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          衡陽市金則利特種合金股份有限公司

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      4. 軟磁材料電磁閥鐵芯材料信息
        發布時間:2012-04-07 來源:本站 點擊數:280

        軟磁材料電磁閥鐵芯材料信息

        軟磁材料科技名詞定義
        中文名稱:軟磁材料 英文名稱:magnetically soft material;soft magnetic material 定義1:對于磁感應強度以及磁極化強度具有低矯頑性的磁性材料。 應用學科:電力(一級學科);通論(二級學科) 定義2:矯頑力相當小,磁導率相當高的磁性材料。 應用學科:機械工程(一級學科);儀器儀表材料(二級學科);磁性材料(儀器儀表)(三級學科) 以上內容由全國科學技術名詞審定委員會審定公布
        求助編輯百科名片
            軟磁材料軟磁材料的定義:當磁化發生在Hc不大于1000A/m,這樣的材料稱為軟磁體。典型的軟磁材料,可以用最小的外磁場實現最大的磁化強度。

        目錄

        軟磁材料主要特點
        軟磁材料按成分分類
        常用磁性能參數
        電子變壓器中的新軟磁體軟磁鐵氧體
        非晶和納米晶合金
        軟磁復合材料
        軟磁材料主要特點
        軟磁材料按成分分類
        常用磁性能參數
        電子變壓器中的新軟磁體 軟磁鐵氧體
        非晶和納米晶合金
        軟磁復合材料
        展開 軟磁材料主要特點
          軟磁材料(soft magnetic material)具有低矯頑力和高磁導率的磁性材料。軟磁材料易于磁化,也易于退磁,廣泛用于電工設備和電子設備中。應用最多的軟磁材料是鐵硅合金(硅鋼片)以及各種軟磁鐵氧體等 。
        軟磁材料按成分分類
         ?、偌冭F和低碳鋼。含碳量低于0.04%,包括電磁純鐵 、電解鐵和  軟磁材料加工廠
        羰基鐵。其特點是飽和磁化強度高,價格低廉,加工性能好;但其電阻率低、在交變磁場下渦流損耗大,只適于靜態下使用,如制造電磁鐵芯、極靴、繼電器和揚聲器磁導體、磁屏蔽罩等。  ?、阼F硅系合金。含硅量 0.5% ~ 4.8%,一般制成薄板使用,俗稱硅鋼片。在純鐵中加入硅后,可消除磁性材料的磁性隨使用時間而變化的現象。隨著硅含量增加,熱導率降低,脆性增加,飽和磁化強度下降,但其電阻率和磁導率高,矯頑力和渦流損耗減小,從而可應用到交流領域,制造電機、變壓器、繼電器、互感器等的鐵芯。  ?、坭F鋁系合金 。含鋁6%~16%,具有較好的軟磁性能,磁導率和電阻率高,硬度高、耐磨性好,但性脆,主要用于制造小型變壓器、磁放大器、繼電器等的鐵芯和磁頭、超聲換能器等。  ?、荑F硅鋁系合金。在二元鐵鋁合金中加入硅獲得。其硬度、飽和磁感應強度、磁導率和電阻率都較高。缺點是磁性能對成分起伏敏感,脆性大,加工性能差。主要用于音頻和視頻磁頭。  ?、萱囪F系合金。鎳含量30%~90%,又稱坡莫合金,通過合金化元素配比和適當工藝,可控制磁性能,獲得高導磁、恒導磁、矩磁等軟磁材料。其塑性高,對應力較敏感,可用作脈沖變壓器材料、電感鐵芯和功能磁性材料。  ?、掼F鈷系合金。鈷含量27%~50%。具有較高的飽和磁化強度,電阻率低。