氧化促进剂对铁粉磷化及铁粉芯软磁性能的影响

刘向阳，傅嘉迁，于永亮，李松林

氧化促进剂对铁粉磷化及铁粉芯软磁性能的影响

刘向阳1，傅嘉迁1，于永亮2，李松林1

(1. 中南大学 粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083；2. 山东鲁银新材料科技有限公司，莱芜 271105)

以还原铁粉为基体粉末，探究氧化促进剂Na2MoO4、NaNO2及其复合添加对铁粉在NaH2PO4磷化液中磷化反应的影响，通过扫描电镜、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪，振动样品磁强计以及软磁交流测量仪对磷化前后的铁粉和铁粉芯进行结构与性能表征。结果表明：铁粉在质量分数为5%的NaH2PO4磷化液中反应速度过快，无法生成完整均匀的包覆层，铁粉芯的软磁损耗虽有降低，但磁导率的频率稳定性不佳，铁粉经NaH2PO4磷化的表面磷化层主要由Fe3(PO4)2、FePO4组成。在NaH2PO4磷化液中添加NaNO2，虽然促进了磷酸盐的生成，但包覆不均匀，其包覆层主要由FePO4组成；在NaH2PO4磷化液中添加Na2MoO4或Na2MoO4+NaNO2复合氧化促进剂可以使铁粉表面生成均匀的包覆层，大幅度降低铁粉芯的涡流损耗，其包覆层主要由FePO4和Fe2(MoO4)3组成。其中Na2MoO4+NaNO2复合添加对磷化反应的改善效果最好，400 ℃热处理后的铁粉芯电阻率为194.2 μΩ·m，在测试励磁场强度m=50 mT，测试频率=100 kHz条件下，铁粉芯的磁导率为92.5，软磁损耗为142.0 W/kg。

磷酸盐包覆；磷酸二氢钠；氧化促进剂；铁粉芯；软磁性能

铁基软磁复合材料因具有磁性能三维各向同性，高的饱和磁感应强度及较低的损耗，广泛用于滤波电感、变压器、传感器等。软磁复合材料的性质主要由磁粉性质及绝缘包覆层决定。绝缘包覆对其高频低损耗和磁导率的稳定性至关重要[1−5]。常用的绝缘包覆层有机包覆层和无机包覆层。有机包覆绝缘层的主要成分有环氧树脂、酚醛树脂等，其虽然具有良好的绝缘性和黏结性，但是热稳定性较差，一般不超过200 ℃，无法进行高温热处理，使得材料的磁导率较低、温度稳定性较低[1, 6]。无机包覆层主要包括磷酸盐[4]、氧化物如Al2O3[5]，MgO[1]，SiO2[7]，ZrO2[8]以及Mn-Zn铁氧体[9]、Ni-Zn铁氧体[3]等。其中，磷酸盐包覆层是最常用的无机绝缘层之一，具有制备工艺简单、绝缘性能良好、与铁粉颗粒之间黏附性好等优点而被广泛应用。HSIANG等[2]制备了磷酸盐/Fe核壳结构的铁基软磁复合材料，表明羰基铁粉经过磷酸磷化后所制备的磁粉芯具有优异的频率稳定性，高频下损耗较低。李开沥等[4]制备的磷酸盐包覆的羰基铁粉芯，具有低的磁损耗和高的磁导率频率稳定性。李腊等[10]探究了磷酸浓度对Fe-6.5%Si磁粉芯组织及软磁性能的影响，优选出最佳磷酸浓度。李发长等[11]探究了热处理工艺对铁基软磁复合材料的影响，优化了热处理工艺。CHEN等[12]探究了磷酸水溶液磷化过程结构的演变规律。一般铁粉的磷化是将磷酸在乙醇、丙酮等有机溶剂中与铁粉发生化学反应，在铁粉表面生成FeHPO4、Fe2(PO4)3及FePO4等磷酸盐绝缘层[4, 13−14]，该方法成本较高，磷化时间较长。本文首先采用低成本的碱金属磷酸二氢盐水溶液作磷化剂，发现铁粉与磷化剂反应速度过快，不易在表面沉积为磷酸盐，这对磷化反应是极其不利的。考虑到Na2MoO4、NaNO2是钢铁磷化工艺中常用的氧化促进剂，同时也是阳极钝化型的缓蚀剂[15−18]。相关研究表明，Na2MoO4在磷化液中可以与正磷酸根离子生成强氧化性的杂多钼酸根离子，不仅可以促进磷酸盐的沉积，而且可以生成FeMoO4或Fe2(MoO4)3钝化膜阻碍铁粉的大量溶解[19−21]。本文尝试添加Na2MoO4、NaNO2及Na2MoO4+NaNO2复合添加剂来调节磷化反应，以期制备磷酸盐包覆均匀的磷化铁粉和低损耗、高磁导率的铁粉芯。

