高性能非晶项目研究论文.doc

PAGE \* MERGEFORMAT7 高性能铁基非晶/纳米晶带材表面处理和磁芯封装的研究 项目负责人：冯玉南（男， 2011级物理学本科专业） 项目参与人：张炎华、邱小凤、李众拥 指导教师：敖辉实验师、蒋达国教授 研究时间：20014年1月~2015年12月 成 果 介 绍研 究 内 容Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶磁芯经过550 ℃晶化退火处理后，可以形成非晶和纳米晶双相结构，成为纳米晶磁芯，从而获得优良的软磁性能。但是，经过晶化退火处理后的纳米晶磁芯非常脆，在使用过程中受到外力的碰撞会造成磁芯磁性能的不稳定，甚至会破坏磁芯，这就给后续加工带来了困难，在一定程度上限制了纳米晶磁芯的使用。针对这一不足，在使用前我们先用环氧树脂和二氧化肽对纳米晶磁芯进行了表面处理和封装。然后研究了表面处理和封装对其软磁性能的影响。研 究 取 得 成 果1.用环氧树脂封装后，纳米晶磁芯的起始磁导率μ0、最大磁导率μm、幅值磁导率μa、饱和磁感应强度Bs、直流损耗Pu、交流损耗Ps、电感Ls和品质因数Q减小，而矫顽力Hc增大；磁导率μ、饱和磁感应强度Bs、直流损耗Pu、电感Ls和感应电动势E随着触变剂含量的减小而减小；而矫顽力Hc和剩磁Br则随着触变剂含量的减小而增大。 2.用TiO2封装后，纳米晶磁芯的起始磁导率μ0、最大磁导率μm、剩磁Br、电感Ls和品质因数Q减小；而饱和磁感应强度Bs、直流损耗Pu和矫顽力Hc增大。特 色 与 创 新 点本项目针对纳米晶磁芯因退火脆化，且裸露在空气中易氧化的缺点，在使用前，用环氧树脂和二氧化肽对纳米晶磁芯进行了表面处理和封装。表面处理和封装后，虽然其综合软磁性能有所下降，但能增强纳米晶磁芯的机械强度，还能减缓振动，防止外力损伤，为后续加工带来了方便，提高了利用率、减少了破坏率、方便了包装和运输。同时，由于封装层的包裹，纳米晶磁芯放置在空气或潮湿的环境中，也可以免受水分和氧气的侵入，不易被氧化，从而提高其软磁性能的稳定性和使用寿命。TiO2封装对铁基纳米晶磁芯软磁性能的影响 敖辉， 蒋达国，郭斌，李众拥，邱小凤 指导老师：敖辉，蒋达国 关键词：Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶磁芯；溶胶-凝胶；TiO2封装；软磁性能 Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶磁芯经过550 ℃晶化退火处理后，可以形成非晶和纳米晶双相结构，成为纳米晶磁芯，获得优良的软磁性能，从而在配电变压器、中频变压器和功率因数校正器等领域得到了广泛的应用[1]。纳米晶磁芯的应用范围很广，不同的应用对性能要求也各不相同，如有的产品要求高电感，有的产品要求低损耗，而有的产品则只关心其伏安特性。 用快淬工艺制备的铁基非晶带材，其表面形成了一层极薄的氧化膜[2]，造成非晶带材在潮湿恶劣的环境中容易生锈，严重影响着非晶带材的应用范围及其产品的使用寿命。为了提高铁基非晶带材防腐抗潮的能力，可以在铁基非晶带材表面形成结合力强、稳定均匀的涂层 [3]。 TiO2是一种新型多功能材料，具有优良的光催化和光致亲水性能、磁性强、透明性优异、有良好的耐化学腐蚀性和耐热性等特点[4-5]。应用溶胶-凝胶法在不锈钢表面产生TiO2薄膜，在酸性介质（盐酸，硝酸）中TiO2涂层易形成连续薄膜[6-7]，由于Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶磁芯为铁基，容易被酸腐蚀，因此，在中性介质下使用溶胶-凝胶法。本文采用溶胶-凝胶法制备了TiO2溶胶，再用浸渍提拉法对Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶磁芯进行TiO2封装，研究了TiO2封装对纳米晶磁芯软磁性能的影响。 1实验 1.1 磁芯预处理 将宽为20 mm、厚为25 μm的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶带材，绕制成外径为40 mm、内径为25 mm的环形非晶磁芯，然后将其进行晶化退火处理后得到纳米晶磁芯。将纳米晶磁芯放入脱脂碱液中进行脱脂处理20 min，然后放入去离子水中清洗10 min，再用酒精将其表面的水冲洗干净。 1.2 TiO2封装 将1.2 ml去离子水滴加到17 ml无水乙醇中，搅拌均匀后制得A液。将3 ml二乙醇胺滴加到34 ml无水乙醇中，搅拌10 min后，再往其中缓慢滴加10 ml钛酸四丁酯，不断搅拌直到其变成澄清的单黄色溶液，制得B液。将A液缓慢滴入B液，搅拌3 h后，静置陈化，得到稳定透明的TiO2溶胶。 将预处理的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶磁芯以约为0.5 mm/s的提拉速度，在TiO2溶胶中浸渍提拉出来。等待磁芯上的TiO2薄膜失去流动性后，放入60 ℃的烘箱中烘干，取出冷却至室温，磁芯上就覆盖了1层稳定的TiO2表面涂层。 1.3性能测试 采用Bruker D-8 X射线衍射