適于制造極靴、電機轉子和定子、小型變壓器鐵芯等。  ?、哕洿盆F氧體。非金屬亞鐵磁性軟磁材料。電阻率高(10-2~1010Ω·m ),飽和磁化強度比金屬低,價格低廉,廣泛用作電感元件和變壓器元件(見鐵氧體)。  ?、喾蔷B軟磁合金。一種無長程有序、無晶粒合金,又稱金屬玻璃,或稱非晶金屬。其磁導率和電阻率高,矯頑力小,對應力不敏感,不存在由晶體結構引起的磁晶各向異性,具有耐蝕和高強度等特點。此外,其居里點比晶態軟磁材料低得多,電能損耗大為降低,是一種正在開發利用的新型軟磁材料。  ?、岢⒕?a href="http://www.mymajidwrite.com">軟磁合金。20世紀80年代發現的一種軟磁材料。由小于50納米左右的結晶相和非晶態的晶界相組成,具有比晶態和非晶態合金更好的綜合性能,不僅磁導率高、矯頑力低、鐵損耗小,且飽和磁感應強度高、穩定性好?,F主要研究的是鐵基超微晶合金。
        常用磁性能參數
          飽和磁感應強度Bs:其大小取決于材料的成分,它所對應的物理狀態是材料內部的磁化矢量整齊排列。   剩余磁感應強度Br:是磁滯回線上的特征參數,H回到0時的B值。   矩形比:Br∕Bs   矯頑力Hc:是表示材料磁化難易程度的量,取決于材料的成分及缺陷(雜質、應力等)。   磁導率μ:是磁滯回線上任何點所對應的B與H的比值,與器件工作狀態密切相關。   初始磁導率μi、最大磁導率μm、微分磁導率μd、振幅磁導率μa、有效磁導率μe、脈沖磁導率μp。   居里溫度Tc:鐵磁物質的磁化強度隨溫度升高而下降,達到某一溫度時,自發磁化消失,轉變為順磁性,該臨界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。   損耗P:磁滯損耗Ph及渦流損耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝ f2 t2 / ,ρ 降低,   磁滯損耗Ph的方法是降低矯頑力Hc;降低渦流損耗Pe 的方法是減薄磁性材料的厚度t 及提高材料的電阻率ρ。在自由靜止空氣中磁芯的損耗與磁芯的溫升關系為:   總功率耗散(mW)/表面積(cm2)
        電子變壓器中的新軟磁體
        軟磁鐵氧體
          軟磁鐵氧體的特點是:飽和磁通密度低,磁導率低,居里溫度低,中高頻損耗低,成本低。前三個低是它的缺點,限制了它的使用范圍,現在正在努力改進。后兩個低是它的優點,有利于進入高頻市場,現在正在努力擴展。   以100kHz,0.2T和100℃下的損耗為例,TDK公司的PC40為410mW/cm3,PC44為300mW/cm3,PC47為 250mW/cm3。TOKIN公司的BH1為250mW/cm3,損耗不斷在下降。國內金寧生產的JP4E也達到300mW/cm3。   不斷地提高工作頻率,是另一個努力方向。TDK公司的PC50工作頻率為500kHz至1MHz。FDK公司的7H20,TOKIN的B40也能在1MHz下工作。Philips公司的3F4,3F45,3F5工作頻率都超過1MHz。國內金寧的JP5,天通的TP5A工作頻率都達到 500kHz至1.5MHz。東磁的DMR1.2K的工作頻率甚至超越3MHz,達到5.64MHz。   磁導率是軟磁鐵氧體的弱項?,F在國內生產的產品一般為10000左右。國外TDK公司的H5C5,Philips公司的3E9,分別達到30000和20000。   采用SHS法合成MnZn鐵氧體材料的研究,值得注意。用這種方法的試驗結果表明,可以大大降低鐵氧體的制造能耗和成本。國內已有試驗成功的報導。
        非晶和納米晶合金
