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镍铁软磁合金是在低磁场下磁导率(μ)很高和矫顽力(Hc)很低的软磁合金,含镍30~90%或含有少量其他元素。
1917年埃尔门(G.W.Elmen)发现(30~90)Ni-Fe合金在低、中磁场下具有较好的软磁性能,其中78Ni-Fe的起始磁导率(μ0)最高,称为坡莫合金(Permalloy)。1921年他又发现了含一定量钴的Ni-Fe合金Perminvar,其剩磁(Br)和矫顽力低,在低磁场下磁导率几乎不变,磁滞回线为蜂腰状。1924年史密斯(W.S.Smith)制成了含铜的高Ni-Fe合金Mumetal。1931年埃尔门又在78Ni-Fe合金中加入4%Mo以提高电阻率(ρ),并改进了磁性能,简化了热处理操作,制成4-79钼坡莫合金。1933年德国达尔 (O.Dahl)等制成Isoperm(50Ni-Fe)恒导磁合金。1934年埃利斯(W.G.Ellis)等制成 81 Ni-2 Mo-Fe 压粉磁芯。第二次世界大战初期德国制成具有矩形回线的晶粒取向50 Ni-Fe合金,称为Permenorm 5000 Z(美国称为Deltamax)。1947年布斯利(O.L.Boothly)等制成起始磁导率和最大磁导率 (μm)最高的5-79钼坡莫合金,称为超坡莫合金(Super-malloy)。1956年美国豪 (G.H.Howe)制成矩形回线的65Ni-2 Mo-Fe合金,磁导率很高,矫顽力很低,称为Dynamax。Ni-Fe系合金因镍含量不同而具有不同的磁性。图1和图2表示镍含量对 Ni-Fe合金的饱和磁感(Bs)、居里温度 (Tc)和起始磁导率的影响。Ni-Fe系软磁合金品种多、用途广;各国和各生产厂家都有自己的牌号。从1961年起,中国开始陆续生产具有各种性能的Ni-Fe软磁合金。
Ni-Fe合金大致可分为以下几类(典型磁性见表):
高电阻率36Ni-Fe合金 电阻率约达75μΩ·cm,涡流损耗低、起始磁导率较低(2000~3000)且在低磁场下几乎不变。34.5 Ni-Fe合金加入2%Mo,经压下率90%以上的冷轧和退火,获得二次再结晶织构(见择优取向),可使饱和磁致伸缩降低,起始磁导率明显提高 (55000),电阻率也提高到90μΩ·cm,适于在中频下应用。
高饱和磁感(45~60)Ni-Fe合金 饱和磁感约1.6T,起始磁导率较高(3000~6000)。通过约95%压下率的冷轧和退火,得到二次再结晶织构,μ0可提高到10000。最常用的(47~50)Ni-Fe合金,磁场热处理可使μ0和μm值进一步提高3~4倍。
高导磁(74~82)Ni-Fe合金 起始磁导率为30000~100000,最大磁导率可达100000~300000以上,矫顽力很低。退火后的冷却速度对磁晶各向异性和磁导率有很大影响,这和有序转变形成FeNi3有序结构有关。为了降低有序转变速度和提高电阻率,常加入少量钼、铬和铜。钼和铬原子代替部分铁原子,铜原子代替部分镍原子,这些都可阻止FeNi3的形成,从而使热处理操作简化,以便增高磁导率。最常用的高导磁 Ni-Fe合金是4-79钼坡莫合金,Mumetal(5%Cu,2.75%Cr和77%Ni或4%Mo,5%Cu和77%Ni)和含5%Mo的超坡莫合金。在高导磁Ni-Fe合金中加入2~3%Ti或3~7%Nb,形成极细的析出物,阻碍位错运动,可提高硬度和耐磨性,并保持高磁导率,称为硬坡莫合金,常用作磁头材料。
