1引言
众所周知，坡莫合金的性能主要由其成份起决定作用。但工艺因素对坡莫合金的性能有着十分重大的影响。同样，工艺因素对钼坡莫磁粉心的性能也有着重大的影响。随着科学技术的不断进步，对各种电子元器件提出了更高的性能要求。因此，对磁粉心也提出了更高的性能要求。例如高灵敏度的器件要求磁粉心具有尽可能高的磁导率；高频器件要求磁粉心具有稳定的频率特性和尽可能低的损耗；限流器件要求磁粉心在尽可能宽磁化场下具有恒定的磁导率；大功率的器件则要求磁粉心具有高的饱和磁感应强度，高的磁导率和低的损耗，如此等等。诚然，在当今世界众多冶金学家的努力下，发明了许多性能优异的新合金，然而在生产过程中，往往由于各种工艺因素的控制不当，使这些新合金的优异性能不能充分地显示出来，以致不能满足使用的要求。显然，在生产中严格、正确地控制好生产工艺是非常重要的。同样，就磁粉心而言，除了要努力研制性能优异的新型磁粉心外，我们通过正确、合理地控制好各项工艺因素，就能生产出满足各种使用要求、具有良好性能的磁粉心来。而我们要控制好磁粉心生产过程中的各项工艺因素，就必须弄清下面五个问题：1、在磁粉心的整个生产过程中，有哪些影响磁粉心性能的工艺因素。2、那些工艺因素会对磁粉心的哪些性能产生影响。3、各种工艺因素会对磁粉心的性能产生什么影响。4、各种工艺因素对磁粉心性能影响的机制是什么。5、在磁粉心生产过程中应注意控制好的有哪能些主要的工艺因素。下面我们就以上问题来进行分析与讨论。
2磁粉心生产过程中的各种工艺因素
磁粉心生产的一般工艺流程如下：
合金冶炼→制粉→粉分级→粉处理→配料→绝缘包覆→磁心压制→磁心烧结与处理→性能检测→浸溶→干燥→涂覆→验收→包装入库。
合金的熔炼不是磁粉心生产的特殊工序，在此我们不作讨论。就磁粉心的生产过程而言，以上工艺流程中的制粉、粉处理、配料、绝缘包覆、压制、烧结处理等工序是最主要的生产工序。以下我们仅就这几项主要生产工序来进行分析讨论。
首先，我们必须说明的是：这里所指的磁粉心是以金属磁性材料粉末制成的磁心。金属软磁粉心目前主要有以下四大系列——铁粉心、铁硅铝磁粉心、高通量磁粉心和钼坡莫磁粉心。所以我们首先碰到的问题就是如何来制取金属磁性材料的合金粉末。在磁粉心的生产中，通常是用下面两种方法来制粉的：一种是通过雾化法来制取球状或类球状的粉末。这里需要控制的主要工艺因素有合金的液流速度、雾化介质及雾化介质的压力、冷却介质等。另一种方法是用哈密塔磨粉机制粉。这种方法得到的是鳞片状的粉。它是在惰气保护下进行，并通过惰气流将磨细的粉末带入收集桶里。惰气流的大小就是其要控制的工艺因素了。
制得所需的粉经分级后进行处理，粉处理的目的是为了使合金粉进一步得到净化，使合金的结晶状况尽可能完好或是使制粉过程中被破坏了的晶粒得到一定程度的恢复。此外，还可使在制粉过程中产生的应力得到消除。为此，净化气体的纯度、流量、处理温度及时间等都是我们在粉处理时要控制的因素。
配料与绝缘在磁粉心的制备过程中是很关键的工序。根据磁粉心的性能要求，首先确定配料工艺。如合金粉料的组成与配比、合金粉的粒度分布与组成及各组成的配比等都应正确的选择与控制。绝缘是将金属磁粉末粒子的表面均匀地包覆一层绝缘膜。其中绝缘剂的加入顺序、加入时间、加入方式及操作方法等都是要认真控制的。
经过绝缘包覆好的磁性粉末进行磁心的成型压制，压制好的磁心必须具有一定的尺寸规格、密度和强度。压制时所用的单只粉重、压力、保压时间等是要控制的主要工艺参数。