1 实验

1.1 原料

还原铁粉(<75 μm)购自锦州博德新金属材料有限公司，纯度(质量分数)高达99.5%；磷酸(H3PO4)、磷酸二氢钠(NaH2PO4·2H2O)、钼酸钠(Na2MoO4)、亚硝酸钠(NaNO2)等试剂均购自国药集团化学试剂有限公司。

1.2 磷化铁粉的制备

配制4种磷化液：1) 磷酸二氢钠磷化液：用NaH2PO4和去离子水配制质量分数为5%的NaH2PO4磷化液；2) 在磷酸二氢钠磷化液基础上，添加质量分数0.16%的Na2MoO4；3) 在磷酸二氢钠磷化液基础上，添加质量分数0.07%的NaNO2；4) 在磷酸二氢钠磷化液基础上，添加质量分数0.16%的Na2MoO4和0.07%的NaNO2。

将一定量的还原铁粉分别添加到上述4种磷化液中，在600 r/min的转速下机械搅拌15 min，然后过滤洗涤，于100 ℃真空干燥1 h，得到4种磷化铁粉，分别记为NaH2PO4、NaH2PO4+M、NaH2PO4+N和NaH2PO4+MN。

1.3 铁粉芯的制备

在4种磷化铁粉中分别加入0.3%（质量分数）的硬脂酸锌，混合均匀，然后在800 MPa下压制为外径14 mm、内径6 mm的环形试样，最后在400 ℃真空热处理1 h，得到4种铁粉芯，分别记为NaH2PO4(HT)、NaH2PO4+M(HT)、NaH2PO4+N(HT)和NaH2PO4+MN(HT)。

1.4 测试与表征

采用DX-2700BH型衍射仪(Cu靶，2：20°～90°)对磷化铁粉进行物相分析；采用Quanta 250 FEG型场发射扫描电子显微镜观察磷化铁粉的形貌并进行能谱分析(EDS)；采用赛默飞Nicolet IS-50型傅里叶红外光谱仪(扫描波长范围：400～4 000 cm−1)对磷化层官能团结构进行表征；采用Thermo Scientific K-Alpha型号X射线光电子能谱仪(Al Kα射线)对磷化层好化学组成和结构进行表征；采用美国LakeShore公司的7404型振动磁强计(VSM)表征磷化粉末的饱和磁化强度； 采用RTS-9四探针测试仪测试铁粉芯的电阻率；采用 湖南天恒测控TK8600 金属磁粉芯磁性能测量装置测量铁粉芯的磁导率及磁损耗(m=50 mT，=20～ 180 kHz)。

2 结果与讨论

2.1 磷化铁粉的微观结构与性能

图1所示为还原铁粉磷化前后的XRD图。由图1可见，还原铁粉磷化后并未观察到除α-Fe以外其他物相的衍射峰，可能是磷化形成的磷酸盐太薄而无法被XRD检测到，或者是反应生成的磷酸盐为无定型结构而无法表征[4, 14]。

