尉晓东
麦格磁电科技（珠海）有限公司
摘要：利用粉末冶金技术制备纯铁软磁材料，在不同温度和压力下将不同粒径铁粉压制成生坯，并在保护气氛下进行烧结。结果表明：不同粒径铁粉混合有助于压坯密度的增加，适宜的压制温度可以有效地促进粉末流动，避免大尺寸孔洞的形成，优化组织。140℃、800MPa温压条件下雾化铁粉压坯密度最高可达7.35g?cm3。对比常温压制，温压压坯烧结后孔洞分布均匀。烧结体密度随温度的升高而上升，雾化铁粉压坯在1250℃烧结后密度最高可达7.47g?cm3。在一定范围内，软磁材料磁性能与密度成正比，混粉压制试样的密度接近理论值，但在混合铁粉中，较细的铁粉夹杂于粗粉中，阻碍磁畴壁移动，造成饱和磁化强度（Ms）偏孝矫顽力（Hc）偏大的现象，Ms为205.51emu?g1，Hc为7.9780Oe。
关键词：粉末冶金；软磁材料；密度；磁性能
引言
随着能效能级的不断提高，对空调压缩机工作频率的要求越来越高．尤其是高频工作区，对传统电机中涡流效应的抑制变得越来越困难，导致热损失增加，电机的高效性能无法获得满意的效果．另外，采用这种工艺制造时还存在以下的不足：复杂的加工工艺需要大量的投资用于设备；较低的材料回收率，尤其是变频电机的制造，超过３０％的原材料无法有效利用；电机结构和电磁场的优化只能限制于２维（２Ｄ）；电机在轴向上的热扩散不均匀；日益增加的成本和复杂的工艺限制了硅钢材料在滚动转子压缩机高频电机上的应用；这种电机的组件难以回收利用．
1现代先进粉末冶金材料
1)信息行业中的粉末冶金材料这种材料主要是指软磁材料，软磁材料又可以分为金属软磁材料和铁氧体软磁材料两种。而铁氧体软磁材料比金属软磁材料出现的早，铁氧体软磁材料的特点就是只能够通过粉末冶金烧结的方法获得。而在进行烧结的过程中软磁材料由于具有相对较高的导磁率和较强的饱和磁化强度，所以软磁材料被广泛的应用到了各个磁行业中。2)能源领域中的粉末冶金材料所谓能源材料，主要指的就是发展过程中，能够有力的促进新能源建立和发展的材料。这种能源材料能够满足新能源的各种需求。新能源材料不但是新能源产业发展的重要核心部分，而且还是新能源材料发展的重要前提条件。就目前来看，新能源材料的主要发展方向是电池、氢能以及太阳能方面。所以能源开发领域中对于能源材料的应用也变得越来越广阔。3)生物领域中的粉末冶金材料我国的生物研究领域有了很大的进步，并且生物领域的研究取得了重大的突破，生物研究对于我国的产业结构和社会经济发展的作用也变得越来越重要，因此，国家对于生物研究领域的发展也加大了力度。尤其是对于生物领域中的生物材料研究方面。生物材料在医学研究领域中也具有重要的作用，生物材料的出现能够有效的改善人们生活的质量以及健康的状况。
2实验材料与方法
实验采用雾化铁粉（100～500目），在900℃氢气气氛退火2h。基于不同粒径粉末在压制过程中的填充理论，将100～500目雾化铁粉按表2粒径配比进行混合，试样按顺序编号1#～20#，加入质量分数0.4%的硬脂酸锂粉末作为颗粒间润滑剂，混粉时间为3h。在不同温度和压力下压制成?20mm×10mm的圆柱体压坯，模壁润滑剂为二硫化钼锂基脂。
3结果与分析
3.1烧结温度
在一定范围内，烧结温度越高，原子扩散能力越强，烧结颈的形成和长大速度也就越快，颗粒之间的冶金结合面增加，同时孔洞也趋于减小和球化。烧结体的强度是由颗粒之间结合面而保证的，如果烧结体中所有颗粒之间都能达到彼此紧密结合，无任何形态的孔隙，理论上是可以达到致密材料的强度。因此，从烧结的角度来说，提高温度可以增加烧结体合金化的程度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如Fe-C烧结会增加化合碳的含量，这样既消除了非化合碳形成的游离石墨对基体造成有害影响，又使合金中碳的含量过高。并且，烧结温度的提高还可以促进碳在奥氏体中均匀化，有利于其在随后冷却过程中形成性能良好的珠光体组织。一般来说，提高烧结温度可以提高铁基烧结材料的收缩率，但也有特殊情况，如零件中含铜超过一定量时，非但不收缩反而会膨胀。要提高铁基零件的收缩率可以采用细铁粉、增加碳含量，也可加入合金元素Ni,Mo等。