烧结处理在磁粉心的生产中是最关键的工序，也是工艺因素影响最敏感的工序。它可以是在空气中进行，也可以在氢或惰气保护下进行。此时，升温速度、烧结处理温度、恒温时间、降温、冷却方式等工艺参数，都是要求严格注意控制的。如果在保护气氛下进行，则还应注意气体的纯度、流量及为保证坯料与气流充分接触而采取的气体输入和导出方式。
3工艺因素对磁粉心性能的影响
我们知道，从某种意义上来讲、磁粉心的生产工艺优于金属磁心的生产工艺。这不仅是因它成品率高、工艺简捷。更主要是因为磁粉心具有一些优良而独特的特性，如性能稳定，不像金属磁心那样太“娇气”，高频稳定性好、损耗低、易于控制所需要的磁性能等等。这些优良的特点，都是由其特殊的生产工艺所保证的。由前所述，磁粉心的生产工艺是比较复杂的，各种工艺因素也很多，这些工艺因素都直接或间接地影响着磁心的性能，有的甚至对磁粉心的性能起着决定性的影响。因此，弄清各种工艺因素对磁粉心性能的影响，这些工艺因素是怎样影响磁粉心性能的，这就是我们将在下面所要讨论的主要问题。当然，在磁粉心的制备生产工艺中，影响磁粉心性能的工艺因素是很多的，我们不能一一都作讨论，这里仅就磁粉心生产的主要工序中，对磁粉心性能有较大影响的一些主要工艺参数来进行讨论。
首先，我们来看制粉工艺。采用雾化法制粉时，通常是根据磁粉心的性能，对粉的粒度、形貌和杂质含量提出一定的要求。雾化法制粉所用的雾化介质和冷却介质可以是液体，也可以是气体。以液体作介质时通常采用的是水。用气体作介质时，根据要求可以是空气、氮气或氢气。所以雾化法制粉可采取水喷水冷、水喷气冷、气喷水冷、气喷气冷等多种工艺。但是不管采用什么工艺，雾化介质及其压力、速度等对粉的形貌、粒度和纯度都有着直接的影响。 采用液体作雾化介质时，由于有一定的粘度并和液态合金有较小的表面张力，雾化的粉球形度要差些。而用气体作雾化介质时则易于获得球形度较高的、极细的粉。用水作雾化或冷却介质时，粉的含氧量往往较高。采用氮气或氩气等惰性气体作雾化或冷却介质时，可以获得纯度比较高的合金粉。雾化介质的速度和压力对粉的粒度有明显的影响。当熔融的高温合金从漏嘴流出时，在高速的雾化介质的冲击作用下被粉碎，粉碎了的液滴在雾化介质中高速的运动，并在此过程中，由于雾化介质的动能作用使液滴进一步被粉碎、细化。这里动能(Ev)与雾化介质的速度(V)、密度(ρ)等有关。在一般情况下存在下列关系式：

此式表明：动能与雾化介质速度的二次方成正比。也就是说雾化介质速度愈快则动能愈大，雾化的粉末就愈细。当喷嘴的结构和尺寸一定时，雾化介质的压力愈大时就意味着雾化介质的速度愈大了。所以，同样的道理，压力愈大粉末粒度就愈细。表1为某合金在不同压力下雾化时的粒度变化情况：
由表1可以看出，通过选择适当的雾化介质的压力，可以获得所需粒度组成的粉末。
熔融金属液体从漏嘴流出的速度也直接影响着粉末的粒度。在雾化介质的压力和漏嘴直径一定的情况下，熔融金属液体的流出速度愈快，得到的粉末颗粒愈粗。金属液流的速度主要取决于漏包内金属液面的高度h、重力加速度。假定作用于金属液面的压力为Pl，漏嘴出口处的压力为P2、熔融金属液的密度为ρ，则金属液流出的速度可表示为：

式中：g为重力加速度
            c为由雾化设备和金属流出状态所决定的系数。
