金屬軟磁材料1

1、1.軟磁材料2.鐵硅系合金3.鐵硅鋁系合金 一.軟磁材料概述 軟磁材料-soft mgnetic material 具有低矯頑力和高磁導(dǎo)率的磁性材料。如硅鋼片、純鐵等。特點(diǎn)是易磁化、易去磁且磁滯回線較窄。軟磁材料常用來(lái)制作電機(jī)、變壓器、電磁鐵等電器的鐵心。軟磁材料易于磁化，廣泛用于電工設(shè)備和電子設(shè)備中。應(yīng)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。簡(jiǎn)史 RalphHadfield在英國(guó)中部Sheffield市，他父親的鋼鐵廠工作時(shí)，注意到一對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)著的齒輪，由于生產(chǎn)上的錯(cuò)誤，使硅含量過高(超過1.5%)而損壞。經(jīng)過多年的試驗(yàn)后，W.F.Barrett，W.Brown和B.A.Haf

2、field在19001903年間，寫出了揭示硅鐵的重要性的一系列論文。他們指出:加入硅和鋁可有效的降低鐵的磁滯損失并增加導(dǎo)磁率和電阻率。雖然鋁對(duì)鐵的影響和硅相似，但因鋁含有氧化物，使鋁鐵不能成為工業(yè)用的重要產(chǎn)品。 據(jù)上述的原因，制造者們都競(jìng)相生產(chǎn)工業(yè)上理想的鐵硅合金。生產(chǎn)工業(yè)用理想的硅鋼制品的能力，是世界電力工業(yè)發(fā)展的重要因素。軟磁材料 - 應(yīng)用 1.強(qiáng)電流器件的應(yīng)用，一般在準(zhǔn)靜態(tài)或低頻，大電流下使用；如電磁鐵，功率變壓器，電機(jī)等的鐵芯。 2.弱電流器件的應(yīng)用，一般在頻率較高，弱電流下使用。如通訊設(shè)備中接收天線線圈的磁芯，電子線路中的小變壓器鐵芯等。軟磁材料 - 性能 由于軟磁材料在不同的情況

3、下使用，因此，根據(jù)不同使用條件，它應(yīng)具備下面的不同性質(zhì)。在準(zhǔn)靜態(tài)或低頻電流下，它應(yīng)具備的性能為：1.在低磁場(chǎng)下，就能磁化達(dá)到它的飽和磁化強(qiáng)度的百分之80-90，即它的起始磁導(dǎo)率要高，而且飽和磁化強(qiáng)度也要高。2.沒有（盡可能?。┚w各向異性。3.磁致神縮常數(shù)要小，避免應(yīng)力使它產(chǎn)生各向異性；這類大都是金屬或合金軟磁材料。 如在交變磁場(chǎng)中使用，軟磁材料的磁滯迴線應(yīng)盡可能小。因磁損失和磁滯迴線的面積成正比。低頻時(shí)，要求軟磁材料有高起始磁導(dǎo)率，高飽和磁化強(qiáng)度和低矯頑力。但在較高頻率使用時(shí)，飽和磁化強(qiáng)度高的要求要受限制。在十分高頻使用時(shí)，由于渦流損失與頻率的平方成正比，故要求軟磁材料有高電阻是最重要的；大

4、都使用鐵氧體軟磁材料軟磁材料 - 類別 1.純鐵和鐵硅鋼，其矯頑力在2-100奧斯特之間；起始磁導(dǎo)率和飽和磁化強(qiáng)度的乘積等于1.6-2.3（T). 2.鐵鈷軟磁合金，其矯頑力在15-100奧斯特之間；起始磁導(dǎo)率和飽和磁化強(qiáng)度的乘積等于1.8-2.4（T). 3.鐵鎳合金：其矯頑力在0.5-10奧斯特之間。起始磁導(dǎo)率和飽和磁化強(qiáng)度的乘積等于0.6-1.5（T). 4.軟磁鐵氧體，其矯頑力在2-100之間，起始磁導(dǎo)率和飽和磁化強(qiáng)度的乘積等于0.1-0.4（T). 上世紀(jì)后期出現(xiàn)的非晶和微晶軟磁材料發(fā)展很快。主要因?yàn)檫@類軟磁沒有磁各向異性；而且電阻率高，非晶的矯頑力只有0.1奧斯特，僅為鐵硅鋼的十分

