Реферат: Язувального на магнітні властивості матеріалу на основі заліза а. В. Мініцький

ВПЛИВ ТИПУ ПОРОШКУ ТА КІЛЬКОСТІ ЗВ’ЯЗУВАЛЬНОГО НА МАГНІТНІ ВЛАСТИВОСТІ МАТЕРІАЛУ НА ОСНОВІ ЗАЛІЗА


А.В. Мініцький, канд. техн. наук,

Національний технічний університет України «КПІ», м. Київ


Показано вплив типу залізного порошку та кількості органічного зв’язувального, на магнітні властивості матеріалу, отриманого методом теплого пресування. Використання лускатого залізного порошку дозволяє отримати низки втрати на перемагнічування при кількості зв’язувального
0,5-1 % мас. Розроблені матеріали можуть ефективно використовуватись як магнітопроводи для роботи у змінних полях.

Ключові слова: магнітно-м’який матеріал, органічне зв’язувальне, смола, лускатий порошок.


Показано влияние типа железного порошка и количества органического связующего на магнитные свойства материала, полученного методом теплого прессования. Использование чешуйчатого железного порошка позволяет получить низкие потери на перемагничивание при количестве связующего
0,5-1 % масс. Разработанные материалы могут эффективно использоваться в качестве магнитопроводов для работы в переменных полях.

Ключевые слова: магнитно-мягкий материал, органическая связка, смола, чешуйчатый порошок.


Останнім часом у галузі розроблення порошкових магнітно-м’яких матеріалів спостерігається тенденція використання композиційних матеріалів, що дозволяють отримувати вироби зі спеціальними властивостями. Одним із нових напрямків є використання плакованих порошків, вихідна складова яких покривається шаром легуючих компонентів [1– 3].

У випадку плакування вихідного порошку органічними ізолюючими матеріалами після пресування виробу повинна проводитися полімеризація чи припікання утвореного на частинках порошку поверхневого шару при температурах не більше 500 0С. Такі зразки мають високий питомий електроопір, що перешкоджає утворенню вихорцевих струмів, а це дає можливість використовувати такі матеріали у змінних полях.

У більшості робіт як плакуючий шар найчастіше використовують смолу, каучук, лак та ін., при цьому спостерігається деяке зниження магнітної індукції і магнітної проникності. Провідний розроблювач і виробник магнітно-м’яких порошків фірма «Hoganas» стверджує [4], що для зменшення вихрових струмів необхідна поверхнева ізоляція на кожній порошковій частинці. Такий бар'єр може складатися з органічних чи неорганічних добавок, при цьому процес виробництва базується на традиційних методах порошкової металургії.

Метою даної роботи є дослідження впливу типу залізного порошку та кількості зв’язувального на магнітні властивості матеріалу, отриманого методом теплого пресування.

Застосування процесу теплого пресування при виготовленні магнітно-м’якого матеріалу із залізного порошку з органічною складовою може бути досить перспективним з точки зору отримання високощільних заготовок із заданими властивостями без процесу спікання [5]. Тому були досліджені магнітні властивості у змінному полі зразків, виготовлених методом теплого пресування порошків із заліза марки ПЖРВ3.200.28, оксидованого порошку тієї самої марки і лускатого порошку, отриманого прокатуванням відходів електротехнічної сталі (рис. 1).







а

б

в

Рисунок 1 – Морфологія частинок залізного порошку: а – порошок заліза марки ПЖРВ3.200.28; б – оксидований порошок заліза марки ПЖРВ3.200.28;
в – лускатий порошок, отриманий прокаткою відходів електротехнічної сталі

Як зв’язувальний наповнювач до зазначених порошків додавали фенолформальдегідну смолу марки СФП-012А у межах від 0,5 до 2,5 % мас. До складу смоли входить до 8 % затверджувача у вигляді гексаметилентетраброміну (уротропін). Пресування зразків проведене у закритій прес-формі при температурі 180 С при тисках 600–800 МПа.