高矩形比Ni-Fe合金 晶粒取向(增强磁晶各向异性)、磁场热处理(感生单轴各向异性)和大形变量冷加工(引致滑移感生各向异性)都可使磁滞回线形状改变,影响磁性。晶粒取向 50 Ni-Fe合金 (Deltamax和 Per-menorm 5000Z)是最重要的矩形回线材料。经95%压下率的冷轧和1000~1200℃初次再结晶退火得{100}立方织构,其矩形比(Br/Bm)值很高。65Ni-Fe和65Ni-2.5Mo-Fe(Dynamax)合金经冷轧和退火后,再经磁场热处理,其回线呈矩形,Br/Bm和μ 值很高,Hc值很低。合金中存在微量氧对磁场处理感生各向异性的形成有很大影响。因为氧可以阻止FeNi3长程有序结构的形成,有利于FeNi3原子对择优地按某一方向排列。4-79钼坡莫合金或Mumetal合金经磁场热处理后也可以具有矩形回线。4-79钼坡莫合金经大于93%的压下率冷轧成薄带或99%的压缩比冷拉成细丝,所形成的滑移感生各向异性也可使磁滞回线变成矩形。
恒导磁Ni-Fe合金 特点是低磁场下的磁导率不随磁场强度变化,磁滞回线呈斜形,剩磁很低。50Ni-Fe的Isoperm合金(有时加入少量铜或铝)经90%以上的压下率冷轧和1000℃退火,再经50%压下率的冷轧,沿轧向磁化,回线为斜形,Br值很低,磁导率几乎不随磁场大小而变,即具有恒导磁性。65Ni-Fe合金(或加入1%Mn)、Perminvar型合金【(34~45)Ni-(25~29)Co-Fe或加入2~3%Mo和Nb】和79Ni-4Mo-Fe合金经横向磁场热处理后回线也呈斜形,磁导率更高而且恒定。含1%Mn的65Ni-Fe合金(中国牌号1J66)的磁导率稳恒性、温度稳定性和有效磁导率等综合性能最佳。
81Ni-2Mo-Fe合金压粉磁芯 电阻率较高,可在300kHz频率下使用,温度稳定性好,但磁导率较低。
Ni-Fe软磁合金通常以带材形式使用。0.15~0.35mm厚的带材主要用来制作使用频率为 50~400Hz的叠片铁芯;0.10~0.25mm厚的,主要制作使用频率低于25kHz的卷绕切割铁芯和卷绕铁芯;0.003~0.025mm的极薄带则可用于制造使用频率高达500kHz的轴绕铁芯(图3)。
Ni-Fe合金的塑性很好,可轧成厚度为0.0025mm的超薄带(见箔材轧制)或拉成直径为0.01mm的细丝。
参考书目
R.M.Bozorth, Ferromagnetism,Nostrand,Princeton,N.J.,1951.
G.Y.Chin & J.H.Wernick, Soft Magnetic Metallic Materials in Ferromagnetic Materials,Vol.2,pp.57~188,North-Holland,Amsterdam,1980.
1J50磁性退火主要是控制退火温度和冷却速度。
1J50属镍软磁合金
1J50 属铁镍软磁合金 , 我公司在中该合金的生产 ,制作上工艺独特, 产品质量上乘。 本公司能提供各种丝材 , 冷拉棒 , 热轧件。 主要特征:具有较高的饱和磁感应强度和磁导率。 应用领域:广泛用于电子仪器仪表行业,以及在中等磁场中工作的各种变压器,继电器,电磁离合器铁芯 等。 合金 牌号 C P S Mn Si Al Co Ni Fe 不 大 于 1J50 0.03 0.020 0.020 0.30—0.60 软磁合金 1. 铁镍软磁合金 牌号 :1J46,1J50,1J54,1J76,1J77,1J79,1J80,1J85,1J86,1J34,1J51,1J52,1J65,1J66, 1J67,1J83,1J403 执行标准 :GBn198-88 用途 :大部分用于弱磁或中等磁场工作的小型变压器 ,脉冲变压器 ,继电器 ,互感器 ,磁放大器 ,电磁离合器 ,扼流 圈铁芯及
Chrome Core系列耐蚀软磁合金的开发及应用
