Recobrimento de partículas ferromagnéticas com óxidos isolantes via mistura de pós a seco

Abstract

Este trabalho avaliou a viabilidade da formação de filmes isolantes a base de óxidos cerâmicos sobre a superfície de partículas ferromagnéticas via mistura de pós a seco, a fim de obter materiais compósitos magnéticos macios. Primeiramente, as partículas de ferro puro passaram por um tratamento de esferoidização, que propicia a diminuição da rugosidade superficial, gerando partículas mais esféricas que auxiliam a formação de filmes contínuos. Sequencialmente, óxidos isolantes são incorporados a mistura, promovendo o recobrimento das partículas ferromagnéticas. Os materiais óxidos utilizados como recobrimento foram NiO2, MnO2, Fe2O3, e uma ferrite soft de manganês. Composições contendo 7% em volume destes óxidos foram estudadas, e suas formações, estabilidades e propriedades foram caracterizadas através de microscopia eletrônica de varredura, microscopia ótica, análises térmicas, densidade e propriedades mecânicas, propriedades elétricas e magnéticas. Pode-se verificar que as composições contendo Fe2O3 são menos estáveis termicamente, e composições contendo MnO2 puro possibilitam a produção de filmes mais contínuos. A influência da temperatura sobre a integridade da camada e sobre as propriedades elétricas e magnéticas foi analisada. Variou-se a temperatura de tratamento térmico em 880, 700 e 500°C, observando-se que, quanto menor a temperatura, menor a degradação da camada isolante e melhores são os resultados de resistividade elétrica e perdas magnéticas dos compósitos desenvolvidos. Para as composições contendo 7% de MnO2 observou-se valores de resisitividade próximos a 25 µ?.m para todas as temperaturas analizadas, no entanto, para composições contendo 7% de Fe2O3 o valor de resistividade variou de 0,3 a 77 µ?.m para as temperaturas de 880 e 500°C, respectivamente. A magnetização inicial, a permeabilidade e as perdas magnéticas dos materiais produzidos foram avaliadas, e a fim de se obter melhores resultados magnéticos um pó de ferro puro com tamanho de partículas maior foi utilizado juntamente com menores percentuais de óxidos isolantes. Todo este estudo utilizou um material comercial como referência, o Somaloy 3P 700 da empresa Höganäs, e verificou-se que para a indução de 800mT, as perdas totais para o Somaloy são de 4,07 W/kg, enquanto para a amostra contendo 4% de MnO2 são de 6,17 W/kg, sendo este o melhor resultado magnético obtido neste trabalho.

Abstract : This study evaluated the feasibility of forming ceramic oxides based insulating films on the surface of ferromagnetic particles via dry powder mixture, to obtain soft magnetic composites. First, pure iron particles passed through a spheroidization treatment, which promotes the reduction of surface roughness, generating more spherical particles which promotes the formation of continuous films. Sequentially, insulating oxides are incorporated into the mixture, promoting coating over ferromagnetic particles. The oxides used as coating materials were NiO2, MnO2, Fe2O3 pure and mixed stoichiometrically one with another, and a soft ferrite of manganese. Compositions containing 7% vol. of these oxides were studied, and their formations, stabilities and properties were characterized by scanning electron microscopy, optical microscopy, thermal analysis, density and mechanical properties, electrical and magnetic properties. It can be seen that the compositions containing Fe2O3 are less thermally stable, and compositions containing pure MnO2 and Mn ferrite enable the production of more continuous films. The influence of temperature on the integrity of the layer and on the electrical and magnetic properties was examined by varying the heat treatment temperature (880, 700 and 500°C), observing that a lower temperature, provides a lower degradation of the insulating layer and a better result of electrical resistivity and magnetic losses of the developed composites. For compositions containing 7% of MnO2 was observed resistivity values near 25 µO.m for all temperatures, however, for the compositions containing 7% Fe2O3 the resistivity varied from 0.3 to 77 µO.m for the temperatures of 880 and 500°C respectively. The initial magnetization, permeability and magnetic losses of the produced materials were evaluated, in order to obtain better results magnetic pure iron powder with greater particle size was used with lower percentages of insulating oxides. All this study used a commercial material as a reference, Somaloy 3P 700 from Höganäs company, and it was found that for the induction of 800mT, induction that is usually employed in domestic electric engines, the total losses for Somaloy is 4, 07 W/kg, while for the sample containing 4% of MnO2 are 6.17 W/kg, which is the best magnetic result obtained in this work.