Кинетика формирования диэлектрического покрытия на порошки железа для получения композиционных магнитно-мягких материалов

Обоснованы актуальность и  эффективность  применения силикатсодержащего  неорганического покрытия в  качестве электроизолирующего при  производстве магнитно-мягких композиционных материалов (ММКМ) из  порошков железа. Показано влияние концентрации силиката натрия (Na₂O–SiO₂) в водном растворе на  кинетику  формирования диэлектрического покрытия на железных порошках разных марок, а так же на прирост их массы, среднюю толщину покрытия, физические и технологические характеристики. Экспериментально установлено, что  влияние морфологии частиц порошков железа и коэффициента поверхностного натяжения на границе жидкой и твердой фаз на толщину покрытия можно оценить косвенно по показателям смачиваемости, в частности по краевому углу. Рассмотрены особенности структурообразования  межслойных границ ММКМ. Элементное картирование с использованием энергодисперсионного микроанализатора показывает, что после прессования образцов при давлении 600  МПа и последующего нагрева в интервале 400–600°С изменяется толщина покрытия и протекает частичное перераспределения кремния в диэлектрическом слое. Это  обусловлено тем, что кремний, отличающийся более высоким сродством к кислороду, чем железо, активно реагирует  с адсорбированным на поверхности частиц железа кислородом и (или)  восстанавливает оксиды железа, образуя диоксид SiO₂  в виде плотной пленки, которая, с одной стороны, защищает частицы железа от окисления, а с другой – в зоне контакта частиц железа образует диэлектрический слой, влияющий на удельные магнитные потери. Установлено, что отличительной особенностью уплотнения порошков железа с покрытием является преобладание структурной деформации при прессовании, поскольку покрытие снижает внутренний коэффициент трения. Показано, что по своим магнитным  характеристикам разработанный ММКМ отвечает современным требованиям, предъявляемым к магнитно-мягким композиционным материалам.

1. Троицкий В.А., Ролик А.И., Яковлев А.И. Магнитодиэлектрики в силовой электротехнике. Киев: Технiка, 1983.

2. Enescu E., Lungu P., Marinescu S., Dragoi P. The effect of processing conditions on magnetic and electric properties of composite materials used in nonconventional magnetic circuits. J. Optoelectr. Adv. Mater. 2006. Vol. 8. No. 2. P. 745—748.

3. Magnetic materials and their characteristics. URL:https://coefs.uncc.edu/mnoras/files/2013/03/Transformer-and-Inductor-Design-Handbook_Chapter_2.pdf (accessed: 17.08.2019).

4. Власова О.В., Панасюк О.А., Миницкий А.В., Апининская Л.М., Вергелес Н.М., Затовский В.Г., Грипачевский А.Н., Куровский В.Я. Порошковые магнитомягкие материалы для электротехнической промышленности. Электр. контакты и электроды. 2012. No. 11. C. 101—107.

5. Скорман Б., Чжоу E., Янссон П. Магнитно-мягкие композиционные материалы: Пат. 2389099 (РФ). 2010.

6. Ритсо А.Э., Летман В.Я., Сетмар Р.А., Лаансоо А.А. Влияние способа изолирования частиц на характеристики магнитомягких композиционных материалов. Тр. Таллинского политехн. ин-та. 1984. No. 506. C. 22—26.

7. Янссон П., Ларссон Л.-О. Порошок с фосфатным покрытием и способ его изготовления: Пат. 2176577 (РФ). 2001.

8. Zhou Ye. The effect of manufacturing processes on the properties of multi-layer coated SMC components.URL:https://www.epma.com/publications/euro-pm-proceedings/product/ep16-3294440 (accessed: 17.08.2019).

9. Корицкий Ю.В., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Справочник по электротехническим материалам. Л.: Энергоатомиздат, 1988.

10. ГОСТ 23618-79. Изделия из ферритов и магнитодиэлектриков. Термины и определения.

11. Кекало И.Б., Самарин Б.А. Физическое металловедение прецизионных сплавов. Сплавы с особыми магнитными свойствами: Учеб. для вузов. М.: Металлургия, 1989.