图1 还原铁粉磷化前后的XRD图

图2所示为还原铁粉磷化前后的SEM图。由图2(a)、(b)可见，还原铁粉的形状不规则，但是其表面相对光滑。NaH2PO4磷化后的铁粉表面较粗糙，存在分布不均匀的絮状和片状物，如图2(c)、(d)所示。由图2(e)～(j)可见，NaH2PO4+M磷化铁粉微观结构没有明显的变化，NaH2PO4+N磷化铁粉的表面非常粗糙，黏附了大量分布不均匀的片状物，而NaH2PO4+MN磷化铁粉表面存在均匀的絮状物质，且几乎没有片状物，相对于NaH2PO4+M，其表面包覆层更粗糙。

图3所示为还原铁粉磷化后的表面元素分布图。其中NaH2PO4磷化铁粉中的P元素分布不均匀，富集于铁粉表面黏附的片状物中，表明铁粉表面生成的磷化层不均匀。NaH2PO4+M磷化铁粉表面P、Mo元素分布均匀，而NaH2PO4+N磷化铁粉的P元素分布极不均匀，粉末表面黏附片状物的位置P元素较多，而其他位置P元素含量较少，如图3(b)、(c)所示。表明在NaH2PO4磷化液中添加钼酸钠，铁粉表面生成了均匀的含钼磷化层，而在NaH2PO4磷化液中添加亚硝酸钠，铁粉表面虽然生成大量的磷酸盐，但分布不均匀。从图3(d)可知，NaH2PO4+MN磷化铁粉的P、Mo元素分布均匀，表明在NaH2PO4磷化液中复合添加钼酸钠和亚硝酸钠之后，铁粉表面包覆了均匀的含钼磷 化层。

在磷化过程中，铁粉表面的氧化物也会参与到磷化的反应中，具体反应如下：

(a), (b) Raw powders; (c), (d) NaH2PO4; (e), (f) NaH2PO4+M; (g), (h) NaH2PO4+N; (i), (j) NaH2PO4+MN

图3 磷化铁粉表面元素的EDS分析

(a) NaH2PO4; (b) NaH2PO4+M; (c) NaH2PO4+N; (d) NaH2PO4+MN

图4 还原铁粉磷化前后的FTIR图

图5 还原铁粉磷化前后的M-H图

图6 添加氧化促进剂前后NaH2PO4磷化铁粉的XPS谱图

(a)−(c) NaH2PO4; (d), (g) NaH2PO4+M; (e) NaH2PO4+N; (f), (h) NaH2PO4+MN

综合以上分析，NaH2PO4磷化铁粉磷化层主要是由Fe3(PO4)2、FePO4组成的混合物。铁粉在NaH2PO4磷化液发生化学反应，由于粉末形貌不规则以及FeHPO4、Fe3(PO4)2磷酸盐溶度积较大，铁粉表面反应生成的Fe2+依然大部分进入磷化液而没有在表面生成磷酸盐，而且反应过程中产生的气泡阻碍磷酸盐的沉积，铁粉表面并没有被完整包覆。

由图6(d)～(h)可见，添加氧化促进剂之后的NaH2PO4磷化铁粉的Fe 2p分谱主要是由Fe3+分峰拟合而成，结合能分别为712.7、711.4和711.9 eV，结果表明在NaH2PO4磷化液中添加钼酸钠、亚硝酸钠具有将Fe2+氧化成Fe3+的作用，促进了磷酸盐的沉积。其具体的反应可用如下方程式描述：

图 6(g)、(h)显示的Mo 3d分谱由Mo 3d3/2和Mo 3d5/2拟合而成，其中Mo 3d5/2结合能位于232.6 eV，Mo元素的化学价态为+6价，表明磷化层结构中存在MoO42−。相关研究表明[16−19]，在磷化液中添加钼酸钠作为促进剂会生成FeMoO4，但是空气中的氧和亚硝酸钠与钼酸钠具有明显的协同作用，可以促使FeMoO4转化为Fe2(MoO4)3，提高磷化层的稳定性，进一步促进磷酸盐的沉积。结合FTIR以及XPS分析，NaH2PO4+M磷化铁粉和NaH2PO4+MN磷化铁粉的磷化层主要由FePO4以及Fe2(MoO4)3组成的复合膜层，而NaH2PO4+N磷化铁粉的包覆层主要由FePO4组成的不均匀的磷化层。