此式表明：金属液面愈高、其流出速度愈快、喷出的粉就粗。所以在喷粉过程中，如果我们想得到粒度比较一致的粉末，就要调节雾化介质的压力，使液流速度始终保持不变，当金属液面较高时，雾化介质采用较大的压力。随着雾化的进行，金属液面在慢慢地降低，雾化介质的压力也应逐渐适当地减小。
以上我们讨论了雾化法制粉时一些主要工艺因素的影响。下面我们再简单讨论一下用哈密塔磨粉机制粉时工艺因素的影响。哈密塔磨粉机的工作原理是：加入磨粉机里的适当大小的合金颗粒(通常我们把它称之为“豆”)，在高速旋转的打击棒撞击下被粉碎，并获得一定的动能。被粉碎并具有一定动能的颗粒作无规则的高速运动，再次与打击棒、磨粉机壳体相碰撞，或者互相碰撞，被再次粉碎。如此往返地继续下去，就被磨成极细的片状粉末了。当我们向磨粉机里通入一定压力和速度的惰性气流时，细小颗粒的粉末便被带入到收集桶里了。由于在磨粉时会产生大量的热，为避免细小的粉末不被氧化，通入的气流我们一般采用氮气。当气流压力较大时由于具有较大的动能，就能将较大的颗粒带入到收集桶，因此得到的粉就粗些。显然，气流压力的大小是磨粉粗细的主要关键因素。气流压力大小的调节靠风门来控制。
其次，我们再来讨论配料和绝缘时一些工艺因素的影响。配料的时侯，首先根据对磁粉心提出的性能要求确定好粉的成分、形貌、粒度及各种粉的配比。其次是确定绝缘剂及其加入量。这些因素确定后，就可进行配料了。这里我们主要谈谈绝缘量的影响及绝缘剂各组份用量的计算方法。我们已知，绝缘量即是指绝缘剂在磁心组成中所占的重量百分比。显然，绝缘量大也就意味着金属磁性粒子的减少。这将导致磁心的磁导率降低；而增大绝缘量能降低磁心的损耗，这对提高磁心的有效磁导率将做出贡献。绝缘量的确定通常是按照磁心所提出的性能参数，从绝缘量与μe·Q关系曲线图上预先选定。然后再通过实验来进行调整后确定。我们对-120目的Ni81M02合金粉通过大量实验得出的绝缘量同μe和Q值的关系如图1所示。
将图1在各种绝缘量下所得的μe值与Q值相乘，我们就可以得到一个新的曲线，即绝缘量——μe·Q关系曲线。人们通常用μe·Q之积来衡量磁粉心的质量。
由图2可知，在绝缘量为4%和8%时，分别出现两个μe·Q峰值。这表明在高μe值区，4%左右的绝缘量时磁心综合性能较好。在高Q值区段，绝缘量8%左右磁粉心的综合性能较好。
在常规的绝缘工艺中，一般采用强氧化性物质作氧化剂，加入主绝缘剂的同时加入粘结剂，并加入少量的润滑剂。绝缘剂各组成的配比为：氧化剂:粘结剂:主绝缘剂:润滑剂=20:30:40:10(重量百分比)。绝缘量和绝缘剂确定后，我们就可进行配料计算了。
绝缘剂总量计算：
设绝缘剂总量为Wr、合金粉总量为Wm、绝缘量为Ek，则：

例如：当绝缘量为4%时，绝缘1公斤合金粉所需绝缘剂的量为：

绝缘剂各组成份用量的计算：
各组份的用量为其在绝缘剂中所占百分数与绝缘剂总量之积即是。当先用硅酸钠作粘结剂时，由于硅酸钢含有9个分子的结晶水，实际的硅酸钠仅占其重量的43%，所以其加入量要增加，具体计算为：