兼具优异磁性能和耐腐蚀的合金被广泛用于汽车和其他工业及消费品领域。如汽车喷油装置,油泵电机叠片,ABS系统和悬挂自动调节系统,以及电冰箱,洗衣机,电熨斗,咖啡壶,自动售货机的电磁阀等。也可用于任何暴露在轻化学介质下的电磁部件。具有软磁性能的同时,合金要有良好的耐蚀性,以满足各种腐蚀环境的应用要求。如汽车喷油装置须抗含甲醇/乙醇的燃油导致的腐蚀,以及其他应用条件下须抗较苛刻水溶液腐蚀,尤其是含氯离子导致的电磁阀缝隙腐蚀。简述了ChromeCore系列耐蚀软磁合金的开发研究,对其性能特点以及应用作了分析比较。
镍基软磁合金是在磁场中容易被磁化,退出磁场后获得的磁性会全部或大部丧失的镍基铁磁性合金。如1J76(Ni76CuCr)、1J77(Ni77CuMo)等。
2016年12月13日,《高硬度高电阻铁镍软磁合金冷轧带材》发布。
2017年9月1日,《高硬度高电阻铁镍软磁合金冷轧带材》实施。
软磁合金种类繁多,根据组成合金的元素不同可分为电磁纯铁(工业纯铁)、铁硅合金、铁镍合金、铁铝合金、铁硅铝合金及铁钴合金等。若以合金的磁特性不同又可分为高磁饱和合金、高磁导率合金、高矩形比合金、电工钢、恒导磁率合金、高△B合金、耐蚀软磁合金和热磁补偿合金等。如果按合金的内部结构可分为结晶态软磁合金、非晶态软磁合金和纳米晶软磁合金。表1列出几种主要软磁合金的性能。
表1 几种主要软磁合金的磁性能
材 料 |
初始磁导率 μi/×103 |
最大磁导率 μm/×103 |
矫顽力Hc /A·m-1 |
磁饱和 Bs/T |
居里温度 Tc/℃ |
电阻率ρ/ 10-6Ω·m |
中国牌号 |
相应外国牌号 |
高纯铁(99.95%) |
100 |
4 |
2.16 |
770 |
10 |
Puron |
||
工业纯铁(99.75%) |
0.15 |
5 |
80 |
2.15 |
770 |
10 |
DT-4 |
lngot lron |
低碳钢 |
3.8 |
80—160 |
2.1 |
770 |
12 |
W23G |
H30~H60,ASTM1,2 |
|
Si1.75Fe |
0.28 |
5 |
64 |
2.02 |
745 |
37 |
W20 |
H20,ASTM45 |
Si3Fe |
0.29 |
3 |
56 |
2.01 |
740 |
47 |
W10~W14 |
H10~H14 |
取向Si3Fe |
1.4 |
50 |
7.2 |
2.01 |
730 |
48 |
Q10~Q11 |
Z10~Z11 |
Ni50Fe |
4 |
50 |
5.6 |
1.6 |
480 |
50 |
1J50 |
Hyperm52 |
Ni79Mo4Fe |
20 |
90 |
2.4 |
0.78 |
455 |
58 |
1J79 |
4-79 Mo-Permalloy |
Ni80Mo5Fe |
55 |
300 |
0. 5 |
0.78 |
400 |
65 |
1J85 |
Supermalloy |
Co49V2Fe |
0.8 |
5~8 |
80~96 |
2.4 |
930 |
40 |
1J22 |
Permendur |
Co49V2Fe |
0.8 |
60~70 |
16~20 |
2.4 |
930 |
40 |
1J22(超) |
Supermeudur |
Si9.5Al5.6Fe |
15 |
110 |
32 |
1.1 |
500 |
106 |
1J1 |
Sendust |
Al16Fe |
3 |
100 |
2 |
0.76 |
350 |
150 |
1J16 |
Alfend |
Fe基非晶合金 |
5 |
60 |
2.4 |
1.56 |
415 |
130 |
1K101 |
Metglass 2605S2 |
Co基非晶合金 |
12 |
200 |
0.14 |
|||||
FeNi基非晶合金 |
900 |
0.64 |
0.78 |