2.2 铁粉芯结构与软磁性能

图7所示为NaH2PO4+MN磷化铁粉所制备的铁粉芯截面的SEM及EDS图。如图7所示，铁粉颗粒之间紧密联系，颗粒与颗粒的界面处出现了P、O、Mo元素的富集，表明NaH2PO4+MN磷化铁粉表面包覆了均匀的磷化层。

表1所列为用原始铁粉和磷化铁粉制备的铁粉芯电阻率。由表1可知，用NaH2PO4、NaH2PO4+N磷化铁粉制备的铁粉芯电阻率分别为3 μΩ·m和7 μΩ·m，仅为还原铁粉制备的铁粉芯电阻率(0.7 μΩ·m)的4.3和10倍，表明NaH2PO4、NaH2PO4+N磷化铁粉的磷化层的绝缘效果较差。用NaH2PO4+M和NaH2PO4+ MN磷化铁粉制备的铁粉芯电阻率分别为61和194.2 μΩ·m，为还原铁粉制备的铁粉芯电阻率的87和277.5倍，表明在NaH2PO4磷化液中添加一定量Na2MoO4或者Na2MoO4+Na2NO2可以使铁粉表面生成具有良好绝缘性能的磷化层。

图7 NaH2PO4+MN(HT)铁粉芯截面的SEM及EDS图

图8所示为铁粉芯的磁导率和磁损耗。由图8(a)可见，用还原铁粉、NaH2PO4磷化铁粉和NaH2PO4+N磷化铁粉所制备的3种铁粉芯的磁导率均随频率下降而大幅降低。这是因为在交流磁场条件下，由于还原铁粉颗粒直接接触，产生强烈的涡流，进而产生强烈的感应磁场，削弱了材料的磁化行为，同时随频率增加，涡流感应磁场减弱外部励磁场的效果越强，因而磁导率大幅下降。NaH2PO4磷化铁粉、NaH2PO4+N磷化铁粉表面虽然包覆了一定的磷酸盐，但是包覆并不完整，因而无法有效降低颗粒间产生的涡流值，而涡流感应磁场随频率增加而增加，导致磁导率不具有频率稳定性。NaH2PO4+M和NaH2PO4+MN磷化铁粉所制备的铁粉芯的频率稳定性非常好，表明NaH2PO4+M和NaH2PO4+MN磷化铁粉表面所包覆的磷酸盐层能够隔离大部分铁粉颗粒的直接接触，有效降低颗粒间产生的涡流值。同时从图8(a)可知，在m=50 mT、=100 kHz条件下，NaH2PO4+MN磷化铁粉所制备的铁粉芯的有效磁导率为92.5，略低于NaH2PO4+M磷化铁粉所制备的磁粉芯的磁导率(94.5)，这与其磷酸盐包覆层有关，磷酸盐含量越多，则膜层越厚，因而磁导率有所降低。这与上述分析结果一致。

表1 用原始铁粉和还原铁粉制备的铁粉芯电阻率

图8 铁粉芯的最大磁导率μmax (a)和磁损耗(b)

由图8(b)可见，随频率增加，磁粉芯的磁损耗逐渐增大。总损耗主要由磁滞损耗、涡流损耗以及剩余损耗组成。由于剩余损耗较小，在较低频率条件下可以忽略不计，总损耗可由以下公式表示[25]：

shehe2(6)

