进一步提高纳米晶软磁材料在高频下的磁导率,可从优化成分设计、改进制备工艺、调整热处理方法及进行表面处理等方面着手,具体如下:
一、优化成分设计
1、添加微量元素
在纳米晶软磁材料中添加特定的微量元素,如铌(Nb)、铜(Cu)、钼(Mo)等,可有效抑制晶粒长大,形成更细小均匀的纳米晶结构。例如,适量的铌能提高材料的热稳定性,阻碍晶粒在高温下的粗化,使晶界增多,有利于磁畴壁的移动,进而提高高频磁导率。
2、调整主元素比例
精确调整铁(Fe)、硅(Si)、硼(B)等主元素的比例,以优化材料的晶体结构和磁性能。研究发现,当铁基纳米晶材料中硅和硼的含量处于一定范围时,能够形成合适的非晶相和纳米晶相比例,提高材料的高频磁导率。
二、改进制备工艺
1、采用快速凝固技术
通过快速凝固工艺,如单辊急冷法,使液态金属以极高的冷却速度凝固,能够形成均匀的非晶态结构,为后续的纳米晶化处理提供良好的基础。快速凝固可以抑制粗大晶粒的形成,获得细小的初始组织,有利于在高频下获得较高的磁导率。
2、优化粉末冶金工艺
对于纳米晶软磁粉末材料,采用先进的粉末冶金工艺,如热等静压、注射成型等,可以提高材料的致密度,减少孔隙和缺陷。致密的材料结构有助于减少磁畴壁移动的阻碍,提高高频磁导率。同时,在粉末制备过程中,精确控制粉末的粒度分布和形状,也对提高磁导率有一定帮助。
三、调整热处理方法
1、精确控制退火温度和时间
退火处理是纳米晶软磁材料制备过程中的关键环节。通过精确控制退火温度和时间,使非晶态材料发生纳米晶化转变,形成均匀细小的纳米晶粒。例如,对于铁基纳米晶材料,在适当的温度范围内进行短时间退火,能够获得最佳的纳米晶结构,提高高频磁导率。如果退火温度过高或时间过长,可能导致晶粒长大,磁导率下降。
2、采用磁场退火
在退火过程中施加外部磁场,即磁场退火工艺,可以使纳米晶软磁材料内部的磁畴结构沿着磁场方向取向,降低磁晶各向异性,提高磁导率。磁场退火能够有效地改善材料的磁性能,特别是在高频下的磁导率和损耗特性。
四、进行表面处理
1、绝缘涂层处理
在纳米晶软磁材料表面涂覆一层绝缘涂层,如氧化铝(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)等,可以提高材料的电阻率,降低涡流损耗。在高频下,涡流损耗是导致磁导率下降的重要因素之一,通过降低涡流损耗,可以使材料在高频下保持较高的磁导率。
2、表面氧化处理
适当的表面氧化处理可以在材料表面形成一层薄的氧化层,这层氧化层不仅可以提高材料的耐腐蚀性,还可以对材料表面的磁畴结构产生影响,有利于磁畴壁的移动,从而提高高频磁导率。