计算好各种粉及绝缘剂各组份的用量后，就可以绝缘了。在绝缘过程中，操作工艺直接影响绝缘的好坏，而绝缘的好坏又将直接影响磁粉心的性能，特别是对Q值的影响更为明显。绝缘工艺的第一步骤就是加入氧化剂将粉末颗粒表面进行氧化。氧化主要有两个作用。一是使金属颗粒表面生成一层极薄的氧化膜。这种氧化膜将起绝缘作用。其次是将光滑的粉末颗粒表面氧化成粗糙的表面，以利于主绝缘剂能牢固地粘附在金属颗粒的表面。为了获得比较好的氧化效果，先要将合金粉末预热至一定的温度，以促进氧化反应的进行。氧化剂要选容入足一的沸水中，然后在不断地搅拌下缓慢地加入预热好的金属粉末中。这里应当特别注意的是：1、加入的水要足量。否则氧化剂就不能充分均匀地和粉粒表面相接触。2、氧化剂溶液要缓慢加入，否则加入太急时，细小的金属粉粒由于预热及剧烈的反应会四处喷溅，接触也不均匀。3、要不断均匀地进行搅拌，直到加入氧化剂溶液和粉粒充分反应完毕，粉末完全干燥时为止。
绝缘剂的加入显然也会直接影响包覆的效果。它也是在不断搅拌下缓和慢加入的。为了使绝缘包覆得尽可能好些，可以分多次将绝缘剂加入。加入时，同样也要尽量均匀地加入，防止粉末喷溅。
最后加入润滑剂。润滑剂加入可用湿法加入，也可以用干法加入。湿法加入润滑剂不能过早的加入，否则绝缘膜还未包覆好就混入了润滑剂。这样绝缘膜就不能牢固地粘附在颗粒表面了，但是也不能加入太迟了，否则润滑剂就不能均匀分布其中。
总之，整个绝缘过程中的每一个步骤，都必须严格、仔细、认真地进行操作。否则，对于磁粉心的磁导率、Q值、一致性、稳定性都将导致不利的影响。
压制成型是将绝缘好的磁粉压制成各种规格的磁心。当磁心的规格一定时，压力愈大磁心就压得愈密实。比重就愈大，反之压出来的磁心就比较疏松了。这也就意味着磁性粒子所占的比例相对的小了，磁导率就要降低。所以为了保证所压的磁心具有最大的密度值，压制时的压力必须要足够大。当压力达到某一数值，密度值达到极限值时就不能增加了。此时再增加压力对于改善磁性能就没有意义了。在实际生产中，一般采用的压力为(9.8-25.5)×108Pa。对于小而薄的磁心取下限、大而厚的磁心则取上限。
在压制过程中，密度的变化是从受压面开始逐步扩大的，密度也是由大到小逐步变化，所以压力必须持续一定的时间，才能使这种变化达到一定的极限值。因此压制时一定要有足够的保压时间，否则也会直接影响到磁心的性能。
压制成型的磁粉心通过烧结处理后，提高了强度。然而磁粉心烧结处理的最主要目的，并不是单纯为了提高强度，而是通过处理使其具有一定的磁性能。表2所列数据是磁粉心处理前后性能的比较。
结果表明，处理对磁粉心性能的影响非常明显的。所以，烧结处理我们又把它称为性能处理。其具体工艺也是根据对成品性能的要求来制定的。为了制定合理的处理工艺，我们必须弄清在烧结处理过程中，一些主要工艺因素对磁粉心性能的影响。
3.1处理温度的影响
我们从多年的生产实践中，得到了如图3所示的μe和Q值与处理温度的关系曲线图。
图3曲线说明：(1)随着处理温度的提高，μe和Q逐渐增加。(2)当处理温度增加到某一数值后μe与Q值分别出现峰值并在一定的温度区保持不变即μe值与Q值分别出现了峰值区。(3)μe值的峰值区起始温度低于Q值的峰值区起始温度。其峰值区比Q值峰值区温度范围也要宽些。(4)超过峰值区μe值与Q值均降低，但是μe值的降低较为平缓，而Q值下降要快些，特点是临近绝缘层完全破坏，Q值急剧下降，此时我们称为“烧毁”。根据上述情况，我们一般选取的处理温度是当μe和Q两者都达到高峰值的温度。
3.2恒温时间
在处理温度下的恒温时间对性能会产生明显的影响，实践表明，过短的保温时间会使μe、Q值达不到峰值而偏低，且μe值的一致性差。适当延长恒温时间可提高μe值。过分延长时间又会使Q值下降，恒温时间的选择以μe值与Q值均能满足使用要求为宜。