式中：s为总损耗，h为磁滞损耗，e为涡流损耗，h为磁滞损耗因子，e为涡流损耗因子，为频率。由上式可知，磁损耗随频率增大而增大。由图8(b)可见，用NaH2PO4、NaH2PO4+M、NaH2PO4+N、NaH2PO4+ MN磷化铁粉制备铁粉芯的软磁损耗相对于还原铁粉所制备的铁粉芯大幅降低。这是因为NaH2PO4、NaH2PO4+M、NaH2PO4+N、NaH2PO4+MN磷化铁粉表面生成的磷酸盐有效地降低了颗粒间的涡流所产生的损耗。但由于NaH2PO4、NaH2PO4+N磷化铁粉包覆不完整，铁粉芯的电阻率并没有极大增加，不能有效降低颗粒间的涡流所产生的损耗，所以软磁总损耗较大，而NaH2PO4+M、NaH2PO4+MN的磷酸盐层包覆完整，铁粉芯的电阻率相对于还原铁粉所制备的铁粉芯增加较大，有效降低了颗粒间的涡流所产生的损耗。在m=50 mT，=100 kHz条件下，NaH2PO4+MN磷化铁粉所制备的铁粉芯的软磁损耗为142.0 W/kg，NaH2PO4+M磷化铁粉所制备的铁粉芯的软磁损耗为169.7 W/kg，NaH2PO4+MN铁粉芯的软磁损耗较低可能是因为其磷酸盐层略厚的缘故。

3 结论

1) 还原铁粉在NaH2PO4磷化液中反应速度过快，无法生成均匀完整的磷酸盐包覆层。NaH2PO4磷化铁粉包覆层主要由Fe3(PO4)2、FePO4组成。

2) 在NaH2PO4磷化液中添加Na2MoO4或者Na2MoO4+NaNO2，可以使得磷化铁粉表面生成均匀的包覆层，其包覆层主要由FePO4和Fe2(MoO4)3组成，使所制备的铁粉芯磁导率频率稳定性显著提高，软磁损耗显著下降，而在NaH2PO4磷化液添加NaNO2，虽然促进了铁粉表面磷酸盐的沉积，但是包覆不均匀，不完整。

3) 相对于在NaH2PO4磷化液添加Na2MoO4或者NaNO2，添加Na2MoO4+NaNO2复合氧化促进剂对磷化反应的改善效果最好，所制备的铁粉芯的电阻率为194.2 μΩ·m。NaH2PO4+MN软磁粉芯的磁导率为92.5，软磁损耗为142.0 W/kg。

[1] TAGHVAEI A H, EBRAHIMI A, GHEISARI K, et al. Analysis of the magnetic losses in iron-based soft magnetic composites with MgO insulation produced by sol-gel method[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2010, 322(23): 3748−3754.

[2] HSIANG HI, FAN LF, HUNG JJ. Phosphoric acid addition effect on the microstructure and magnetic properties of iron-based soft magnetic composites[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2018, 447:1−8.

[3] YI Y, PENG Y, XIA C, et al. Influence of heat treatment on microstructures and magnetic properties of Fe-based soft magnetic composites prepared by co-precipitation method[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2019, 476:100−105.

[4] LI K, CHENG D, YU H, et al. Process optimization and magnetic properties of soft magnetic composite cores based on phosphated and mixed resin coated Fe powders[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2020, 501:166455.

[5] ZHENG J, ZHENG H, LE J, et al. Magnetic properties and microstructure of iron-based soft magnetic composites with Al2O3insulating coating by one-pot synthesis method[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2020, 499:166255.

[6] WU S, SUN A, ZHAI F, et al. Annealing effects on magnetic properties of silicone coated iron-based soft magnetic composites[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2012, 324(5): 818−822.

[7] LI L, GAO Z, LI A, et al. Fabrication of carbonyl iron powder/SiO2-reduced iron powder/SiO2soft magnetic composites with a high resistivity and low core loss[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2018, 464:161−167.

[8] GAO Z, LI L, GE Y, et al. Enhanced AC magnetic properties of Fe-based soft magnetic composites coated with an electrically insulated SiO2-ZrO2layer[J]. Journal of Materials Science-Materials in Electronics, 2021, 32(11): 14944−14955.

