼流线圈及开关电源铁芯。
本课题的研究工作是以粉末冶金生产工艺为基础，以T厂的磁粉芯工业生产工艺过程为借鉴而进行的。系统研究了松装密度、振实密度、粒径分布、圆形度等粉末性质对AHD-21D铁芯材料磁学性能（μ值、Pcm）的影响。为了制备出性能较高的AHD-21D铁芯，在先前基础上，研究了AHD-21D的热处理温度对产品磁学性能（μ值、Pcm）的影响。研究的成果可以作为企业实际生产的参考依据，提高企业的生产效率。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:磁粉芯Fe-50Ni粉末性质磁学性能
目录
第1章 绪论 1
1.1 金属复合磁粉芯的发展历程和发展现状 1
1.1.1 金属复合磁粉芯的发展历程 1
1.1.2 金属复合磁粉芯的发展现状 1
1.2 金属磁粉芯的分类及应用 2
1.2.1 纯铁磁粉芯 2
1.2.2 铁镍合金磁粉芯 2
1.2.3 坡莫合金磁粉芯 2
1.2.4 铁硅铝磁粉芯 3
1.2.5 非晶、纳米晶软磁粉芯 3
1.3 影响铁芯材料磁学性能的因素 3
1.4 测量粉体粒径分布方法分类比较 4
1.4.1 粒度的频率分布 4
1.4.2 粒度的累积分布 5
1.4.3 频率分布与累积分布的关系 5
1.5 课题研究的意义及内容 5
1.5.1 课题研究的目的与意义 5
1.5.2 研究内容 6
第2章 实验部分 7
2.1 实验材料及设备 7
2.1.1 实验材料 7
2.1.2 实验设备 7
2.2 生产流程及方法 7
2.2.1 AHD-21D的工艺流程 7
2.2.2 粉体表征 8
2.2.2.1. 磁粉的筛分 8
2.2.2.2. 松装密度与振实密度的测量 8
2.2.2.3. 粉体粒径分布、圆形度的测量 8
2.2.3 压制成型 9
2.2.4 热处理工艺 10
2.2.5 磁粉芯性能检测 11
2.3 课题设计 11
2.3.1 正交试验设计 12
2.3.2 热处理温度的选择 13
第3章 结果与讨论 14
3.1 粉体性质的表征 14
3.1.1 松装密度和振实密度的测量 14
3.1.2 粒径分布 15
3.1.3 圆形度 17
3.2 压实密度的测量 19
3.3 正交试验设计分析 20
3.3.1 直观分析 20
3.3.2 极差分析法 20
3.3.3 因素的水平影响趋势图分析 21
3.4 压实密度对产品性能的影响 22
3.4.1 压实密度对μ值的影响 22
3.4.2 压实密度对Pcm的影响 22
结论 23
参考文献 24
致谢 25
第1章 绪论
1.1 金属复合磁粉芯的发展历程和发展现状
1.1.1 金属复合磁粉芯的发展历程
在电讯、雷达、电视、电源等领域中，磁粉芯一直被用做电感滤波器、调频扼流圈和开关电源主振铁芯，磁粉芯的工作频率最小只有数十周，最大可以达到兆周。1920年的时候，美图贝尔电话公司最先研究成功用纯铁粉制成的磁粉芯，并将这种磁粉芯运用在电话传输线的负载电感。为了磁导率能继续提升，Elmen运用78Ni-Fe合金将磁粉芯的μ提升了两倍，1940年的时候，Legg采用2％Mo-81％Ni-Fe研制出的磁粉芯性能更好的得到提高。在第二次世界大战的时候，德国和日本研制成功铁硅铝合金磁粉芯代替Ni的磁粉芯。在1956年的时候，美国海军军械实验室Hubbard把Sendust热轧成鳞片，使磁导率提高2~3倍，之后Adams与Elmer把钼坡合金粉热轧成鳞片使磁导率达到300，但损耗非常大。在1964年的时候，西屋电气公司Alfred用铝酸盐处理、水浸处理等来提升μ降低损耗。与此同时，二次世界大战之后铁氧体崛起以及迅速拓展，较高的磁导率可达到300，其指标已经超出一般磁粉芯的水平，又因为价格便宜而占领了大量的磁粉芯市场。所以60年代之后磁粉芯虽然有了一些进展，但进展不大。在1984年的时候，美国联合公司用FeSiB非晶作为粉末，研制成功非晶磁粉芯，磁粉芯的进一步发展从此了有了新的活力。
