棒材等离子喷涂制备FeMnCrB低居里点铁磁材料的研究

摘要

输电线路覆冰严重危害着电力系统的安全运行，自动除冰和预防覆冰是电力部门亟待解决的问题。在自动除冰和预防覆冰中，当导线的居里温度（Tc）为1-5℃时，环境温度在Tc以下，材料呈铁磁性，由于铁磁材料的磁滞损耗产生热量，会预防覆冰或进行融冰；温度在Tc以上，材料呈顺磁性，不产生热量，避免能量损耗。在这一理论的指导下，在导线表面制备居里温度满足要求的材料成为输电线路防覆冰的关键。针对这一实际，从母合金的成分选择出发，釆用棒材等离子喷涂法制备出Fe63-xMnxCr17B20（x=0，1，3，5，8，10）铁磁合金。米用X-射线衍射仪（XRD）、振动样品磁强计（VSM）、透射电子显微镜（TEM）等分析测试方法分别对母合金和喷涂后材料的物相组成、居里温度、磁滞回线、非晶化程度等进行了研究，为输电线表面制备居里温度在1-5℃的涂层提供基础。
　　本研究主要内容包括：⑴经棒材等离子喷涂后得到的Fe63Cr17B20非晶合金的居里温度为283.2K（10.2℃），在273K时的饱和磁化强度为26.93emu/g，矫顽力为196Oe。对于Fe63-xMnxCr17B20合金，随着Mn含量从1％增大至10%，母合金在273K时的饱和磁化强度从97.05emu/g减小至24.24emu/g，但Fe63-xMnxCr17B20合金的居里温度均高于350K，不满足防覆冰要求。⑵Fe63-xMnxCr17B20合金3mm棒材喷涂后的片状材料的磁化强度与母合金不同：当Mn含量为1%、3%及5%时，喷涂后薄片材料在273K时的饱和磁化强度小于母合金；当Mn含量为8%及10%时，喷涂后薄片材料在273K时的饱和磁化强度大于母合金。随着Mn含量的增大，Fe63-xMnxCr17B20合金3mm棒材喷涂后片状材料在273K时的饱和磁化强度呈现先减小后增大的趋势，并在Mn含量为3%时最小，为19.65emu/g。各成分3mm棒材在喷涂后薄片材料的居里温度均高于350K，并不满足研究要求。⑶任一成分的Fe63-xMnxCr17B20合金2mm棒材在等离子喷涂后，除Mn含量为10%的材料外，其余四种成分喷涂后磁化强度相比母合金均明显减小；而Mn含量为8%的材料在喷涂后所得材料在273K时的饱和磁化强度最小，为28.53emu/g。⑷母材为Fe58Mn5Cr17B20，喷涂时棒材尺寸2mm，在氩气压强为0.85MPa，氢气压强为0.32MPa，电流为500A，电压为50V的喷涂工艺参数下，等离子喷涂可以得到居里温度为276.2K，饱和磁化强度为49.28emu/g，矫顽力为196Oe的材料。相比Fe63Cr17B20非晶合金，其居里温度更低，饱和磁化强度更大，能够满足输电线路防覆冰要求。

目录

1 绪论

1.1 输电导线的覆冰及防护

1.2 低居里点磁性材料

1.3 等离子喷涂概述

1.4 研究目的意义及内容

2 试验及测试方法

2.1 主要试验设备

2.2 试样的制备

2.3 等离子喷涂工艺

2.4 样品的表征

3 母合金制备及性能检测

3.1 母合金成分的选择

3.2 不同Mn含量母合金的性能检测

3.3 本章小结

4 FeMnCrB等离子喷涂后的性能分析

4.1 喷涂后材料的宏观形貌

4.2 喷涂后材料的XRD分析

4.3 喷涂后材料的磁性能分析

4.4 本章小结

5 等离子喷涂雾化程度对喷涂材料性能的影响

5.1 2mm棒材喷涂后材料的宏观形貌

5.2 2mm棒材喷涂后材料的XRD分析

5.3 2mm棒材喷涂后材料的磁性能检测

5.4 Fe58Mn5Cr17B20合金喷涂后材料的TEM分析

5.5 本章小结

6 结论

致谢

参考文献