[9] ZHOU M M, HAN Y, GUAN W W, et al. Magnetic properties and loss mechanism of Fe-6.5wt%Si powder core insulated with magnetic Mn-Zn ferrite nanoparticles[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2019, 482:148−154.

[10] 李腊, 蔡一湘, 刘辛, 等. 磷酸浓度对Fe-6.5%Si磁粉芯组织及磁特性的影响[J]. 粉末冶金材料科学与工程, 2016, 21(6): 899−906.

LI La, CAI Yixiang, LIU Xin, et al. Effect of phosphoric acid concentration on microstructure and magnetic properties of Fe-6.5%Si magnetic powder core[J]. Journal of Materials Science and Engineering for Powder Metallurgy, 2016, 21(6): 899−906.

[11] 李发长, 冯晓鹏, 李一, 等.热处理工艺对铁基软磁复合材料电磁性能的影响[J]. 粉末冶金材料科学与工程, 2015, 20(2): 319−324.

LI Fachang, FENG Xiaopeng, LI Yi, et al. Effect of heat treatment process on electromagnetic properties of iron-based soft magnetic composites[J]. Journal of Materials Science and Engineering of Powder Metallurgy, 2015, 20(2): 319−324.

[12] CHEN Z, LIU X, KAN X, et al. Phosphate coatings evolution study and effects of ultrasonic on soft magnetic properties of FeSiAl by aqueous phosphoric acid solution passivation[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2019, 783:434−440.

[13] 刘菲菲, BAKER AP, 翁履谦, 等. 铁粉基软磁复合材料绝缘包覆层的研究[J]. 材料开发与应用, 2007, 22(5): 11−15.

LIU Feifei, BAKER AP, WENG Lüqian, et al. Study on insulating coating of iron powder based soft magnetic composites[J]. Development and Application of Materials, 2007, 22(5): 11−15.

[14] HUANG M, WU C, JIANG Y, et al. Evolution of phosphate coatings during high-temperature annealing and its influence on the Fe and FeSiAl soft magnetic composites[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2015, 644:124−130.

[15] 鲁维国, 李淑英. 磷化促进剂[J]. 表面技术, 2002, 31(6): 12−14, 23.

LU Wei Guo, LI Shuying. Phosphatizing accelerator[J]. Surface Technology, 2002(6): 12−14, 23.

[16] 唐思哲, 胡家秀, 赵健,等. 新型无机复配缓蚀剂对钠基膨润土中Q235钢的缓蚀作用[J]. 化工进展, 2018, 37(12): 4806−4813.

TANG Sizhe,HU Jiaxiu,ZHAO Jian,et al. Corrosion inhibition effect of new inorganic compound corrosion inhibitor on Q235 steel in sodium bentonite[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2018, 37(12): 4806−4813.

[17] 王瑛, 柴明成, 王宇友. 钼酸盐与其他缓蚀剂协同缓蚀效应的研究[J]. 上海化工, 2003, 7: 23−25.

WANG Ying,CAI Mingcheng,WANG Yuyou. Study on synergistic inhibition effect of molybdate and other corrosion inhibitors[J]. Shanghai Chemical Industry, 2003, 7: 23−25.

[18] 李红兵, 李爱农, 林志峰, 等. 钼酸盐复配体系对碳钢缓蚀作用研究[J]. 电镀与精饰, 2018, 40(5): 41−46.

LI Hongbing, LI Ainong, LIN Zhifeng,et al. Study on corrosion inhibition of carbon steel by molybdate complex system[J]. Plating & Finishing, 2018, 40(5): 41−46.

[19] 唐春华. 金属表面磷化技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2009: 1−29.

TANG Chunhua.Phosphating Technology for Metal Surface[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2009:1−29.

