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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. 軟磁材料基礎知識連載
        發布時間:2015-09-22 來源:本站 點擊數:293

          基本概念 :(根據我國的計量法,物理量單位采用國際單位制,即SI。為方便理解,這里列出一些常用量的換算。)

          磁感應強度B:

          磁感應強度B可以這樣定義,足夠小的電流元Idl(I為導線回路中的恒定電流,dl為導線回路中沿電流方向所取的矢量線元)在磁場中所受的力最大方向時,所受到的最大力dFmax與Idl的比值。B=dFmax/Idl

          在SI中,磁感應強度B單位特[斯拉]T,1T=1N/A?m=1Wb/m2,1T=10000Gs(高斯)。

          磁場強度H:

          磁場強度H與電場中的電位移矢量D相似。

          真空中磁場的磁感應強度B0,由于引入磁介質而產生附加磁場,其磁感應強度B’,則磁介質總的磁感應強度B是B0和B’的矢量和,即B=B0+B’。B與B0的大小比稱相對磁導率 μr= B/B0 。不同的物質對磁場的影響非常大,因此引出了一個輔助矢量——磁場強度H。磁介質內磁場強度H沿閉合路徑的環流等于閉合路徑包圍的所有傳導電流的代數和(存在磁介質時的環路安培定理)。H=NI/ , 為到磁環有效磁路長度。

          B-H磁化曲線:

                                        

          軟磁材料在交變磁場中,剛開始O點隨著電流nI變大, B開始緩慢變大,當到a點時,B急劇變大,當到b點,B增加變緩,當到c點H再變大時,B幾乎不再變大,我們說材料被磁化到了飽和。達到飽和之后,無論H怎樣增大,材料的磁感應強度也不再增大。此時的磁感應強度 稱為飽和磁感應強度,用Bs來表示。B-H關系畫成曲線,就是材料B-H磁化曲線。飽和磁感應強度是磁性材料的一個重要指標。

          在SI中,磁場強度H單位是安[培]每米(A/m)。

          磁導率μ:

                                                       

          在各向同性的均勻磁介質中,B與H成正比關系:B=μH,μ稱為磁介質的磁導率 μ=B/H,磁導率實際上代表了磁性材料被磁化的容易程度。在磁化的不同階段,材料的磁導率也不同,磁導率在最高點稱為最大磁導率。在磁化起始點的磁導率稱為初始磁導率,簡稱初導。磁導率是軟磁材料另一個非常重要指標。

          在SI單位制中,磁導率的單位亨[利]每米H/m,常 用T/(A/m),T/(A/cm),但一般用相對磁導率μr來表示。1(H/m)=T/(A/m)=100T/(A/cm),在有些資料上用特/奧(斯特)(T/Oe)或高斯/奧(斯特)(Gs/Oe),高斯與奧斯特都是以前的物理量。1A/m=4πe-3 Oe ,磁導率為1Gs/Oe 的磁介質的相對磁導率為1。相對磁導率μr是無量綱量。

          (一)非晶、納米晶軟磁合金帶材

          生產過程簡介:

                                        

          非晶態軟磁合金帶材是60年代問世的一種高新技術材料,其制備工藝采用速度為每秒近一百萬度的快速冷凝技術,將熔融合金鋼水急速冷卻成厚度約25-30微米的合金帶材,其微觀結構完全不同于傳統的金屬合金材料。具有優異的磁性能(電阻率高、損耗小);硬度高、韌性好,耐高溫耐腐蝕;機電耦合系數、熱傳導性好;是一種綠色、環保、高效、節能的功能材料。

          單包、三包制帶工藝裝置示意:

                                                         

          非晶、納米晶材料技術簡介

          1非晶軟磁合金材料及其應用

          1.1非晶軟磁合金材料及其形成機理

          我們根據原子排列方式把物質劃分為晶體和非晶體兩類。物質里面的原子排列是整齊有序的叫做晶體;物質的原子排列是混亂的叫做非晶體。通常情況下,金屬及合金在從液體凝固成固體時,原子總是從液體的混亂排列轉變成整齊的排列,即成為晶體。但是,如果金屬或合金的凝固速度非???例如用每秒高達一百萬度的冷卻速率將鐵-硼合金熔體凝固),原子來不及整齊排列便被凍結住了,最終的原子排列方式類似于液體,是混亂的,這就是非晶合金(又稱為金屬玻璃)。 如下圖左為晶態結構,右圖為非晶態結構。

                                          

