鐵基磁屏蔽梯度復合結構材料制備與屏蔽性能研究.pdf

1、現代儀器和設備所處的電磁環(huán)境日趨復雜，對屏蔽材料提出了更加苛刻的要求。本文以提高磁屏蔽效能和優(yōu)化多層磁屏蔽結構為目的，基于磁路理論，設計制備了鐵基梯度復合結構材料，實現磁場和電磁場的綜合屏蔽。同時，研究了層狀組織演變對屏蔽性能的影響和屏蔽機理，優(yōu)化制備工藝和屏蔽性能。
　　以磁路和磁阻理論模型為基礎，推導出了單層和多層屏蔽體的磁屏蔽系數計算公式，據此設計了Fe-Ni和Fe-Al兩種不同的梯度復合結構材料，并對二者的磁屏蔽系數進行表

2、征，確定最佳的梯度結構。利用電鍍和擴散熱處理的方法制備了Fe-Ni梯度復合結構材料，具有Fe-Ni/Fe/Fe-Ni的“導磁/導磁/導磁”結構，Fe-Ni合金層中Ni元素含量由表及里逐漸減少，呈梯度分布；采用真空熱壓法制備了Fe-Al梯度復合結構材料，具有Fe/Fe-Al/Fe的“導磁/不導磁/導磁”結構，鋁元素由中間向兩側基體擴散，其含量逐漸降低。
　　研究了不同熱擴散工藝下，Fe-Ni和Fe-Al梯度復合結構材料的微觀組織演變

3、過程?；谝痪S平板模型和薄膜擴散，對Fe-Ni互擴散后Ni元素的濃度分布方程進行理論推導，根據不同擴散溫度和時間下Ni元素線掃描數據，擬合分析后得到了900℃、1000℃和1100℃的擴散系數。同時，可對Fe-Ni梯度復合結構材料中Ni元素分布進行預測，用于擴散工藝和屏蔽性能的優(yōu)化。對不同擴散時間下，Fe-Al梯度復合結構材料的物相進行表征；取一半作為研究對象，通過Fe-Al反應擴散計算，確定了Fe-Al反應層的相演變過程為：Fe2Al

4、5/Fe、Fe2Al5/FeAl2/Fe、Fe2Al5/FeAl2/-Fe(Al)/Fe、Fe2Al5/FeAl2/FeAl/-Fe(Al)/Fe、FeAl2/FeAl/、-Fe(Al)/FeFeAl/-Fe(Al)/Fe。
　　對不同擴散工藝下的Fe-Ni梯度復合結構材料的屏蔽性能進行研究。研究表明，表層Ni含量在79％附近時，筒狀的Fe-Ni梯度復合結構材料的磁屏蔽系數達到最大值，1000℃-6h和1100℃-3h時的峰值分別

5、為27.3和28.9，相對于純鐵基體分別提高了7.7倍和8.2倍。建立了Fe-Ni梯度復合結構材料的擴散工藝、元素分布和磁屏蔽系數之間的定量關系，屏蔽系數計算結果與實驗值相符。隨著擴散溫度升高，表層Ni含量越快降至79%，即磁屏蔽系數達到峰值的時間變短。Fe-Ni合金層中各成分梯度層與基體并聯(lián)分流磁場，表層Ni含量在79%時的Fe-Ni合金層磁導率最大，分流衰減磁場能力最強，磁屏蔽性能最優(yōu)，各層之間并無耦合作用。電鍍鎳后形成Ni/Fe/

6、Ni結構的電磁屏蔽性能相對于基體提高了約20dB，其經過擴散熱處理后，形成Fe-Ni梯度復合結構材料的電磁屏蔽性能再次提高，在30kHz~1.5GHz頻率范圍內約為70~80dB。不同擴散溫度和時間下的電磁屏蔽性能之間并未表現出明顯的變化規(guī)律。與基體相比，Fe-Ni梯度復合結構材料電磁屏蔽性能的提高主要依靠額外增加的Fe-Ni合金層的吸收損耗A和其內部梯度多層結構的多重反射損耗B。
　　研究了不同擴散時間下，Fe-Al梯度復合結構

7、材料的屏蔽性能。與純鐵基體相比，平板狀的Fe-Al梯度復合結構材料的磁屏蔽系數提高了1.6倍。隨著擴散時間的延長(1h-6h)，Fe-Al梯度復合結構材料的磁場屏蔽系數并無明顯的變化，當擴散達到10h時，磁屏蔽效果有所增加。Fe-Al梯度復合結構材料是由兩層軟磁層和中間的Fe-Al不導磁層組成，內外導磁層對磁場進行兩級分流衰減，且二者之間還存在耦合作用，從而獲得較高的磁屏蔽效果。形成的Fe-Al軟磁合金層，具有較高的磁導率，也有利于磁屏

8、蔽性能的提高。Fe-Al梯度復合結構材料的電磁屏蔽效能高于純鐵基體，且隨著擴散時間的增加，電磁屏蔽性能逐漸升高，達到到10h時，在30kHz~1.5GHz頻率范圍內的電磁屏蔽效能可達80dB左右。Fe-Al梯度復合結構材料電磁屏蔽性能的提高，主要是由于Fe-Al反應層具有梯度多層結構，電磁波在材料中內部產生了額外的多重反射損耗B。
　　在Fe/Al/Fe擴散偶表面電鍍鎳，經高溫熱壓擴散后形成了Ni-Fe-Al梯度復合結構材料，具有