复压工艺对粉末复压爪极的密度分布与磁性能的影响

本文分析实际压坯尺寸下无复压、室温复压、高温复压三种工艺对爪极用压坯的组织、密度和磁性能的影响，为优化爪极生产工艺奠定基础。

实验材料及方法

本实验使用的铁粉均采用雾化法生产，纯度为99.5wt%，碳含量为0.008wt%，粒度为100～300目，松装密度为2.7～3.1g/cm3。

部分粉末在700℃做氢气退火处理。根据图1所示的爪极尺寸要求取1000g铁粉放入模具，选择二硫化钼作为模具表面润滑剂。

采用对向压制的方式将铁粉压制成准60mm的初坯，压制压力为1200MPa，保压时间为40s。

初坯700℃去应力退火后进行复压，保压时间为30s，压制压力为1200MPa，将未复压、室温复压、高温（900、1000、1100℃）复压三种工艺的压坯放入烧结炉中烧结，烧结温度为1450℃。

为了防止环形试样在取样过程中产生塑性变形或塑性凸出，使得磁畴的排列方式发生变化，导致磁性能降低，影响磁性能的测试，对环形试样退火处理，退火温度为700℃。

采用JMD电子密度仪测定环形样品密度。利用软磁直流测量装置获得爪极用压坯的磁滞回线，得到饱和磁感应强度Ms及矫顽力Hc。

复压工艺对磁性能的影响

根据不同压制工艺压坯的环形试样的饱和磁感应强度可以看出，经900℃复压试样的磁性能高于无复压与室温复压。

这是由于900℃复压使压坯内部孔洞细小均匀，烧结后孔隙趋近于圆形，使得压坯密度相较于其他两种工艺更高，而压坯的饱和磁感应强度作为结构不敏感量一般认为与材料的成份有关。

材料成分相同，密度越高，单位体积内可磁化的质量越高，试样的磁感应强度越高。900、1000、1100℃复压压坯试样的饱和磁感应强度分别为1.80、1.80、1.81T。

可以看出复压温度对饱和磁感应强度影响不大，原因是不同温度复压并未使压坯的密度有较大提升，密度相同时，相同体积的可磁化质量基本相同，因此试样的饱和磁感应强度并未有较大的不同。

根据不同压制工艺试样的最大磁导率可以看出，900℃复压试样最大磁导率较大。

这是因为，900℃复压使压坯内部粉末颗粒发生破碎，与此同时大的孔隙变成为弥散分布的麻点状孔隙，在1200MPa保压过程中使部分细小的孔隙锻合在一起，压坯孔隙数量进一步减少，避免处于粉末颗粒烧结颈位置的孔隙，形成退磁场，导致最大磁导率降低。

一般认为随着密度的提升最大磁导率随之增加，但室温复压压坯反而出现随密度的提升最大磁导率减小的现象。

这是由于最大磁导率为结构敏感量，一般认为与压坯的孔洞大小、形状、杂质等有关。室温复压压坯在晶界处弥散分布着麻点状的细小孔隙。

孔隙中的空气在烧结过程中与铁发生反应生成氧化铁。氧化铁作为杂质使周围的晶粒发生晶格畸变，阻碍了磁畴的移动，导致磁导率下降。

氢气退火工艺并未使压坯饱和磁感应强度（Ms）有较大变化，Ms=1.82T，但矫顽力（Hc）由92.91A/m下降到82.41A/m。

其原因为碳、氮等原子溶解在铁的晶胞中形成间隙固溶体或置换固溶体，使铁原子晶胞产生大的晶格畸变，从而使得铁软磁材料的局部组织遭到破坏，降低了材料的磁性能。

氢气退火工艺可以大大降低铁粉中的碳、氮等杂质的含量，从而改善铁磁材料的组织，提升磁性能。

结论

通过与未复压压坯对比，发现复压工艺对压坯密度有提升作用，其中高温复压对密度的提升最大。高温复压压坯密度达到7.82g/cm3，相对密度为99.3%，已接近理论密度，且内部密度分布较均匀。

从显微组织中可以看出，未复压压坯中存在较大孔隙，且孔隙分布较集中。说明复压工艺可以减少压坯中的孔隙率，且相较于未复压与室温复压，高温复压中孔隙率最低。

相较于未复压与室温复压，高温复压的磁性能提升明显，且铁粉氢气退火后，压坯的饱和磁感应强度变化不大，但矫顽力下降。

参考文

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