浙江大学研究团队：软磁复合材料硝酸钠钝化绝缘包覆新技术 | Engineering
浙江大学研究团队：软磁复合材料硝酸钠钝化绝缘包覆新技术 | Engineering
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《Engineering》是中国工程院院刊主刊，工程类综合性期刊，旨在为全球提供一个高水平的工程科技重大成果发布交流平台，报道全球工程前沿，促进工程科技进步，服务社会、造福人类。中国科技期刊卓越行动计划领军期刊。 中英文出版，全文开放获取。
软磁材料在电磁转换应用中具有重要意义。与铁氧体相比，软磁合金具有更高的饱和磁化强度和磁导率，但其高频应用受制于涡流损耗。尽管已有部分文章致力于开发金属磁粉分散于绝缘基体的软磁复合材料（SMCs），但获得该结构的关键在于磁粉表面的绝缘包覆，其对提高电阻率和抑制涡流损耗也至关重要。因此，亟需发展新的绝缘包覆技术，获得具有良好热稳性，与基体紧密结合，厚度薄且均匀完整包覆的绝缘层。与此同时，深入理解钝化过程中的热力学和动力学机制，对于实现湿化学钝化条件的精准调控具有重要意义。
浙江大学严密、吴琛研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2023年1月刊发表了题目为《软磁复合材料硝酸钠钝化绝缘包覆新技术》的研究性文章，发明了制备FeSiAl SMCs的硝酸钠钝化绝缘包覆新技术。结合成分组成和微观结构分析，文章研究了不同pH条件下包覆层的生成规律，发现酸性NaNO 3 溶液钝化形成的绝缘包覆层由Fe 2 O 3 、SiO 2 、Al 2 O 3 和AlO(OH)组成。随着pH值升高，由于NO 3 − 的氧化能力减弱，Fe 2 O 3 转化为Fe 3 O 4 ，而碱性NaNO 3 溶液钝化形成Al 2 O 3 、AlO(OH)和SiO 2 。进一步地，文章从热力学和动力学角度揭示了包覆层生长机理及其与FeSiAl SMCs软磁性能的内在关联。文章指出，通过调整钝化条件，可实现在50 kHz和100 mT测试条件下，有效磁导率为97.2、损耗为296.4 mW⋅cm −3 的最优性能。
图1 FeSiAl磁粉表面双层结构包覆层生长示意图。
为了揭示碱性条件的影响，文章还研究了pH=8时NaNO 3 钝化且退火后磁粉包覆层的微观结构和成分。文章指出，磁粉基体和包覆层之间存在波浪形的界面，且通过对不同区域获得的多张透射电子显微镜（TEM，Titan G2 80-200，FEI）图像测量得到包覆层的平均厚度仅为（6.7±0.8 ） nm。此外，更高放大倍数的TEM以及选区电子衍射（SAED）图像表明包覆层中非晶AlO(OH)和晶态Al 2 O 3 共存。除此，高角环形暗场（HAADF）图像和能量色散X射线光谱（EDS）结果表明包覆层的主要成分为Al、Si和O。综上，pH=8条件下钝化样品退火后形成了厚度较薄，且主要包含Al 2 O 3 、AlO(OH)和SiO 2 的包覆层。
总之，文章通过优化NaNO 3 钝化液的pH值，FeSiAl SMCs获得了最佳综合磁性能。文章发明的NaNO 3 钝化技术不仅可以扩展用于其他软磁合金体系，亦为开发利用氧化性物质如亚硝酸盐、超氧化物和高锰酸盐等制备新型绝缘包覆层奠定了基础。
以上内容来自：Mi Yan, Qiming Chen, Dong Liu, Chen Wu, Jian Wang. Sodium Nitrate Passivation as a Novel Insulation Technology for Soft Magnetic Composites [J]. Engineering, 2023, 20(1): 134-142.
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原文链接：https://www.engineering.org.cn/en/10.1016/j.eng.2022.01.016
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