铁粉基软磁复合材料包覆工艺行为控制及表征

解传娣 杜皎 张雷 孙海身 张立军

摘 要：通過机械搅拌法和热处理酰亚胺化，可以在铁粉颗粒表面包覆一层聚酰亚胺有机包覆涂层，突出了压制磁环样品的物理力学性能和磁性能。结果表明，将热处理温度提高到350 ℃时，新的有机包覆涂层不发生烧损，仍在铁粉颗粒表面均匀分布，包覆质量分数为1.5%的磁环样品综合性能较好。

关键词：软磁复合材料；有机包覆；磁性能

基金项目：山东省高等学校科技计划项目（J18KA054 ）

1 采用粉末冶金方法介绍

铁基粉末长期以来一直用于电子领域的零部件制造，例如变压器、感应线圈和滤波器[1]。采用粉末冶金方法，主要指软磁复合材料（Soft Magnetic Composites，SMC）可以制成不同的形状和尺寸。通常，SMC具有两种类型的绝缘涂层材料，即有机材料和无机材料。SiO2，铁氧体和MgO通常被用作无机物材料；通常使用的有机物材料包括酚醛树脂和环氧树脂，其耐热温度不超过300 ℃，这导致后续热处理温度较低[2-3]。聚酰亚胺（PI）材料是最好的有机聚合物之一，具有耐高温、高绝缘、自润滑和力学性能优异等特点。因此，本研究选择将聚酰亚胺作为绝缘涂料，可为其他包覆软磁粉末产品的设计开辟一条新的途径，奠定理论基础。

2 实验

本实验使用-100目水雾化纯铁粉。首先，将适量硅烷偶联剂溶解在乙醇中，然后添加适量铁粉到偶联剂稀释剂中，并将混合物充分搅拌至酒精完全蒸发。再将偶联的铁粉在80 ℃下干燥备用。将质量分数为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，搅拌均匀后，加入偶联的铁粉。充分搅拌混合物直至溶液完全蒸发。将涂覆的粉末置于管式炉中加热，以便将PAA酰亚胺化并脱水成PI。将酰亚胺化后的铁粉在780 MPa下压制成外径为50.0 mm、内径为41.0 mm、高度为4.5 mm的磁环。最后，磁环在350 ℃条件下进行热处理。磁环的直流和交流性能通过磁性能计（MATS-2010SD，MATA-2010SA）测试。

3 结果与讨论

3.1 包覆工艺分析

图1为包覆聚酰亚胺有机涂层的铁粉颗粒和截面金相照片，可以看出，在铁粉颗粒周边形成了一层包覆层，均匀地包覆在铁粉颗粒表面，能够有效地提高磁环样品的电阻率，降低使用过程中的磁损耗。同时，耐高温的聚酰亚胺涂层能提高磁环样品的热处理温度，更好地去除压制过程中形成的内应力，改善矫顽力。图2为磁环样品，缠有铜漆包线的磁环磁化绕组为210匝，测量绕组为50匝。

3.2 磁性能比较

从磁滞回线图（见图3）得出，质量分数为1.5%的聚酰亚胺的综合磁性能较好，饱和磁感应强度为1.38 T，矫顽力降到248 A/m，最大磁导率达到310。400 Hz，1.00 T条件下磁损耗为39 W/kg。

磁环样品的物理力学性能如表1所示，随着包覆质量分数的增加，磁环强度先升高后下降，说明有机包覆层质量分数太高会降低磁环强度，同时，电阻率随着包覆质量分数的增加不断升高。

4 结语

（1）有机包覆层聚酰亚胺均匀包覆在铁粉表面，可有效提高磁环样品的热处理温度，降低内应力。

（2）铁粉基软磁复合材料有机包覆层能明显提高磁环电阻率，降低磁损耗。

[参考文献]

[1] 刘菲菲，BAKER A P，翁履谦，等.铁粉基软磁复合材料绝缘包覆层的研究[J].材料开发与应用，2007（5）：14-18.

[2] 刘亚丕，何时金，包大新，等.软磁材料的发展趋势[J].磁性材料及器件，2003，34（3）：26-29，32.

[3] 吴深，孙爱芝，徐文欢，等.软磁复合材料绝缘处理技术的研究进展[J].材料导报，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