60年代初，我国对于磁粉芯的研究才刚刚开始。1966~1972期间，我国军工业发展迅速，使得磁粉芯进入鼎盛时期。但是80年代之后磁粉芯就进入低潮期，在这将近二十多年的时间，我国磁粉芯产业基本是模仿为主。最近几年，我国重点研究了磁粉芯的粉末性质、磁学性能等。
1.1.2 金属复合磁粉芯的发展现状
金属磁粉芯是以粉末冶金工艺为基础制造的一种软磁材料，其特殊的磁性能使得其在许多应用场合具有其它材料难以比拟的优势，至今这种材料已经成为软磁材料的重要组成部分。金属磁粉芯生产历史悠久，但真正形成产业化是从二十世纪八十年代开始，随着逆变技术的快速发展和广泛应用，伴随着EMC的需求，金属磁粉芯得到了广泛的应用。
目前，全球范围内专业生产金属磁粉芯的企业为数不多，主要有以下几家：
美国MAGNETICS：主要生产高磁通、铁硅铝、铁镍钼，不生产铁粉芯，产量及技术水平处世界领先。
韩国CSC：产品和MAGNETICS相同。
美国ARNOLD：产品和MAGNETICS相同。
韩国DONGBU：产品和MAGNETICS相同，产品技术水平较低。
英国MMG：专业生产铁硅合金粉芯。
美国MICROMETALS：专业生产铁粉芯。
此外，国内有几家专业生产磁粉芯的企业，主要集中在珠江三角洲地区，多为台资企业。国内也有极少数企业生产高磁通、铁硅铝、铁镍铝，但技术水平很低，规模很小。国外在同本和俄罗斯也有企业生产高磁通、铁硅铝、铁镍铝，但规模很小，在市场上很难看到产品及相关资料。值得一提的是，俄罗斯生产的铁镍钼产品技术水平很高，综合指标超过MAGNETICS水平，但仅在国内作专用配套[1~2]。
1.2 金属磁粉芯的分类及应用
1.2.1 纯铁磁粉芯
在磁粉芯中研究得最早的就是纯铁粉芯，其价格相对而言特别便宜，其饱和磁通密度在1.4T左右，相对磁导率在10～100。初始磁导率受频率的影响小，在高频工作时损耗大，使用频率在100kHz以下，在UPS(不间断电源)中用作PFC(功率因数较正器)电感和输出滤波电感的铁芯，在计算机电源中用作输出滤波电感的铁芯，在EMI(电磁干扰)滤波器中用作差模电感的铁芯，在汽车发动机中用作电喷系统的点火线圈。铁粉芯不仅有高的磁特性，而且还有低廉的价格和稳定的性能。是制做差模滤波器、无源PFC功率电感器和扼流圈最便宜适用的材料。
1.2.2 铁镍合金磁粉芯
铁镍合金粉末磁粉芯的磁通密度非常高，其化学组成是：50％Ni、50％Fe。其也是一种带分布间隙的环形磁粉芯，其相对μ值在14～160，饱和磁通密度在1.5T上下，在磁粉芯中属于最高，所以它的直流偏置磁场能力高，同时拥有大的储能容量和低的损耗。由于铁镍磁粉芯具有高的饱和磁通密度，铁损较小，所以其主要用途有：1)作为开关电源储能电感铁芯。2)作为EMI滤波器差模电感铁芯。3)作为反激变换器的变压器和脉冲变压器铁芯。
1.2.3 坡莫合金磁粉芯
坡莫合会磁粉芯的化学组成为：81％Ni、2％Mo、17％Fe，是一种低损耗的粉芯。其主要特点是低损耗和高电阻率。作为一种带分布间隙的环形磁粉芯，其相对μ值在14~550时，饱和和磁通密度在0.75T上下，μ值的温度稳定性比较高，受直流偏置磁场的影响相对较小；当工作磁通密度在0.2T以下时，μ值漂移很小，电阻率很高，损耗最低。当相对μ值在125~500时，适合的工作频率为50~l000Hz；当相对μ值在125~200时，适合的工作频率为1~10kHz；当相对μ值在10~125之间时，适合的工作频率大于100kHz。其主要用途有：1)作为反激变换器中主变压器铁芯；2)作为Buck/Boost变换器电感器铁芯；3)作为功率因数校正电感铁芯；4)作为EMI滤波器电感、高品质因数滤波电感及谐振电感铁芯。
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