3.3升温与降温速度的影响
就钼坡莫磁粉心而论，升温速度对μe值影响不大，然而剧烈的温变如高温进炉，会使μe值一致性变坏，有的Q值会降低。一般采用低温（室温）进炉随炉升温。如炉温较高时可逐步由低温推入高温区并焖一段时间再升温。
降温速度对Q值影响不大，然而对μe值的影响却是明显的。快速降温能使μe获得满意结果，一致性也好。所以工艺上通常是采取出炉后迅速水淬。如随炉冷却，虽一致性尚可，但μe值会略降。如出炉后空冷，一致性会变坏。
3.4处理时的气氛影响
磁粉心处理通常采取空气处理或氢保护处理等方式。氢保护处理同空气处理相比较，通常是μe提高了而Q值降低。由于氢保护处理工艺较复杂，一般只要性能可以满足使用的要求时，用空气处理就可以了。
4讨论
4.1磁性粉末的粒度和形状
当压制磁粉心所用的磁性粉末粒度较粗时，由于磁心不管是在磁通方向或是在垂直于磁通的方向上存在的空隙比采用较细的粉末时要小。因此，磁导率要高些。涡流损耗也要大些。所以如果我们希望磁心具有较高的磁导率时，采用较粗的粉末为好，如果我们希望磁心的损耗小就要尽量用较细的粉末。
磁心的磁导率和损耗与粉末的形状也直接有关，鳞片状的粉由于可以排列得很密实，所以制成的磁粉心比等轴状粒子制成的磁粉心密度要大即磁心里磁性粒子所占的比例要大些。磁导率也就要高些。另一方面，由于它的长、宽与厚度相比要大得多，压制成磁心的和质量相同的等轴状粉末的磁心相比，在磁通方面的空隙将大大减少，因此可以获得高的磁导率。同时由于它很薄，在垂直磁通方向上的空隙并不少。其涡流损耗低于或等同轴状磁粉制成磁心的涡流损耗。
4.2关于处理工艺对性能影响的机制
大家知道，为了使坡莫合金获得高的磁导率，必须使其磁晶各异性系数K和磁致伸缩系数λS尽可能趋向于零。就此而论，铁镍磁粉心和钼坡莫磁粉心跟坡莫合金是一致的。众多学者的研究一致认为：控制磁导率的决定因素是短程序度，当短程序达到某一最佳临界值时，与之有关的磁各向异性就很弱，也就能获得高的磁导率。Jacxson和Lee等人通过研究认为：磁致伸缩系数极可能是一个严格地取决于短有序性相互作用的参量。同时，我们知道：长程序的存在对K→0和λS→0是不利的。这在理论上是不难作出解释的，因为长程序存在的本身就意味着各向异性的存在。不过Enach和Fudge等人认为：为了保证达到短程有序的最佳临界量，有点长程序的存在是必要的。对于这一点，我们只能作这样的解释：即在工艺上为了保证短程有序达到最佳临界值，长程序的出现也是不可避免的了。因为长程有序——无序和短程有序——无序这两个结构变化过程都不是一个突变过程，而是一个渐变过程，即存在于一定的温区。并且这两个结构变化过程还有一个两者同时存在的温区——“共存温区”。有了这种认识，长程序的存在我们就很容易解释了。对μe值峰值区的出现，我们也可以把它看作是长程有序——无序和短程有序——无序这两个结构变化过程相互作用的结果。同样的道理，对于处理过程中工艺因素对磁粉心性能的各种影响，我们都可以作出相应的解释了，在此我们不作一一叙述。
4.3电流特性的变化