5、之一，磁滯迴線和損失都小。所以發(fā)展很快。而且還在發(fā)展中。二.鐵硅合金鐵硅合金 Fe-Si alloy 含硅0.5%4.5%的鐵合金。為硅在鐵中的置換固溶體，屬立方晶系。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.61.9T，鐵損18W/kg。除了沖片使用外，常做成薄帶，卷繞成鐵芯。采用冷軋或進(jìn)而熱處理的方法獲取結(jié)構(gòu)(晶粒定向排列)。電力工業(yè)中用于電機(jī)、變壓器等。電子工業(yè)中主要用于電源變壓器、磁放大器等。鐵硅相圖產(chǎn)品規(guī)格 硅鋼片為減少渦流損耗，需將鐵硅合金熱軋成0.35或0.5毫米的片材，沖成一定形狀，疊片使用，因此一般稱為硅鋼片。它在電力工業(yè)中的用量最大，所以也常叫電工鋼。 冷軋鐵硅合金帶，在沿軋制方向形成高斯織構(gòu)，

6、在軋制方向使用時(shí)能充分利用其磁性能，降低損耗。根據(jù)使用頻率不同，帶的厚度也不同（一般為0.020.2毫米）。實(shí)際應(yīng)用時(shí)要將冷軋鐵硅合金帶絕緣，卷繞，最后制成一定形狀（如E形，C形等）的磁芯。鐵硅合金鐵芯 電機(jī)變壓器變壓器 電源變壓器磁放大器磁放大器鐵硅合金的磁性能鐵硅合金的磁性能n鐵心損耗隨鐵心損耗隨Si Si含量上含量上升而下降，其主要原升而下降，其主要原因是可降低磁晶各向因是可降低磁晶各向異異性性能，通過高溫退能，通過高溫退火可火可消除有害雜質(zhì)和消除有害雜質(zhì)和缺陷（因壓縮缺陷（因壓縮 相范相范圍）以及提高電阻率。圍）以及提高電阻率。在高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度在高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度材料中，材料中，Si

7、Si含量對(duì)損含量對(duì)損耗的影響明顯。耗的影響明顯。鐵硅合金的飽和磁致伸縮系數(shù)鐵硅合金的飽和磁致伸縮系數(shù)s、電阻率電阻率、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、磁、磁晶各向異性常數(shù)晶各向異性常數(shù)K1、居里溫度、居里溫度TC等等磁性能隨硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化磁性能隨硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化n幾種不同混合比例且經(jīng)退火幾種不同混合比例且經(jīng)退火處理的鐵硅混合粉末與商用處理的鐵硅混合粉末與商用Fe87Si13混合粉末在不同頻率混合粉末在不同頻率下的磁導(dǎo)率下的磁導(dǎo)率n給出了5.858.2GHz頻段鐵硅混合粉末的磁導(dǎo)率。除了Fe87Si13混合粉末之外，其他樣品均為機(jī)械混合，并對(duì)其進(jìn)行300的退火處理。其中Fe75Si25的磁

8、導(dǎo)率最高，接近于純鐵，而工業(yè)品的Fe87Si13卻很低，這表明鐵硅合金的磁性能與制造工藝也有很大關(guān)系。 當(dāng)當(dāng)Si含量為含量為6.5wt%時(shí)，其磁導(dǎo)時(shí)，其磁導(dǎo)率高，矯頑力低，磁滯損耗低，率高，矯頑力低，磁滯損耗低，電阻率高，磁致伸縮極小，經(jīng)過電阻率高，磁致伸縮極小，經(jīng)過單輥單輥（gn）法淬火處理的鐵硅法淬火處理的鐵硅合金可用作變壓器鐵心。研究發(fā)合金可用作變壓器鐵心。研究發(fā)現(xiàn)，鑄造出的合金不具有取向性，現(xiàn)，鑄造出的合金不具有取向性，1373K的溫度下處理的溫度下處理1h，可使合，可使合金再結(jié)晶，形成再結(jié)晶組織，從金再結(jié)晶，形成再結(jié)晶組織，從而改善合金的磁性能，提高了磁而改善合金的磁性能，提高了磁導(dǎo)

