SMC复合软磁材料的表面包覆技术


SMC复合软磁材料的表面包覆技术

粉末冶金生产铁基软磁材料时,为降低涡流损耗通常会用到两种常用的表面包覆技术。

(1) 一种是利用合金添加剂来提高材料电阻率,降低涡流损耗,如铁—硅合金(通常含 Si 3%)铁—磷合金(一般含 P 0.45%~0.75%),铁—镍合金(含铁 50%,含镍50%)等。但这样降低了饱和磁感应强度,而且合金含量在商业使用上还有一定限度。这种方法适合应用于直流或较低频率交流装置。

(2) 另一种方法则是对磁性颗粒进行绝缘包覆处理,这就是SMC复合软磁材料 (Soft Magnetic Composite)。SMC 材料,有时也称“绝缘包覆铁粉”,是近年来逐渐发展起来的一种新型铁基粉末软磁材料。它通常选用高纯铁粉的基材,经有机材料和无机材料绝缘包覆处理,利用粉末冶金技术使混合粉末成为各向同性的材料。

根据绝缘包覆材料的不同, SMC 材料大概可以分为以下几类:

有机绝缘包覆铁粉

90 年代,人们认为可以将有机树脂包覆的铁磁粉末作为铁芯的原材料,用在中频至高频的电磁转换装置中。这类材料是由铁粉和树脂组成,有时还添加少量的润滑剂;在压制-热处理过程中实现铁粉的绝缘包覆。

二十世纪末,日本已利用环氧树脂和酚醛树脂作为粘结剂,直接生产出压粉磁芯。

2000 年加拿大Quebec公司指出,只要运用高压缩性、高纯度的水雾化铁粉,这类铁-树脂SMC材料也可应用在较低频率的场合。 2005 年,日本JFE公司已经开发了铁-树脂混合粉末并投入生产,这种SMC材料是以粒度约为 100μm的纯铁型还原铁粉为基本原料。

无机-有机结合绝缘包覆铁粉

现已开发成功在磁性粉末表面直接涂覆绝缘膜的技术,其中铁粉颗粒双层涂覆法是在铁粉表面先涂以10~100nm厚的极薄磷酸盐覆盖膜,然后只需添加极少量的树脂,即可在压制和热处理过程中实现树脂的绝缘包覆,最终获得高磁特性和高绝缘性的软磁材料。这项技术不但提高了压坯密度,增强了绝缘包覆层的热稳定性;而且实验证明,磷酸盐涂层对铁粉表面氧化还起到一定抑制作用。

目前瑞典的Höganäs AB公司发明的SMC材料其商业化的磷酸盐绝缘包覆技术代表了国际先进水平。这类材料不但有效降低涡流损耗,而且具有较好的磁学性能和机械性能。近来很多研究都SomaloyTM系列(somaloy 700 1p;somaloy 700 3p,somaloy700 5p;somaloy 1000)SMC粉末为原料来研究不同制备工艺对SMC铁芯各种性能的影响。

这类SMC铁芯具有高机械强度,高磁通密度,中低频低铁损的性能;但当频率在1KHz时,其铁损是传统叠层硅钢片(片层厚度0.35 mm)的2-3倍。针对高频应用领域, T. MAEDA等尝试改进了无机绝缘包覆铁粉与树脂的混合方法。他们在压制之前,先将树脂用湿法涂覆在有无机绝缘层的铁粉上。这种改进不但使热处理温度提高了近150°C,而且在高于300Hz使用时,铁损也较低。

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