Дослідження магнітних характеристик матеріалів проводили на зразках кільцевої форми розміром 35х25х5 мм у змінних полях, використовуючи ватметрову схему вимірювання. За допомогою ферометра знімалися дані для динамічної основної кривої намагнічування і визначалися питомі магнітні втрати в матеріалі при частоті 50 Гц. Результати вимірювання магнітних властивостей матеріалів наведені в табл. 1 і на рис. 2.


Таблиця 1 – Магнітні властивості зразків із залізного порошку зі зв’язувальним із фенолформальдегідної смоли, отриманих теплим пресуванням при тиску 800 МПа

Тип порошку

Кількість смоли, % мас.

Густина,

г/см3

Магнітні властивості при частоті 50 Гц

В2500,

Тл

Магнітні втрати Р, Вт/кг

В-0,5Тл

В-0,75Тл

В-1,0Тл

Порошок марки ПЖР3

0,5

7,13

0,85

4,12

6,48

10,9

1,0

7,05

0,7

3,89

6,24

11,5

1,5

6,95

0,7

3,74

6,32

12,3

2,5

6,78

0,65

4,3

7,2

12,8

Залізо лускате

0,5

6,89

0,95

2,8

5,65

8,5

1,0

6,88

0,95

2,8

5,7

8,8

1,5

6,64

0,9

3,5

5,9

9,7

2,5

6,52

0,9

3,5

5,86

9,2

Залізо окиснене

0,5

6,92

0,7

3,2

5,8

9,5

1,0

6,88

0,65

3,0

6,5

9,8

1,5

6,85

0,6

3,8

7,5

10,7

2,5

6,81

0,55

3,6

5,84

11,2


Якщо порівняти властивості зразків залежно від типу вихідного залізного порошку, можна побачити принципову різницю як у щільності, так і у магнітних характеристиках. Найбільшу густину – 7,13 г/см3   мають зразки із залізного порошку, лускатий та окиснений порошки мають менші значення – 6,89 та 6,92 г/см3 відповідно.

Зниження щільності двох останніх порошків цілком логічно, проте відбувається за різними механізмами. Лускаті частинки погано формуються через свою неправильну форму. Тому на першій стадії пресування, коли відбувається структурна деформація, за рахунок переукладання частинок неправильна форма лускатих порошків заважає переорієнтації частинок одна стосовно одної під час прикладання тиску. Оксидовані порошки мають форму, близьку до сферичної, за рахунок оксидної плівки, яка рівномірно покриває частинку. Відповідно на етапі переукладання оксидовані порошки формуються краще за лускаті порошки і навіть за вихідні залізні, оскільки мають низький поверхневий натяг. На наступному етапі, коли починається пластична деформація, тверді оксидні плівки перешкоджають деформації частинок, через що кінцева густина зразків на основі оксидованих менша за густину зразків на основі вихідних залізних порошків.


^ Напруженість поля, А/м


1 – Fe – 0,5 % СФП (800 МПа)

4 – Fe – 1,5 % СФП (600 МПа)

2 – Fe – 0,5 % СФП (600 МПа)

5 – Fe – 2,5 % СФП (800 МПа)

3 – Fe – 1,5 % СФП (800 МПа)

6 – Fe – 2,5 % СФП (600 МПа)


^ Рисунок 2 – Криві намагнічування зразків на основі залізного порошку з фенолформальдегідним зв'язувальним, спресованих при різних тисках

З наведених даних видно, що магнітні властивості отриманих матеріалів залежать у першу чергу від кількості зв’язувального компонента. В усіх випадках збільшення вмісту смоли приводить до зниження магнітних характеристик незалежно від типу порошку і тиску пресування. До того ж застосування процесу теплого пресування у даному випадку не дозволило підвищити густину зразків (у деяких випадках вона навіть знизилася). Це можна пояснити тим, що смола при температурі вище 100 С втрачає деякі свої властивості, насамперед в’язкість. В’язкість зв’язувального у залізному порошку, у свою чергу, є чинником, який суттєво впливає на процес ущільнюваності зразків. Смола має високі мастильні властивості, що дозволяє знизити зовнішнє контактне тертя частинок порошку об стінки прес-форми. Але її введення у порошок при температурах теплого пресування є не досить ефективним фактором, оскільки рідка смола витискається з об’єму пресовки.