3.2压坯显微组织分析
随着压制力的增加，雾化铁粉孔洞数目明显减少，并且孔洞尺寸减小，成弥散状分布，偏聚于晶界处的大型连通型孔洞数目减少，连续完整的基体面积增加。同时，对比常温压制，温压工艺下得到的压坯金相组织孔洞更小，并呈弥散状分布，大的聚合型连通孔隙明显减少。这是因为温度对铁粉流动性的提高使得小粒径铁粉更容易填充到大粒径铁粉的空隙中。
3.3压坯烧结体磁性能分析
随着压力提高，试样饱和磁化强度（Ms）不断提高，Ms由197.81emu?g?1提高到203.37emu?g?1，矫顽力（Hc）由7.66Oe降低为6.98Oe。放大图中原点处可以发现，随着压制压力的增加，磁化曲线斜率增加，磁导率增加。这是由于较大的压力会得到相对光滑致密的基体，孔洞数目与尺寸的减小会减弱对磁畴壁的钉扎，所以矫顽力与磁滞损耗减小，而磁导率提高。高密度烧结体由于相同的体积所含有的有效磁性物质数量较多，故其Ms较大。常温压坯烧结后试样Ms为203.37emu?g?1，Hc为6.98Oe；温压压坯烧结后试样Ms为205.51emu?g?1，Hc为7.98Oe；原点处放大显示其磁导率基本相同。温压工艺使试样的饱和磁化强度增加，但矫顽力也同样增加，Ms增加证明了前述观点的正确性，Hc增大可能是温压工艺引起粉末流动性增强所引起的，孔洞的弥散化虽然可以使密度增加，但是同样会对磁畴运动造成阻碍。随着烧结温度的升高，试样的饱和磁化强度得到提高，尤其是1250℃烧结提升幅度较大，说明较高的烧结温度对于Ms的提升有一定作用，然而Hc却相对较大，原因在上一节已进行分析。在通入氩气后，Hc有了一定程度的下降，说明氩气气氛不仅可以对试样的烧结表面清洁度起到积极作用，并且还可以在一定程度上减小矫顽力。
3.4粉末活性
包括颗粒的表面活性与晶格活性两方面，前者取决于粉末的粒度粒形(比表面积大小)，后者由晶粒大孝晶格缺陷、内应力等决定。在其他条件相同时，粉末粒度越小，两种活性同时增高。外来物质以及粉末表面的氧化物，如果在烧结过程中被还原或溶解于金属内部，当氧化层小于一定厚度时(铁粉40}60nm)对烧结起到促进作用，因为氧化膜被还原成金属时，原子活性增大，易于烧结。但如果表面氧化物层过厚或无法被还原，将阻碍烧结的顺利进行。
结语
（1）不同粒径分布的铁粉混合有助于坯料密度的增加；适宜的压制温度可以有效地促进粉末流动，避免大尺寸孔洞的形成，优化组织；140℃、800MPa下雾化铁粉压坯密度最高，可达7.35g?cm3。（2）对比常温压制，温压压坯烧结后孔洞分布均匀，烧结体密度随温度的升高而上升；雾化铁粉压坯在1250℃烧结后密度最高，可达7.47g?cm3。（3）在一定范围内，磁性能与密度成正比关系，混粉压制的试样密度接近理论值；但在混合铁粉中，较细的铁粉夹杂于粗粉中，阻碍磁畴壁移动，造成饱和磁化强度（Ms）偏孝矫顽力（Hc）偏大的现象。较高的烧结温度下晶粒长大使晶界的表面能降低，减弱晶界对磁畴移动的影响。
参考文献
[1]张浩瀚,刘子利,刘希琴,等.润滑剂对Fe基粉末冶金材料温压工艺的影响.粉末冶金技术,2017,35(2):128.
[2]董国强,秦明礼,章林,等.高速压制制备高密度纯铁软磁材料.工程科学学报,2016,38(5):677.
论文作者:尉晓东
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/27
标签：铁粉论文; 材料论文; 孔洞论文; 密度论文; 试样论文; 粉末冶金论文; 温度论文; 《中国西部科技》2019年第23期论文;