铁铝梯度合金板及其多层结构设计制备与屏蔽机理

论文摘要

为了适应复杂电磁环境对屏蔽材料的高屏效要求,本文设计了梯度合金板和物理多层结构(合金板/介质层/合金板)屏蔽材料。利用热浸镀铝和表面扩散合金化的方法在纯铁DT4E表面形成铁铝软磁合金层,制备出具有多层结构的铁铝梯度合金板。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、软磁材料直流磁性测量系统、同轴测试装置和磁通门计等多种测试手段对其微观组织、软磁性能、屏蔽性能进行研究,探讨了微观组织与性能的关系,分析梯度合金板和物理多层结构的屏蔽机理。热浸镀铝层包括表面铝层和铁铝合金层。铁铝合金层呈“锯齿状”浸入纯铁基体中,主要成分为柱状晶Fe2Al5。随着热浸铝温度升高,合金层厚度增加。浸铝后的铁板经过扩散热处理,形成两侧为铁铝软磁合金层,中间为纯铁基体的铁铝梯度合金板。合金板外侧铝含量较高,向心部逐渐递减,浓度呈梯度分布。铁铝梯度合金板的矫顽力与基体处于同一水平,约为40A/m;软磁性能较纯铁基体有所降低。铁铝梯度合金板的地磁屏蔽系数约为26,相对于基体纯铁提高了8倍。浸铝温度为700℃得到的梯度合金板屏蔽系数最大。铁铝梯度合金板为两层铁铝软磁合金夹一层纯铁的三层结构,通过各层之间耦合并联分流,实现对地磁场的有效屏蔽。地磁屏蔽性能受到测试试件结构因素的影响,方筒试件尺寸增大,可提高地磁屏蔽效果。电磁屏蔽性能测试表明,700℃浸铝工艺下的铁铝梯度合金板电磁屏蔽效能最高,与退火态的纯铁基体相当;浸铝温度升高,梯度合金板的电磁屏蔽性能下降。梯度合金板中各层的阻抗呈梯度连续分布,会降低材料对电磁波的反射系数,影响电磁屏蔽效能。对物理多层结构的屏蔽性能进行了研究,地磁屏蔽系数相对于铁铝梯度合金板提高了10倍,可达258。物理多层结构为两层导磁层夹一层不导磁层,磁场经过磁性屏蔽罩两次分流作用,可更加有效地屏蔽地磁场,提高地磁屏蔽性能。但是物理多层结构并不能有效提高电磁屏蔽性能,相对于梯度合金板的电磁屏蔽效能有所降低。改进物理多层结构(导体/电介质/导体),电磁屏蔽性能较好,相对于单层材料有了较大的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电磁屏蔽原理
• 1.2.1 磁场屏蔽
• 1.2.2 电磁场屏蔽
• 1.2.3 多层结构屏蔽
• 1.3 屏蔽材料研究现状
• 1.3.1 磁屏蔽材料
• 1.3.2 电磁屏蔽材料
• 1.4 热浸镀铝技术
• 1.5 铁铝合金热处理
• 1.6 本文的研究目的和内容
• 第2章 材料与试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 显微组织观察
• 2.2.2 物相分析
• 2.2.3 软磁性能测试
• 2.2.4 屏蔽性能测试
• 第3章 铁铝梯度合金设计与微观组织观察
• 3.1 引言
• 3.2 磁屏蔽体结构设计
• 3.3 铁铝梯度合金制备
• 3.3.1 热浸铝工艺流程
• 3.3.2 热浸铝温度选择
• 3.3.3 热浸铝时间选择
• 3.3.4 热浸铝及微观组织分析
• 3.4 铁铝梯度合金板热处理
• 3.4.1 软磁合金热处理
• 3.4.2 铁铝梯度合金板热处理
• 3.5 铁铝梯度合金板微观组织观察及表征
• 3.5.1 铁铝梯度合金板横截面金相观察
• 3.5.2 合金层厚度测定
• 3.5.3 铁铝梯度合金横截面SEM 观察和成分分析
• 3.5.4 XRD 物相分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 铁铝梯度合金板软磁性能和屏蔽性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 铁铝梯度合金板软磁性能
• 4.3 铁铝梯度合金地磁屏蔽性能
• 4.3.1 铁铝梯度合金方筒屏蔽效能与结构的相关性
• 4.3.2 浸铝板热处理前后屏蔽效能对比
• 4.3.3 铁铝梯度合金地磁屏蔽性能
• 4.3.4 铁铝梯度合金地磁屏蔽机理
• 4.4 铁铝梯度合金电磁屏蔽性能
• 4.5 本章小结
• 第5章 物理多层结构性能与屏蔽机理
• 5.1 引言
• 5.2 物理多层结构地磁屏蔽
• 5.2.1 物理多层结构
• 5.2.2 地磁屏蔽性能
• 5.2.3 地磁屏蔽性能影响因素分析
• 5.2.4 地磁屏蔽机理分析
• 5.3 物理多层结构电磁屏蔽
• 5.3.1 电磁屏蔽性能
• 5.3.2 电磁场屏蔽机理
• 5.3.3 电磁屏蔽结构设计
• 5.3.4 改进物理多层结构电磁屏蔽性能影响因素分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他研究成果
• 致谢