Тип порошку також вносить свої корективи при формуванні магнітних властивостей отриманих зразків. Матеріали із окисненого заліза мають найнижчі значення магнітної індукції насичення – 0,55-0,6 Тл. Це пов’язано з тим, що оксидна плівка поєднано із органічним зв’язувальним, створює занадто велику перешкоду для проходження магнітного потоку крізь магнітопровід. У зв'язку з утворенням немагнітних прошарків між частинками виникає внутрішній розмагнічувальний фактор, який веде до зростання втрат на перемагнічування.

Використання частинок лускатого залізного порошку дозволяє отримати більш низькі значення магнітних втрат (Р1,0/50 = 8,5 Вт/кг), ніж при використанні вихідного розпиленого та оксидованого порошків. Така залежність магнітних характеристик від типу порошку пояснюється тим, що орієнтація лусочок у напрямку, перпендикулярному до магнітного поля, тобто в напрямку проходження вихрових струмів, забезпечує порівняно невеликий розмагнічувальний фактор і високу індукцію насичення у напрямку поля. При цьому для забезпечення прийнятних магнітних властивостей кількість смоли, що вводиться, не повинна перевищувати 0,5–1 % мас.


ВИСНОВКИ

У галузі розробок нових магнітно-м’яких матеріалів на основі залізних порошків перевага віддається композиційним порошкам. Процес плакування кожної окремої частинки органічним зв’язувальним дозволяє створювати на поверхні залізного порошку чи його сплавів тонку і рівномірно розподілену електроізоляційну оболонку при високій концентрації феромагнетика в одиниці об'єму. Це дозволяє істотно підвищити питомий електроопір, що обмежує вихрові струми і знижує магнітні втрати.

Найбільш ефективними матеріалами, з погляду їх використання у змінних полях, є матеріали, що отримані із лускатого залізного порошку із кількістю зв’язувального 0,5-1 % мас. Такі магнітопроводи мають досить високе значення магнітної індукції насичення, близько 0,95 Тл, маючи при цьому, низькі загальні магнітні втрати на перемагнічування – 8,5-8,8 Вт/кг при частоті 50 Гц.


SUMMARY

^ INFLUENCE OF TYPE OF THE POWDER AND QUANTITY OF THE BINDING MATERIAL ON MAGNETIC PROPERTIES ON THE IRON BASIS

A.V. Minitsky PhD

National technical institute of Ukraine, Kyiv,

Influence of iron powder type and quantity of an organic binding material on magnetic properties of the warm pressing received by a method is shown in the article. Use of a scaly iron powder allows receiving low losses on magnetic reversal at quantity of binding 0,5-1 % of weights. The developed materials can effectively be used in quality of magnetic cores for work in variation fields.

Key words: magnit-soft material, organic sheaf, pitch, scaly powder.


^ СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

Properties and applications of both sintered iron-bas soft magnetic material / Bas J.A., Paradelo L., Calero J.A., Dougan M.J. // Euro PM 2000. Soft magnetic materials workshop, Munich, oct. 2000. – p. 40–41.

David E. Gay. High perfomance microencapsulated powders for varios P/M applications // The internetional journal of powder metallurgy.–1996. – Vol. 36 №1. – p. 13–25

B. Sustarsic, A. Sirc, D. Milyavec SMC Materials in the Design of Small Electric Motors for Domestic Application // Euro PM 2004. Conference Proceedings PM Functional Materials.–Vol. 4.– 2004.– P. 629–635.

Dennif Jackson. Hoeganes widens its ferrous range // Metal powder report.– 1998. – Vol. 53, №9. – P. 26–27.

Мініцький А.В. Розробка та властивості порошкових магнітно-м’яких матеріалів на основі композиційних залізних порошків для деталей електротехнічного призначення: дис. … канд. техн. наук. – Київ, 2007. – 137 с.