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    衡陽市金則利特種合金股份有限公司

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  • 軟磁材料電磁閥鐵芯材料信息
    發(fā)布時(shí)間:2012-04-07 來源:本站 點(diǎn)擊數(shù):421

    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(duì)于磁感應(yīng)強(qiáng)度以及磁極化強(qiáng)度具有低矯頑性的磁性材料。 應(yīng)用學(xué)科:電力(一級(jí)學(xué)科);通論(二級(jí)學(xué)科) 定義2:矯頑力相當(dāng)小,磁導(dǎo)率相當(dāng)高的磁性材料。 應(yīng)用學(xué)科:機(jī)械工程(一級(jí)學(xué)科);儀器儀表材料(二級(jí)學(xué)科);磁性材料(儀器儀表)(三級(jí)學(xué)科) 以上內(nèi)容由全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定公布
    求助編輯百科名片
        軟磁材料軟磁材料的定義:當(dāng)磁化發(fā)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(chǎng)實(shí)現(xiàn)最大的磁化強(qiáng)度。

    目錄

    軟磁材料主要特點(diǎn)
    軟磁材料按成分分類
    常用磁性能參數(shù)
    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(fù)合材料
    軟磁材料主要特點(diǎn)
    軟磁材料按成分分類
    常用磁性能參數(shù)
    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(fù)合材料
    展開 軟磁材料主要特點(diǎn)
      軟磁材料(soft magnetic material)具有低矯頑力和高磁導(dǎo)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(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 。
    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(diǎn)是飽和磁化強(qiáng)度高,價(jià)格低廉,加工性能好;但其電阻率低、在交變磁場(chǎng)下渦流損耗大,只適于靜態(tài)下使用,如制造電磁鐵芯、極靴、繼電器和揚(yáng)聲器磁導(dǎo)體、磁屏蔽罩等。   ②鐵硅系合金。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(shí)間而變化的現(xiàn)象。隨著硅含量增加,熱導(dǎo)率降低,脆性增加,飽和磁化強(qiáng)度下降,但其電阻率和磁導(dǎo)率高,矯頑力和渦流損耗減小,從而可應(yīng)用到交流領(lǐng)域,制造電機(jī)、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(dǎo)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(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。  ?、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(dāng)工藝,可控制磁性能,獲得高導(dǎo)磁、恒導(dǎo)磁、矩磁等軟磁材料。其塑性高,對(duì)應(yīng)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。   ⑥鐵鈷系合金。鈷含量27%~50%。具有較高的飽和磁化強(qiáng)度,電阻率低。適于制造極靴、電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子、小型變壓器鐵芯等。   ⑦軟磁鐵氧體。非金屬亞鐵磁性軟磁材料。電阻率高(10-2~1010Ω·m ),飽和磁化強(qiáng)度比金屬低,價(jià)格低廉,廣泛用作電感元件和變壓器元件(見鐵氧體)。  ?、喾蔷B(tài)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(dǎo)率和電阻率高,矯頑力小,對(duì)應(yīng)力不敏感,不存在由晶體結(jié)構(gòu)引起的磁晶各向異性,具有耐蝕和高強(qiáng)度等特點(diǎn)。此外,其居里點(diǎn)比晶態(tài)軟磁材料低得多,電能損耗大為降低,是一種正在開發(fā)利用的新型軟磁材料。  ?、岢⒕к洿藕辖稹?0世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)的一種軟磁材料。由小于50納米左右的結(jié)晶相和非晶態(tài)的晶界相組成,具有比晶態(tài)和非晶態(tài)合金更好的綜合性能,不僅磁導(dǎo)率高、矯頑力低、鐵損耗小,且飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好?,F(xiàn)主要研究的是鐵基超微晶合金。
    常用磁性能參數(shù)
      飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs:其大小取決于材料的成分,它所對(duì)應(yīng)的物理狀態(tài)是材料內(nèi)部的磁化矢量整齊排列。   剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br:是磁滯回線上的特征參數(shù),H回到0時(shí)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(zhì)、應(yīng)力等)。   磁導(dǎo)率μ:是磁滯回線上任何點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的B與H的比值,與器件工作狀態(tài)密切相關(guān)。   初始磁導(dǎo)率μi、最大磁導(dǎo)率μm、微分磁導(dǎo)率μd、振幅磁導(dǎo)率μa、有效磁導(dǎo)率μe、脈沖磁導(dǎo)率μp。   居里溫度Tc:鐵磁物質(zhì)的磁化強(qiáng)度隨溫度升高而下降,達(dá)到某一溫度時(shí),自發(fā)磁化消失,轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?,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(guān)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(diǎn)是:飽和磁通密度低,磁導(dǎo)率低,居里溫度低,中高頻損耗低,成本低。前三個(gè)低是它的缺點(diǎn),限制了它的使用范圍,現(xiàn)在正在努力改進(jìn)。后兩個(gè)低是它的優(yōu)點(diǎn),有利于進(jìn)入高頻市場(chǎng),現(xiàn)在正在努力擴(kuò)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(nèi)金寧生產(chǎn)的JP4E也達(dá)到300mW/cm3。   不斷地提高工作頻率,是另一個(gè)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(nèi)金寧的JP5,天通的TP5A工作頻率都達(dá)到 500kHz至1.5MHz。東磁的DMR1.2K的工作頻率甚至超越3MHz,達(dá)到5.64MHz。   磁導(dǎo)率是軟磁鐵氧體的弱項(xiàng)?,F(xiàn)在國內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品一般為10000左右。國外TDK公司的H5C5,Philips公司的3E9,分別達(dá)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(yàn)結(jié)果表明,可以大大降低鐵氧體的制造能耗和成本。國內(nèi)已有試驗(yàn)成功的報(bào)導(dǎo)。
    非晶和納米晶合金
      鐵基非晶合金在工頻和中頻領(lǐng)域,正在和硅鋼競(jìng)爭。鐵基非晶合金和硅鋼相比,有以下優(yōu)缺點(diǎn)。   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(rèn)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(gè)方面,更主要的原因是鐵基非晶合金是非晶態(tài),原子排列是隨機(jī)的,不存在原子定向排列產(chǎn)生的磁晶各向異性,也不存在產(chǎn)生局部變形和成分偏移的晶粒邊界。因此,妨礙疇壁運(yùn)動(dòng)和磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)的能量壁壘非常小,具有前所未有的軟磁性,所以磁導(dǎo)率高,矯頑力小,損耗低。   2)鐵基非晶合金磁芯填充系數(shù)為0.84~0.86,與硅鋼填充系數(shù)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(duì)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(fù)載損耗(銅損)都一樣,負(fù)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(nèi)一般人所認(rèn)同的拋開變壓器的損耗水平,籠統(tǒng)地談?wù)撹F基非晶合金工頻變壓器的重量、成本和價(jià)格,是硅鋼工頻變壓器的130%~150%,并不符合市場(chǎng)要求的性能價(jià)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(jià)格,進(jìn)行比較。另一種方法是對(duì)鐵基非晶合金工頻變壓器的損耗降低瓦數(shù),折合成貨幣進(jìn)行補(bǔ)償。每瓦空載損耗折合成5~11美元,相當(dāng)于人民幣 42~92元。每瓦負(fù)載損耗折合成0.7~1.0美元,相當(dāng)于人民幣6~8.3元。例如一個(gè)50Hz,5kVA單相變壓器用硅鋼磁芯,報(bào)價(jià)為1700元/ 臺(tái);空載損耗28W,按60元人民幣/W計(jì),為1680元;負(fù)載損耗110W,按8元人民幣/W計(jì),為880元;則,總的評(píng)估價(jià)為4260元/臺(tái)。用鐵基非晶合金磁芯,報(bào)價(jià)為2500元/臺(tái);空載損耗6W,折合成人民幣360元;負(fù)載損耗110W,折合成人民幣880元,總的評(píng)估價(jià)為3740元/臺(tái)。如果不考慮損耗,單計(jì)算報(bào)價(jià),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(píng)估價(jià)為89%。   5)現(xiàn)在測(cè)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(jìn)行的。而實(shí)際的工頻電網(wǎng)畸變?yōu)?%。