          鐵基非晶合金在工頻和中頻領域,正在和硅鋼競爭。鐵基非晶合金和硅鋼相比,有以下優缺點。   1)鐵基非晶合金的飽和磁通密度Bs比硅鋼低,但是,在同樣的Bm下,鐵基非晶合金的損耗比0.23mm厚的3%硅鋼小。一般人認為損耗小的原因是鐵基非晶合金帶材厚度薄,電阻率高。這只是一個方面,更主要的原因是鐵基非晶合金是非晶態,原子排列是隨機的,不存在原子定向排列產生的磁晶各向異性,也不存在產生局部變形和成分偏移的晶粒邊界。因此,妨礙疇壁運動和磁矩轉動的能量壁壘非常小,具有前所未有的軟磁性,所以磁導率高,矯頑力小,損耗低。   2)鐵基非晶合金磁芯填充系數為0.84~0.86,與硅鋼填充系數0.90~0.95相比,同樣重量的鐵基非晶合金磁芯體積比硅鋼磁芯大。   3)鐵基非晶合金磁芯的工作磁通密度為1.35T~1.40T,硅鋼為1.6T~1.7T。鐵基非晶合金工頻變壓器的重量是硅鋼工頻變壓器的重量的130%左右。但是,即使重量重,對同樣容量的工頻變壓器,磁芯采用鐵基非晶合金的損耗,比采用硅鋼的要低70%~80%。   4)假定工頻變壓器的負載損耗(銅損)都一樣,負載率也都是50%。那么,要使硅鋼工頻變壓器的鐵損和鐵基非晶合金工頻變壓器的一樣,則硅鋼變壓器的重量是鐵基非晶合金變壓器的18 倍。因此,國內一般人所認同的拋開變壓器的損耗水平,籠統地談論鐵基非晶合金工頻變壓器的重量、成本和價格,是硅鋼工頻變壓器的130%~150%,并不符合市場要求的性能價格比原則。國外提出兩種比較的方法,一種是在同樣損耗的條件下,求出兩種工頻變壓器所用的銅鐵材料重量和價格,進行比較。另一種方法是對鐵基非晶合金工頻變壓器的損耗降低瓦數,折合成貨幣進行補償。每瓦空載損耗折合成5~11美元,相當于人民幣 42~92元。每瓦負載損耗折合成0.7~1.0美元,相當于人民幣6~8.3元。例如一個50Hz,5kVA單相變壓器用硅鋼磁芯,報價為1700元/ 臺;空載損耗28W,按60元人民幣/W計,為1680元;負載損耗110W,按8元人民幣/W計,為880元;則,總的評估價為4260元/臺。用鐵基非晶合金磁芯,報價為2500元/臺;空載損耗6W,折合成人民幣360元;負載損耗110W,折合成人民幣880元,總的評估價為3740元/臺。如果不考慮損耗,單計算報價,5kVA鐵基非晶合金工頻變壓器為硅鋼工頻變壓器的147%。如果考慮損耗,總的評估價為89%。   5)現在測試工頻電源變壓器磁芯材料損耗,是在畸變小于2%的正弦波電壓下進行的。而實際的工頻電網畸變為5%。在這種情況下,鐵基非晶合金損耗增加到106%,硅鋼損耗增加到123%。如果在高次諧波大,畸變為75%的條件下(例如工頻整流變壓器),鐵基非晶合金損耗增加到160%,硅鋼損耗增加到300%以上。說明鐵基非晶合金抗電源波形畸變能力比硅鋼強。   6)鐵基非晶合金的磁致伸縮系數大,是硅鋼的3~5倍。因此,鐵基非晶合金工頻變壓器的噪聲為硅鋼工頻變壓器噪聲的120%,要大3~5dB。   7)現行市場上,鐵基非晶合金帶材價格是0.23mm3%取向硅鋼的150%,是0.15mm3%取向硅鋼(經過特殊處理)的40%左右。   8)鐵基非晶合金退火溫度比硅鋼低,消耗能量小,而且鐵基非晶合金磁芯一般由專門生產廠制造。硅鋼磁芯一般由變壓器生產廠制造。   根據以上比較,只要達到一定生產規模,鐵基非晶合金在工頻范圍內的電子變壓器中將取代部分硅鋼市場。在400Hz至10kHz中頻范圍內,即使有新的硅鋼品種出現,鐵基非晶合金仍將會取代大部分0.15mm以下厚度的硅鋼市場。   