9、率并且降低了矯頑力。導(dǎo)率并且降低了矯頑力。 鐵硅合金晶體的鐵硅合金晶體的001方向是易方向是易磁化方向，因此，除了提高硅含磁化方向，因此，除了提高硅含量、減小片材厚度及控制磁疇結(jié)量、減小片材厚度及控制磁疇結(jié)構(gòu)等方法可以降低鐵損外，還可構(gòu)等方法可以降低鐵損外，還可通過冷軋和退火的辦法獲得通過冷軋和退火的辦法獲得001方向的擇優(yōu)取向來(lái)獲得高性能取方向的擇優(yōu)取向來(lái)獲得高性能取向硅鋼片。向硅鋼片。同時(shí)退火溫度和速率也會(huì)影響到同時(shí)退火溫度和速率也會(huì)影響到Fe87Si13的磁性能，其中的磁性能，其中500油淬火樣品的磁性能最優(yōu)，損耗油淬火樣品的磁性能最優(yōu)，損耗低，相對(duì)磁導(dǎo)率高。低，相對(duì)磁導(dǎo)率高。當(dāng)代研究成

10、果展示 鐵硅合金的放電等離子燒結(jié)行為鐵硅合金的放電等離子燒結(jié)行為：以霧化以霧化Fe粉粉和和FeSi合金粉末為原料合金粉末為原料,采用放電等離子燒結(jié)采用放電等離子燒結(jié)(SPS)制備制備Fe-6.5%Si高硅硅鋼片高硅硅鋼片,通過通過XRD,SEM等測(cè)試手段對(duì)樣品進(jìn)行分析。結(jié)果等測(cè)試手段對(duì)樣品進(jìn)行分析。結(jié)果表明表明,鐵硅合金的燒結(jié)過程可以分為鐵硅合金的燒結(jié)過程可以分為4個(gè)階段個(gè)階段;當(dāng)當(dāng)溫度為溫度為1 100時(shí)氣孔率為時(shí)氣孔率為1.48%;燒結(jié)過程中燒結(jié)過程中主要發(fā)生以主要發(fā)生以Fe3Si顆粒為核心反應(yīng)擴(kuò)散顆粒為核心反應(yīng)擴(kuò)散,燒結(jié)初燒結(jié)初期為顆粒間的緊密結(jié)合期為顆粒間的緊密結(jié)合,燒結(jié)中期顆粒的界面

11、處燒結(jié)中期顆粒的界面處有有Fe3Si相生成相生成,形成形成FeSi過渡層過渡層,燒結(jié)后期直接燒結(jié)后期直接形成了形成了Fe(Si)的單一固溶體相。的單一固溶體相。 當(dāng)代研究成果展示 低能離子束方法制備磁性低能離子束方法制備磁性Fe-Si合金薄膜合金薄膜：利用質(zhì)量分離的低能離子束技術(shù)利用質(zhì)量分離的低能離子束技術(shù),獲得了獲得了磁性磁性Fe Si合金薄膜。利用俄歇電子能譜合金薄膜。利用俄歇電子能譜法法(AES)、X射線衍射法射線衍射法(XRD)以及交變以及交變梯度樣品磁強(qiáng)計(jì)梯度樣品磁強(qiáng)計(jì)(AGM)測(cè)試了樣品的組測(cè)試了樣品的組分、結(jié)構(gòu)以及磁特性。測(cè)試結(jié)果表明在分、結(jié)構(gòu)以及磁特性。測(cè)試結(jié)果表明在室溫下制備