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?yōu)?5%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(qiáng)。   6)鐵基非晶合金的磁致伸縮系數(shù)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(xiàn)行市場(chǎng)上,鐵基非晶合金帶材價(jià)格是0.23mm3%取向硅鋼的150%,是0.15mm3%取向硅鋼(經(jīng)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(chǎn)廠制造。硅鋼磁芯一般由變壓器生產(chǎn)廠制造。   根據(jù)以上比較,只要達(dá)到一定生產(chǎn)規(guī)模,鐵基非晶合金在工頻范圍內(nèi)的電子變壓器中將取代部分硅鋼市場(chǎng)。在400Hz至10kHz中頻范圍內(nèi),即使有新的硅鋼品種出現(xiàn),鐵基非晶合金仍將會(huì)取代大部分0.15mm以下厚度的硅鋼市場(chǎng)。   值得注意的是,日本正在大力開發(fā)FeMB系非晶合金和納米晶合金,其Bs可達(dá)1.7~1.8T,而且損耗為現(xiàn)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(dá)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(jìng)爭者。日本預(yù)計(jì)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(chǎn)。   非晶納米晶合金在中高頻領(lǐng)域中,正在和軟磁鐵氧體競(jìng)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(dá)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(yōu)勢(shì)。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(chǎng)。   非晶納米晶合金經(jīng)過20多年的推廣應(yīng)用,已經(jīng)證明其具有下述優(yōu)點(diǎn):   1)不存在時(shí)效穩(wěn)定性問題,納米晶合金在200℃以下,鈷基非晶合金在100℃以下,經(jīng)過長期使用,性能無顯著變化;   2)溫度穩(wěn)定性比軟磁鐵氧體好,在-55℃至150℃范圍內(nèi),磁性能變化5%~10%,而且可逆;
    軟磁復(fù)合材料
      經(jīng)過爭論,現(xiàn)在對(duì)磁粉芯等已經(jīng)取得了一致認(rèn)識(shí),即認(rèn)為它屬于軟磁復(fù)合材料。軟磁復(fù)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(tǒng)的金屬軟磁合金和鐵氧體材料相比,它有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):磁性金屬粒子分散在非導(dǎo)體物件中,可以減少高頻渦流損耗,提高應(yīng)用頻率;既可以采取熱壓法加工成粉芯,也可以利用現(xiàn)在的塑料工程技術(shù),注塑制造成復(fù)雜形狀的磁體;具有密度小,重量輕,生產(chǎn)效率高,成本低,產(chǎn)品重復(fù)性和一致性好等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是由于磁性粒子之間被非磁性體分開,磁路隔斷,磁導(dǎo)率現(xiàn)在一般在100以內(nèi)。不過,采用納米技術(shù)和其他措施,國外已有磁導(dǎo)率超過1000的報(bào)導(dǎo),最大可達(dá)6000。   軟磁復(fù)合材料的磁導(dǎo)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(jù)工作頻率可以進(jìn)行調(diào)整。   磁粉芯是軟磁復(fù)合材料的典型例子?,F(xiàn)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(huán)形磁芯,在氫氣中用673°K,773°K,873°K退火,使磁導(dǎo)率達(dá)到100,300,600。在 100kHz下?lián)p耗低,已經(jīng)代替軟磁鐵氧體和MPP磁粉芯用于電感器中。   已經(jīng)有人對(duì)大功率電源的電感器用軟磁復(fù)合材料——磁粉芯進(jìn)行了開發(fā)研究。在20kHz以下,磁導(dǎo)率基本不變。在1.0T下,磁導(dǎo)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(huán)形鐵氧體磁芯降低10dB。可以在大功率電源中代替硅鋼和軟磁鐵氧體。   有人用鈷/二氧化硅(Co/SiO2)納米復(fù)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(jīng)過攪拌后,退火形成Co/SiO2納米復(fù)合粉,然后壓制成環(huán)形磁芯。磁導(dǎo)率在300MHz以下,都可達(dá)到16。鎳鋅鐵氧體的磁導(dǎo)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(fù)合材料也可取代部分鐵氧體市場(chǎng)。[1]



    衡陽市金則利特種合金股份有限公司成立于1999年,公司主營耐蝕軟磁合金,為湖南省高新技術(shù)企業(yè)。公司自成立以來,即致力于耐蝕軟磁合金的研發(fā)。公司已具備年產(chǎn)耐蝕軟磁合金8000噸的生產(chǎn)能力。

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