[20] LI G Y, LIAN J S, NIU L Y, et al. Effect of zinc-phosphate-molybdate conversion precoating on performance of cathode epoxy electrocoat on AZ91D alloy[J]. Surface Engineering, 2007, 23(1): 56−61.

[21] 胡秀英, 傅建, 马迪. 促进剂对钢铁常温磷化的影响及机理 [J]. 电镀与精饰, 2017, 39(9): 5−9.

HU Xiuying, FU Jian, MA Di. Effect and mechanism of accelerator on phosphating of iron and steel at room temperature[J].Plating and Finishing, 2017, 39(9): 5−9.

[22] STRECKOVA M, FUEZER J, MEDVECKY L, et al. Characterization of composite materials based on Fe powder (core) and phenol-formaldehyde resin (shell) modified with nanometer-sized SiO2[J]. Bulletin of Materials Science, 2014, 37(2): 167−177.

[23] ZHAO N, HE C, LIU J, et al. Dependence of catalytic properties of Al/Fe2O3thermites on morphology of Fe2O3particles in combustion reactions [J]. Journal of Solid State Chemistry, 2014, 219:67−73.

[24] 张圣麟, 陈华辉, 李红玲,等.常温磷化处理技术的研究现状及展望[J]. 材料保护, 2006, 39(7): 42−47.

ZHANG Shenglin, CHEN Huahui, LI Hongling, et al. Research status and prospect of phosphating technology at room temperature[J]. Journal of Materials Protection, 2006, 39(7): 42−47.

[25] ZHAO G, WU C, YAN M. Evolution of the insulation matrix and influences on the magnetic performance of Fe soft magnetic composites during annealing[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2016, 685: 231−236.

Effects of oxidation accelerator on phosphating of iron powders and soft magnetic properties of iron powder cores

LIU Xiangyang1, FU Jiaqian1, YU Yongliang2, LI Songlin1

(1. State Key Laboratory of Powder Metallurgy, Central South University, Changsha 410083, China; 2. Shandong Luyin New Material Technology Co., Ltd., Laiwu 271105, China)

The effects of oxidation accelerator Na2MoO4, NaNO2and their compound addition on the phosphating reaction of iron powder in NaH2PO4phosphating solution were investigated using reduced iron powder as matrix powder. The structure and properties of iron powder before and after phosphating and iron powder cores were characterized by scanning electron microscopy, X-ray diffractometer, Fourier transform infrared spectrometer, vibration sample magnetometer and soft magnetic AC measuring instrument. The results show that iron powder in 5% mass fraction of NaH2PO4phosphating solution cannot form a complete and uniform coating with the rapid reaction speed. The soft magnetic loss of iron powder cores decreases, but the frequency stability of magnetic permeability is bad. The surfacephosphating layer structure of iron powder phosphated by NaH2PO4is mainly composed of Fe3(PO4)2and FePO4. The addition of NaNO2in NaH2PO4phosphating solution promotes phosphate generation, but the coating isn’t uniform, and the coating layer is mainly composed of FePO4. Adding Na2MoO4or Na2MoO4+NaNO2composite oxidation accelerator to NaH2PO4phosphating solution can generate uniform coating layer on the surface of iron powders and greatly reduce the eddy current loss of iron powder cores. The coating layer is mainly composed of FePO4and Fe2(MoO4)3. The compound addition of Na2MoO4+NaNO2compound addition has the best improvement effect on phosphating reaction. After heat treatment at 400 ℃, the resistivity of iron powder cores is 194.2 μΩ∙m, under the condition ofm=50 mT,=100 kHz, the magnetic permeability of iron cores is 92.5, and the soft magnetic loss is 142.0 W/kg.

phosphate coating; sodium dihydrogen phosphate; oxidation accelerator; iron powder cores; soft magneticproperties

10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022002

TB321

A

1673-0224(2022)03-327-09

2022−01−05；

2022−04−01

李松林，教授，博士。电话：13187096258；E-mail: lisl@csu.edu.cn

(编辑 林良武)