这里所说的电流特性是指磁导率随磁通量变化的稳定性，这对许多场合来说是必要的。为此，人们常常从工艺上采取措施，以改善磁粉心的电流特性。例如据B.P.1146716介绍，磁粉心在800—1000℃经过一定时间的退火，然后将磁心在非氧化气氛下（在H2或H2和N2 的混合气氛下）以高于每分钟15℃至达到每分钟75℃的速度强行冷却，这种退火后的强行快速冷却，可大大提高磁粉心随磁通量变化下磁导率的稳定性。我们通过实验也探索出一些改善电流特性的办法，如改变绝缘工艺，具体来说就是改变绝缘量及绝缘剂各组份的配比，可以改善磁粉心的电流特性。另一种措施就是进行低温稳定化处理，即是将经过一次处理的磁粉心在较低的温度下（400-450℃）经过1-8小时的二次处理，这种方法对改善磁粉心的电流特性的效果是非常显著的。然而对于上述措施为什么能改善磁粉心的电流特性，我们尚未作进一步深入研究。应该指出的是，这个问题是值得我们进一步深入研究和探讨的，这对获得更为理想的效果是有益的。
4.4Q值的变化
实验中有时出现这种异常现象：当试样经过一次退火处理后，μe值变得很高而Q值骤降，频率特性也变坏，如表3中281号试样就最为明显：
这些结果初看起来，好像绝缘破坏，已被“烧毁”了。实际上这些试样并没有烧毁。当我们进行特殊处理（亦称为提Q处理）后，发生了有趣的现象：试样又“复活”了，结果又正常了，如表4所示的结果。并且这种现象可以重复出现。
按理，当磁性粉末的成份一定时，磁心的Q值仅与磁粉及绝缘剂的粒度、绝缘量等有关。处理工艺仅仅是为了使Q值达到正常值而不被烧毁。那么对于这种有趣现象的发生，我们又作何解释呢？这也是值得我们深入探讨的。在此提出供大家讨论。
4.5μe的变化
这也是值得我们讨论的另一有趣现象。当我们把试样在低于峰值温度下进行多次处理时，μe值会逐步下降。同时还伴随着Q值的提高或不变。如表5所列的结果。
经过处理后，按说短程序应有所提高，并且Q 值的增加也应对μe提高有所贡献的，为什么μe反而降低了呢？对此，我们可以这样来解释它：因为经过每次处理后长程序增加了，由于长程序变化给μe值带来的影响超过了短程序和Q值对μe值的影响，故此μe值下降。
5结论
前面我们讨论了在磁粉心的生产制备过程中，影响磁心性能的各种工艺因素，并对某些工艺因素对性能影响的机制进行了探讨。从上述分析讨论可以看出：工艺因素对磁粉心性能的影响是错综复杂的，并且有很多工艺因素对磁粉心性能影响的机制是不太清楚的，还有待进一步的研究和探讨，但是从上述分析讨论我们可以得出如下结论：
a.工艺因素对磁粉心的性能有明显的影响，当几个影响磁粉心性能的因素同时存在时，其影响大小是不一样的，影响大的是主要的影响因素。在磁粉心的研制、生产过程中，必须严格、正确地控制各种工艺因素的影响。特别是要注意控制好一些主要因素的影响。
b.影响磁粉心性能的工艺因素是很多的，并且许多因素又是互相影响、互相作用的。究竟如何正确地控制各项工艺因素，一是看其影响的大小；二是根据对磁粉心的具体性能要求而定。
c.工艺因素对磁粉心性能的影响也是很复杂的。有些因素，对磁粉心性能的影响机制还是不很清楚，还有待我们作进一步的探讨。
d.改变工艺条件，可以寻求各个工艺因素的最佳值，或者说通过控制磁粉心生产过程中的各种工艺条件，可以生产出符合不同使用要求的磁粉心来。这也体现了磁粉心的最大优点——性能可控性好。
e.合理的控制磁粉心生产制备过程中的各种工艺条件，就可以生产出具有最佳性能的磁粉心，这也是磁粉心生产的最关键环节。
以上分析讨论是我们多年生产实践的体会，由于我们的工作做得很肤浅，以上认识也是浅薄而且很不全面的，有的也可能是错误的，在此提出谨供参考、讨论。希望提出批评指正。

参考文献（略）