值得注意的是,日本正在大力開發FeMB系非晶合金和納米晶合金,其Bs可達1.7~1.8T,而且損耗為現有FeSiB系非晶合金的50%以下,如果用于工頻電子變壓器,工作磁通密度達到1.5T以上,而損耗只有硅鋼工頻變壓器的10%~15%,將是硅鋼工頻變壓器的更有力的競爭者。日本預計在2005年就可以將FeMB系非晶合金工頻變壓器試制成功,并投入生產。   非晶納米晶合金在中高頻領域中,正在和軟磁鐵氧體競爭。在10kHz至50kHz電子變壓器中,鐵基納米晶合金的工作磁通密度可達0.5T,損耗P0.5/20k≤25W/kg,因而,在大功率電子變壓器中有明顯的優勢。在50kHz至100kHz電子變壓器中,鐵基納米晶合金損耗P0.2 /100k為30~75W/kg,   鐵基非晶合金P0.2/100k為30W/kg,可以取代部分鐵氧體市場。   非晶納米晶合金經過20多年的推廣應用,已經證明其具有下述優點:   1)不存在時效穩定性問題,納米晶合金在200℃以下,鈷基非晶合金在100℃以下,經過長期使用,性能無顯著變化;   2)溫度穩定性比軟磁鐵氧體好,在-55℃至150℃范圍內,磁性能變化5%~10%,而且可逆;
        軟磁復合材料
          經過爭論,現在對磁粉芯等已經取得了一致認識,即認為它屬于軟磁復合材料。軟磁復合材料是將磁性微粒均勻分散在非磁性物中形成的。與傳統的金屬軟磁合金和鐵氧體材料相比,它有很多獨特的優點:磁性金屬粒子分散在非導體物件中,可以減少高頻渦流損耗,提高應用頻率;既可以采取熱壓法加工成粉芯,也可以利用現在的塑料工程技術,注塑制造成復雜形狀的磁體;具有密度小,重量輕,生產效率高,成本低,產品重復性和一致性好等優點。缺點是由于磁性粒子之間被非磁性體分開,磁路隔斷,磁導率現在一般在100以內。不過,采用納米技術和其他措施,國外已有磁導率超過1000的報導,最大可達6000。   軟磁復合材料的磁導率受到很多因素的影響,如磁性粒子的成分,粒子的形狀,尺寸,填充密度等。因此,根據工作頻率可以進行調整。   磁粉芯是軟磁復合材料的典型例子?,F在已在20kHz至100kHz甚至1MHz的電感器中取代了部分軟磁鐵氧體。例如鐵硅鋁磁粉芯,硅含量為 8.8%,鋁為5.76%,剩余全為鐵。粒度為90~45μm,45~32μm和32~30μm。用硅樹脂作粘接劑,1%左右硬脂酸作潤滑劑,在 2t/cm2壓力下,制成13×8×5 的環形磁芯,在氫氣中用673°K,773°K,873°K退火,使磁導率達到100,300,600。在 100kHz下損耗低,已經代替軟磁鐵氧體和MPP磁粉芯用于電感器中。   已經有人對大功率電源的電感器用軟磁復合材料——磁粉芯進行了開發研究。在20kHz以下,磁導率基本不變。在1.0T下,磁導率為100左右。50Hz~20kHz損耗小,可制成100kg重量以上的大型的磁芯,而且在20kHz下音頻范圍,噪聲比環形鐵氧體磁芯降低10dB??梢栽诖蠊β孰娫粗写婀桎摵蛙洿盆F氧體。   有人用鈷/二氧化硅(Co/SiO2)納米復合軟磁材料制作不同于薄膜的大尺寸磁芯。鈷粒子平均尺寸為30μm,填充度40%至90%,經過攪拌后,退火形成Co/SiO2納米復合粉,然后壓制成環形磁芯。磁導率在300MHz以下,都可達到16。鎳鋅鐵氧體的磁導率為12,而且在100MHz 以后迅速下降。證明在高頻和超高頻下,軟磁復合材料也可取代部分鐵氧體市場。[1]



        衡陽市金則利特種合金股份有限公司成立于1999年,公司主營電磁不銹鋼,為湖南省高新技術企業。公司自成立以來,即致力于電磁不銹鋼的研發。公司已具備年產電磁不銹鋼1萬噸的生產能力。

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