250 |
180 |
1K501 |
Metglass 2826 |
|
Fe基超微晶合金 |
90 |
500 |
0.4 |
1.20 |
320 |
80 |
Finemet |
|
NiZn铁氧体 |
0.05~0.5 |
40~120 |
0.2~0.3 |
150~500 |
108 |
|||
MnZn铁氧体 |
2 |
2.5 |
48 |
0.35~0.4 |
170 |
8.107 |
电磁纯铁碳含量低于0.04%的铁和软钢,包括电工纯铁、电介铁和羰基铁。特点是饱和磁化强度高达2.15T,价格低廉,加工性能好等;但电阻率低,交变磁场下使用时涡流损耗大,只适于在静态下使用。主要用于作电磁铁心、极靴、继电器和扬声器的磁导体以及磁屏蔽罩等。
铁硅合金 含硅量为0.5%~4.8%的铁硅合金,一般以薄板形式生产,包括热轧硅钢,无取向冷轧硅钢和取向冷轧硅钢等。在铁中加入硅后可消除纯铁严重的磁时效现象,随着硅含量的增加,虽然磁饱和(饱和磁化强度)下降,但其电阻率和磁导率升高,矫顽力和涡流损耗减小,从而可扩大其在交流领域中的应用。由于价格低廉,已成为软磁合金的主导产品,广泛用于电力工业、机械电子和仪表工业作变压器、功率放大器、电感线圈、电机的定子和转子等。通常,将电磁纯铁和硅钢片统称为电工钢。
铁铝合金铝含量为6%~16%的铁铝合金,具有较好的软磁性能,不但磁导率和电阻率高,而且硬度高、耐磨性好。但性质较脆,难于轧制和冲压,使用受到影响。该合金主要用于磁头铁心和小型变压器、磁放大器、继电器的铁心等。
铁硅铝合金在二元铁铝合金中加入硅,可以使磁晶各向异性K1和磁致伸缩λs同时趋于零,从而获得高磁性能的铁硅铝软磁合金,命名为森达斯特合金。其典型成分为含硅9.6%,含铝5.4%,其余为铁。它的特点是具有特高的硬度,高的磁饱和(约为1T),高磁导率和高电阻率等特性;缺点是磁性对成分的起伏非常敏感,较脆,加工性能较差。该合金主要用于音频和视频磁头。
铁镍合金镍含量为30%~90%的铁镍合金,常称坡莫合金。在这一成分范围内,通过加入适量的合金化元素,并采用适当工艺,可获得高导磁、恒导磁、恒矩磁等不同磁特性的软磁合金。坡莫合金具有很高的塑性,可以冷轧成1μm的超薄带,是使用领域最广泛的一类软磁合金。它可以用在弱磁场下作铁芯和磁屏蔽,也可作低剩磁和恒磁导率的脉冲变压器和电感铁心,还可作高矩形比合金、热磁补偿合金及磁致伸缩合金等。其缺点是价格昂贵,在特高频的磁场下使用时损耗较大。
铁钴合金钴含量为27%~51%的铁钴合金,具有最高的饱和磁化强度,如35Co-Fe合金的饱和磁感应强度达到2.43T,比电磁纯铁的高13%。二元铁钴合金的力学性能不好,电阻率低,加入适量的铬、钒可改善加工性能,最适合作高饱和磁感材料和高性能软磁材料,主要用于极靴、电机转子和定子、变压器铁心等。
非晶态软磁合金一种无长程序、无结晶粒的合金,又称无定形金属或金属玻璃。具有软磁特性的非晶态合金的磁导率高、矫顽力小、对应力不敏感,且有耐蚀和高强度的特点。此外,其电阻率较高,可用于高频。缺点是它在一个较低的温度下会发生晶化,而且在更低的温度下会发生结构弛豫,使磁性发生变化,因此工作温度不宜过高,不宜超过100~150℃。非晶态软磁合金主要有两类:即金属-类金属型和金属-金属型。前者应用较多,它又分为钴基、铁基和铁镍基3类。非晶态软磁合金具有不同类型的磁特性,可取代其他软磁材料之用。
超微晶软磁合金80年代以来新发现的一种软磁合金。由小于50nm左右的结晶相和非晶态的晶界相组成,具有比晶态和非晶态合金更好的综合磁性能,不仅磁导率高、矫顽力低、损耗小,且饱和磁感高、稳定性好。如铁基超微晶合金,主要有FeCuNbSiB和FeZrB两种,与高镍的坡莫合金一样,可采用不同热处理工艺获得不同的磁性能。