12、的室溫下制備的Fe Si合金是合金是Fe組分漸變的組分漸變的非晶薄膜非晶薄膜,具有室溫鐵磁性。當(dāng)襯底溫度具有室溫鐵磁性。當(dāng)襯底溫度為為300時(shí)制備的非晶時(shí)制備的非晶Fe Si薄膜中有薄膜中有Fe硅化物硅化物FeSi相產(chǎn)生相產(chǎn)生,樣品的鐵磁性被抑制。樣品的鐵磁性被抑制。 當(dāng)代研究成果展示 Fe-Si合金的機(jī)械合金化及其相變研究合金的機(jī)械合金化及其相變研究：為了探討機(jī)械：為了探討機(jī)械合金化法制備合金化法制備Fe-Si合金的有效性合金的有效性,研究了研究了Fe-Si的機(jī)械的機(jī)械合金化及其相變合金化及其相變.用掃描電子顯微鏡、用掃描電子顯微鏡、X射線能譜儀和射線能譜儀和X射線衍射儀研究了射線衍射儀研究

13、了Fe-Si粉體的機(jī)械合金化過程粉體的機(jī)械合金化過程,結(jié)果表結(jié)果表明明:球磨初期球磨初期,韌性的韌性的Fe粉體磨成塊狀粉體磨成塊狀,脆性的脆性的Si粉體磨粉體磨成小顆粒成小顆粒;隨著球磨強(qiáng)度的增加隨著球磨強(qiáng)度的增加,韌性的韌性的Fe粉體形成層粉體形成層片狀而脆性的片狀而脆性的Si顆粒則分布在顆粒則分布在Fe的層片間或?qū)悠系膶悠g或?qū)悠?最最后后, Fe-Si粉體通過原子擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)機(jī)械合金化粉體通過原子擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)機(jī)械合金化.因此因此, Fe, Si粉體在球磨機(jī)轉(zhuǎn)速粉體在球磨機(jī)轉(zhuǎn)速400r/min、球料比、球料比40 1的條件下的條件下,球磨球磨15h可以合金化可以合金化.機(jī)械合金化后的機(jī)械合金化

14、后的Fe-Si合金經(jīng)過合金經(jīng)過1 243K退火退火1h可得到單相的可得到單相的-FeSi2;機(jī)械合金化后的機(jī)械合金化后的Fe-Si合金經(jīng)過合金經(jīng)過1 243K退火退火1h再冷卻到再冷卻到1 073K保溫保溫1h可得到單相的可得到單相的-FeSi2.因而因而,單相的單相的-FeSi2或或-FeSi2可通過對(duì)機(jī)械合金化的可通過對(duì)機(jī)械合金化的Fe-Si合金進(jìn)行熱處理獲得合金進(jìn)行熱處理獲得. 當(dāng)代研究成果展示 太陽(yáng)能專用鐵硅合金軟磁材料及其制造方法太陽(yáng)能專用鐵硅合金軟磁材料及其制造方法：本發(fā)明涉及磁性物體的制造方法本發(fā)明涉及磁性物體的制造方法,尤其涉及種太尤其涉及種太陽(yáng)能專用鐵硅合金軟磁材料及其制造方

15、法。太陽(yáng)能專用鐵硅合金軟磁材料及其制造方法。太陽(yáng)能專用鐵硅合金軟磁材料陽(yáng)能專用鐵硅合金軟磁材料,該鐵硅合金軟磁材該鐵硅合金軟磁材料由以下的組分壓制成型：鐵硅粉末料由以下的組分壓制成型：鐵硅粉末,其中其中Si的的重量含量為重量含量為2%8%,余量為余量為Fe；對(duì)鐵硅粉末；對(duì)鐵硅粉末表面處理的磷酸表面處理的磷酸,為鐵硅合金粉末重量的為鐵硅合金粉末重量的1.0%1.5%；酚醛樹脂；酚醛樹脂,為鐵硅合金粉末重量為鐵硅合金粉末重量的的0.3%0.8%。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、制、制作工藝簡(jiǎn)單作工藝簡(jiǎn)單,使用設(shè)備簡(jiǎn)單；使用設(shè)備簡(jiǎn)單；2、采用價(jià)低的鐵、采用價(jià)低的鐵硅粉末硅粉末,生產(chǎn)成本

