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    软磁材料的分类介绍(1)——合金类

    作者:  浏览量:1320  发布时间:2014-01-18


    1. 硅钢
          硅钢是一种合金在纯铁中加入少量的硅一般在4.5%以下形成的铁硅系合金称为硅钢该类铁芯具有最高的饱和磁感应强度值为20000 高斯由于它们具有较好的磁电性能又易于大批生产价格便宜机械应力影响小等优点在电力电子行业中获得极为广泛的应用如电力变压器配电变压器电流互感器等铁芯
          硅钢是软磁材料中产量和使用量最大的材料也是电源变压器用磁性材料中用量最大的材料特别是在低频大功率下最为适用常用的有冷轧硅钢薄板DG3、冷轧无取向亚博官网下载地址带DW、冷轧取向亚博官网下载地址带DQ,适用于各类电子系统家用电器中的中小功率低频变压器和扼流圈电抗器电感器铁芯这类合金韧性好可以冲片切割等加工铁芯有叠片式及卷绕式但高频下损耗急剧增加一般使用频率不超过400Hz。
          从应用角度看对硅钢的选择要考虑两方面的因素磁性和成本对小型电机电抗器和继电器可选纯铁或低硅钢片对于大型电机可选高硅热轧硅钢片单取向或无取向冷轧硅钢片对变压器常选用单取向冷轧硅钢片在工频下使用时常用带材的厚度为0.2~0.35 毫米400Hz 下使用时常选0.1 毫米厚度为宜厚度越薄价格越高
    (备注关于硅钢的详细介绍请参见技术园地中——硅钢基础知识及检测方法的介绍一文)


     

    2. 坡莫合金
          坡莫合金常指铁镍系合金镍含量在30~90%范围内是应用非常广泛的软磁合金通过适当的工艺可以有效地控制磁性能比如超过十万的初始磁导率超过一百万的最大磁导率低到千分之二奥斯特的矫顽力接近1或接近零的矩形系数具有面心立方晶体结构的坡莫合金具有很好的塑性可以加工成1微米的超薄带及各种使用形态常用的坡莫合金有1J50、1J79、1J85
          1J50 的饱和磁感应强度比硅钢稍低一些但磁导率比硅钢高几十倍铁损也比硅钢低2~3 做成较高频率(400~8000Hz)的变压器空载电流小适合制作100 瓦以下小型较高频率变压器
    1J79 具有好的综合性能适用于高频低电压变压器漏电保护开关铁芯共模电感铁芯及电流互感器铁芯
          1J85 的初始磁导率可达十万以上适合于作弱信号的低频或高频输入输出变压器共模电感及高精度电流互感器等


     

    3. 非晶合金(Amorphous alloys)
         硅钢和坡莫合金软磁材料都是晶态材料原子在三维空间做规则排列形成周期性的点阵结构存在着晶粒晶界位错间隙原子磁晶各向异性等缺陷对软磁性能不利从磁性物理学上来说原子不规则排列不存在周期性和晶粒晶界的非晶态结构对获得优异软磁性能是十分理想的
    非晶态金属与合金是70 年代问世的一个新型材料领域它的制备技术完全不同于传统的方法而是采用了冷却速度大约为每秒一百万度的超急冷凝固技术从钢液到薄带成品一次成型比一般冷轧金属薄带制造工艺减少了许多中间工序这种新工艺被人们称之为对传统冶金工艺的一项革命由于超急冷凝固合金凝固时原子来不及有序排列结晶得到的固态合金是长程无序结构没有晶态合金的晶粒晶界存在称之为非晶合金被称为是冶金材料学的一项革命
          这种非晶合金具有许多独特的性能如优异的磁性耐蚀性耐磨性高的强度硬度和韧性高的电阻率和机电耦合性能等由于它的性能优异工艺简单80 年代开始成为国内外材料科学界的研究开发重点目前美德国已具有完善的生产规模并且大量的非晶合金产品逐渐取代硅钢和坡莫合金及铁氧体涌向市场
          常用的非晶合金的种类有铁基铁镍基钴基非晶合金以及铁基纳米晶合金


     

    3.1 铁基非晶合金(Fe-based amorphous alloys)
           铁基非晶合金是由80%Fe 20%Si,B 类金属元素所构成,它具有高饱和磁感应强度(1.54T),铁基非晶合金与硅钢的损耗比较磁导率激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片的特点特别是铁损低为取向硅钢片的1/3-1/5),代替硅钢做配电变压器可节能60-70%。铁基非晶合金的带材厚度为0.03 毫米左右广泛应用于配电变压器大功率开关电源脉冲变压器磁放大器中频变压器及逆变器铁芯, 适合于10kHz 以下频率使用


     

    3.2 铁镍基非晶合金(Fe-Ni based-amorphous alloy)
          铁镍基非晶合金是由40%Ni、40%Fe 20%Si,B 类金属元素所构成,它具有中等饱和磁感应强度 〔0.8T〕、较高的初始磁导率和很高的最大磁导率以及高的机械强度和优良的韧性在中低频率下具有低的铁损空气中热处理不发生氧化经磁场退火后可得到很好的矩形回线价格比1J79 便宜30-50%。铁镍基非晶合金的应用范围与中镍坡莫合金相对应, 但铁损和高的机械强度远比晶态合金优越广泛用于漏电开关精密电流互感器铁芯磁屏蔽等铁镍基非晶合金是国内开发最早也是目前国内非晶合金中应用量最大的非晶品种年产量近200 吨左右空气中热处理不发生氧化铁镍基非晶合金(1K503)获得国家发明专利和美国专利权


     

    3.3 钴基非晶合金(Co based-amorphous alloy)
          钴基非晶合金是由80%Co 20%Si,B 类金属元素所构成在所有的非晶合金中具有最高的导磁率同时具有较低的饱和磁感应强度低矫顽力低损耗优异的耐磨性和耐蚀性良好的温度稳定性和时效稳定性耐冲击振动一般用在要求严格的军工电源中的变压器电感等替代坡莫合金和铁氧体但价格高


     

    4. 微晶纳米晶合金(Nanocrystalline alloy)
          纳米晶特殊的非晶合金铁基纳米晶合金是由铁元素为主加入少量的Nb、Cu、Si、B 元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料这种非晶态材料经热处理后可获得直径为10-20 纳米的微晶,弥散分布在非晶态的基体上被称为微晶纳米晶材料或纳米晶材料
    纳米晶材料具有优异的综合磁性能: 高饱和磁感(1.2T)、高初始磁导率(8 )、Hc(0.32A/M), 高磁感下的高频损耗低(P0.5T/20kHz=30 W/kg),电阻率为80 微欧厘米比坡莫合金(50-60 微欧厘米), 经纵向或横向磁场处理可得到高Br(0.9)或低Br (1000Gs)。 
          纳米晶是目前市场上综合性能最好的材料; 适用频率范围:50Hz-100kHz,最佳频率范围:20kHz-50kHz。 广泛应用于大功率开关电源逆变电源磁放大器高频变压器高频变换器高频扼流圈铁芯电流互感器铁芯漏电保护开关共模电感铁芯



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