Desenvolvimento de compósito magnético mole com revestimentos de compostos de boro em partículas de ferro

Abstract

Neste trabalho foi estudada a formação de uma camada de compostos de boro, isolante elétrico, nas partículas de ferro para o desenvolvimento de um compósito magnético mole. Os revestimentos foram obtidos a partir de duas rotas de fabricação, a primeira foi a transformação de ácido bórico em óxido de boro e vapor de água e a segunda foi o tratamento termoquímico de boretação em caixa das partículas de ferro. A formação e a estabilidade das camadas foram estudadas utilizando as caracterizações de microscopia eletrônica de varredura, microscopia ótica, analises térmicas, densidade e propriedades mecânicas. Foram ainda analisadas as propriedades elétricas e magnéticas dos compósitos. Para desenvolver o revestimento a base de óxido de boro, partiu-se de três concentrações diferentes de ácido bórico (1, 2 e 5 % em massa) adicionadas via mistura líquida de uma solução com álcool isopropílico. As análises térmicas mostram que as reações de transformação ocorrem nas temperaturas de 160°C e 180°C. As imagens de microscopia eletrônica de varredura nas partículas de ferro mostram que há uma camada de ácido bórico que varia de acordo com a concentração do ácido. As amostras tratadas à 900°C indicaram camadas homogêneas na metalografia, porém os resultados de resistividade foram próximos aos do Fe-AHC compactado, indicando que há muitos contatos metal-metal entre as partículas de ferro. A partir desses resultados, os compósitos foram tratados a 700°C, mostrando que a resistividade aumentou de 0,31 para 9,1 µ?.m para amostra com 2 % de ácido bórico. O tratamento termoquímico de boretação formou uma camada de boreto de ferro (Fe2B) na superfície das partículas. Esse revestimento mostrou-se estável até 900°C onde foi realizado o tratamento térmico do compósito. No entanto, a mistura boretante não foi separada de forma eficiente, deixando partículas não magnéticas no compósito. As propriedades magnéticas de permeabilidade foram maiores que as amostras com óxido de boro, porém o Fe2B não apresenta elevada resistividade, aumentando as perdas por correntes parasitas. O compósito que apresentou melhores resultados nas propriedades elétricas, magnéticas e mecânicas, neste estudo, foi formado a partir do ácido bórico. As propriedades magnéticas de permeabilidade foram de 160, a uma indução de 300 mT e 60 Hz, para amostra contendo 1% de ácido e 6,74 W/kg de perdas totais, a 800 mT e 60 Hz.

Abstract : In this work was studied the formation of boron compounds layer as electric isolated in the iron particles to development of a soft magnetic composite. The coatings were obtained from two productions routes, the first one was the boric acid to boron oxide and water vapor transformation and the second one was the thermochemical treatment of boriding of the iron particles. The coating formation and stability was investigated using the characterizations of scanning electron microscopy, optical microscope, thermal analysis, density and mechanical properties, they were also analyzed the electric and magnetic properties of the composites. For boron oxide coating was split in three different concentrations of boric acid, 1, 2, 5 %wt. in the composite, via the liquid mixture added a solution with isopropyl alcohol. The thermal analysis showed that the transformation reactions occur at temperatures of 160°C and 180°C. The scanning electron microscopy in the iron particles show that there is a boric acid layer varies according to the acid concentration. The samples treated at 900°C indicated the homogeneous layers in metallography, but the resistivity results were close to the compacted pure iron, indicating that there is a lot contacts between the particles. From these results, the composites were treated at 700°C, showing that resistivity increased from 0.31 to 9.1 µO.m for sample with 2% boric acid. The thermochemical treatment of boriding formed an iron boride (Fe2B) layer on the surface of the particles iron. The coating remained stable up to 900°C where it was carried out the heat treatment of the composite. However, boriding mixture was not separated efficiently, leaving non-magnetic particles in the composite. The magnetic permeability properties were higher than the samples containing boron oxide, but the iron boride does not have high resistivity, increasing eddy current losses. The composite demonstrated better results in this study was formed from a boric acid containing 1%. The magnetic permeability properties were 160, at an induction of 300 mT e 60 Hz, for the sample content 1% of acid and 6,74 W/kg of total loss, at 800 mT e 60 Hz.