          1.2非晶軟磁合金材料的種

          1.2.1鐵基非晶合金

          鐵基非晶合金:主要元素是鐵、硅、硼、碳、磷等。它們的特點是磁性強(飽和磁感應強度可達1.4-1.7T)、磁導率、激磁電流和鐵損等軟磁性能優于硅鋼片,價格便宜,最適合替代硅鋼片,特別是鐵損低( 為取向硅鋼片的1/3-1/5),代替硅鋼做配電變壓器可降低鐵損60-70%。鐵基非晶合金的帶材厚度為0.03毫米左右,廣泛應用于中低頻變壓器的鐵心(一般在10千赫茲以下),例如配電變壓器、中頻變壓器、大功率電感、電抗器等。

          1.2.2鐵鎳基非晶合金

          鐵鎳基非晶合金:主要由鐵、鎳、硅、硼、磷等組成,它們的磁性比較弱(飽和磁感應強度大約為1T以下),價格較貴,但磁導率比較高,可以代替硅鋼片或者坡莫合金,用作高要求的中低頻變壓器鐵心,例如漏電開關互感器。

          1.2.3鈷基非晶合金

          鈷基非晶合金:由鈷和硅、硼等組成,有時為了獲得某些特殊的性能還添加其它元素,由于含鈷,它們價格很貴,磁性較弱(飽和磁感應強度一般在1T以下),但磁導率極高,一般用在要求嚴格的軍工電源、或高端民用電源中的變壓器、電感等,替代坡莫合金和鐵氧體。

          1.2.4納米(超微晶)軟磁合金材料

          鐵基納米晶合金由鐵、硅、硼和少量的銅、鉬、鈮等組成,其中銅和鈮是獲得納米晶結構必不可少的元素。它們首先被制成非晶帶材,然后經過適當退火,形成微晶和非晶的混合組織。這種材料雖然便宜,但磁性能極好,某些領域幾乎能夠和非晶合金中最好的鈷基非晶合金相媲美,但是卻不含有昂貴的鈷,是工業和民用中高頻變壓器、互感器、電感的理想材料,也是坡莫合金和鐵氧體的換代產品。

          2、特性參數:

          2.1非晶納米晶軟磁合金材料與傳統軟磁合金材料磁性能比較:

          材料名稱

                         

           2.2圖1 非晶、納米晶軟磁合金材料與傳統軟磁材料B-H曲線比較:

                        

          2.3圖2非晶、納米晶軟磁合金材料與傳統軟磁材料使用頻率范圍比較:

          2.4 磁芯損耗曲線:

                  

          3、非晶軟磁合金材料的優點

          3.1優良的磁性

          與傳統的金屬磁性材料相比,由于非晶合金原子排列無序,沒有晶體的各向異性,而且電阻率高,因此具有高的導磁率、低的損耗,是優良的軟磁材料,代替硅鋼、坡莫合金和鐵氧體等作為變壓器鐵心、互感器、傳感器等,可以大大提高變壓器效率、縮小體積、減輕重量、降低能耗。非晶合金的磁性能實際上是迄今為止非晶合金最主要的應用領域。

          3.2高強韌性

          明顯高于傳統的鋼鐵材料,可以作復合增強材料,如釣魚桿等。國外已經把塊狀非晶合金應用于高爾夫球擊球拍頭和微型齒輪。非晶合金絲材可能用在結構零件中,起強化作用。另外,非晶合金具有優良的耐磨性,再加上它們的磁性,可以制造各種磁頭。

          3.3靈活的處理工藝

          和其它磁性材料相比,非晶合金具有很寬的化學成分范圍,而且即使同一種材料,通過不同的后續處理能夠很容易地獲得所需要的磁性。所以非晶合金的磁性能是非常靈活的,選擇余地很大,為電力電子元器件的選材提供了方便。

          3.4制造工藝簡單,節能、環保

          傳統的薄鋼板,從煉鋼、澆鑄、鋼錠開坯、初軋、退火、熱軋、退火、酸洗、精軋、剪切到薄板成品,需要若干工藝環節、數十道工序。由于環節多,工藝繁雜,傳統的鋼鐵企業都是耗能大戶和污染大戶,有“水老虎”和“電老虎”之稱。而非晶合金的制造是在煉鋼之后直接噴帶,只需一步就制造出了薄帶成品,工藝大大簡化,節約了大量寶貴的能源,同時無污染物排放,對環境保護非常有利。正是由于非晶合金制造過程節能,同時它的磁性能優良,降低變壓器使用過程中的損耗,因此被稱為綠色材料和二十一世紀的材料。表1是非晶軟磁合金材料與其它常用軟磁材料性能的比較。

         



        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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