12. Kvist S.Å. Magnetic properties of Höganäs PASC powders. Höganäs PM Powder Information No. PM 75-10. 1975. Р. 35—38.

13. Deepak Bhalla, Singh D.K., Swati Singh, Dipti Seth. Material processing technology for soft ferrites manufacturing. URL:http://article.sapub.org/pdf/10.5923.j.materials.20120206.01.pdf (accessed: 17.08.2019).

14. Tadayuki Tsutsui. Recent technology of powder metallurgy and applications. URL:https://www.hitachi-chem.co.jp/english/report/054/54_sou2.pdf (accessed: 17.08.2019).

15. Francis G. Hanejko, Howard G. Rutz, Christopher G. Oliver. Effects of processing and materials on soft magnetic performance of powder metallurgy parts. URL:https://www.gknpm.com/globalassets/downloads/hoeganaes/technical-library/technical-papers/test-papers/19.-effects-of-processing-and-materials-on-soft-magnetic-performance-of-powder-metallurgy-parts.pdf (accessed: 17.08.2019).

16. Takuya Takashita, Naomichi Nakamura, Yukiko Ozaki. Influence of microstructure on hysteresis loss of pure iron powder core. URL:https://www.epma.com/publications/euro-pm-proceedings/product/ep16-3292881 (accessed: 17.08.2019).

17. Satomi Sato, Hirofumi Hojo, Hiroyuki Mitani, Hironori Suzuki. Inf luence of heat treatment temperature on core loss of iron soft magnetic composite cores, for low frequency applications. URL:https://www.epma.com/publications/euro-pm-proceedings/product/ep16-3292842 (accessed: 17.08.2019).

18. Tatsuya Saito, Hijiri Tsuruta, Asako Watanabe, Tomoyuki Ueno, Koji Yamada. Influence of the surficial iron-oxide of pure-iron-based soft magnetic powder cores on the magnetic properties. URL:https://www.epma.com/publications/euro-pm-proceedings/product/ep16-3292915 (accessed: 17.08.2019).

19. Shokrollahi H., Janghorban K. Soft magnetic composite materials (SMCs). J. Mater. Process. Technol. 2007. Vol. 189. P. 1—12.

20. Kalathur S. Narasimhan, Shelton Clisby, Francis G. Hanejko. Soft magnetic insulated iron powder in electromagnetic applications. URL:https://www.epma.com/publications/euro-pm-proceedings/product/world-pm2010-pm-functional-materials (accessed: 17.08.2019).

21. Dougan M.J. High Performance sintered soft magnetic materials. URL:https://www.epma.com/publications/euro-pm-proceedings/product/world-pm2010-pm-functional-materials (accessed: 17.08.2019).

22. YouGuang Guo, Jian Guo Zhu. Application of soft magnetic composite materials in electrical machines: A review. URL:https://opus.lib.uts.edu.au/bitstream/10453/4194/3/2006005080.pdf (accessed: 17.08.2019).

23. Дорофеев Ю.Г., Михайлов В.В., Бабец А.В., Кривощеков В.О. Магнитно-мягкий композиционный материал: Пат. 2469430 (РФ). 2011.

24. Начинкин О.И. Полимерные микрофильтры. М.: Химия, 1985.

25. ГОСТ 18227-98. Материалы порошковые. Методы испытания на растяжение.

26. ГОСТ 9849-86. Порошки железные. Технические условия.

27. Дорофеев Ю.Г., Михайлов В.В., Кривощеков В.О. Сравнительный анализ магнитно-мягких композиционных материалов на основе порошка железа для применения в переменных магнитных полях. URL: http://electromeh.npi-tu.ru/assets/files/archive_1_2012.pdf (дата обращения: 17.08.2019).

28. Rajkumar S., Sedhuraman K., Purimetla Santhi, A. Joycy Faustina Lourdes. Design and analysis of high speed swit-ched reluctance motor for two different materials. URL:http://www.ijeetc.com/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=175&id=1055 (accessed: 17.08.2019).