16、大大降低；生產(chǎn)成本大大降低；3、采用此種方法、采用此種方法制作的產(chǎn)品制作的產(chǎn)品,具有良好的電感量具有良好的電感量,較高的品質(zhì)因較高的品質(zhì)因數(shù)數(shù),較低的功率損耗值；較低的功率損耗值；4、在較高的溫度條件、在較高的溫度條件下下,鐵硅合金仍能保持優(yōu)異的軟磁性能。鐵硅合金仍能保持優(yōu)異的軟磁性能。當(dāng)代研究成果展示 鐵硅合金(XFLUX)提供中低頻率的電感器和扼流圈下一種經(jīng)濟(jì)型的高飽和度(1.6T) 解決方案。高飽和度有利于在負(fù)載設(shè)計(jì)下電感是關(guān)鍵的應(yīng)用，如使用新能源(太陽(yáng)能/風(fēng)能/混合動(dòng)力)的變頻器，功率因數(shù)校正推動(dòng)，和不間斷電源UPS 。 鐵硅合金磁粉芯具有分布式氣隙，由6.5的硅鐵粉末制成，其磁芯損耗

17、比鐵粉芯更低。 鐵硅(Fe-Si)合金復(fù)合磁粉芯三.鐵硅鋁合金 鐵硅鋁合金是由85%鐵,9%硅,6%鋁的合金粉末,經(jīng)過特殊工藝處理.壓制成環(huán)狀或E型磁粉芯，市場(chǎng)上通常稱之為Kool M磁粉芯或Sendust磁粉芯.在二元鐵鋁合金中加入硅獲得。其硬度、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁導(dǎo)率和電阻率都較高。缺點(diǎn)是磁性能對(duì)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。鐵硅鋁系合金具有高起始磁導(dǎo)率的軟磁合金。典型成分為含硅、鋁、鐵。 鐵硅鋁系合金分為Sendust合金和 Supersendust合金兩類。前者的標(biāo)準(zhǔn)成分是9 .6%Si 一5.4%Al一Fe，后者的標(biāo)準(zhǔn)成分是6%Si一4%Al一3.2% N

18、i一Fe。Sendust合金的磁性對(duì)成分、合金的純度以及熱處理工藝極為敏感。它與高Ni 坡莫合金一樣。 Supersendust合金對(duì)磁場(chǎng)處理敏感。應(yīng)用Fe一51一Al系合金由于價(jià)廉，起始磁導(dǎo)率和飽和磁感強(qiáng)度Bs較高，硬度（HV）和電阻率戶也高，耐磨性好，適合用作磁頭材料，特別是與高矯頑力的金屬 磁帶匹配使用的錄音或錄象磁頭；也可作價(jià)廉的磁卡磁頭芯片材料?；咎卣骰咎卣?.鐵硅鋁合金原材料中不含貴金屬,如Ni,M0 ,成本低于含Ni的高磁通磁粉芯和鐵鎳鉬磁粉芯。價(jià)格比鐵粉芯略貴些。 磁滯系數(shù)低,可制成低噪聲濾波器。 2.鐵硅鋁合金磁粉芯，溫度穩(wěn)定性好,溫度系數(shù)可與其他電容構(gòu)成復(fù)合部件，有很好

19、的溫度補(bǔ)償作用。 3.鐵硅鋁合金磁粉芯最大磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到10500高斯。 4.鐵硅鋁合金磁粉芯損耗低,遠(yuǎn)低于鐵粉芯。高頻工作條件下，磁粉芯的溫升還遠(yuǎn)低于鐵粉芯,可以和MPP和High Flux磁粉芯相比。 5.鐵硅鋁合金磁粉芯有很好的直流迭加特性，可在大電流狀態(tài)下工作。應(yīng)用應(yīng)用1) 開關(guān)調(diào)整器電感.EMB最適合于用在開關(guān)電源儲(chǔ)能源電感中。有高達(dá)10500高斯和磁感比開口鐵氧體的能量?jī)?chǔ)存能力高，磁粉芯溫升比鐵粉芯低得多,在同樣應(yīng)用前提下,比鐵粉芯尺寸小。 2) 線性噪聲濾波器 EMB磁粉芯是可做的理想的線性噪聲濾波器,它與鐵氧體磁芯相比有較小的尺寸，可用較少的線圈，磁芯的伸縮接近于零,所以用在音頻范圍內(nèi), 降低噪聲。 3) 功率因數(shù)校正脈沖變