鎳鐵軟磁合金-發(fā)展歷程
在低磁場下磁導(dǎo)率(μ)很高和矯頑力(Hc)很低的軟磁合金,含鎳30~90%或含有少量其他元素。1917年埃爾門(G.W.Elmen)發(fā)現(xiàn)(30~90)Ni-Fe合金在低、中磁場下具有較好的軟磁性能,其中78Ni-Fe的起始磁導(dǎo)率(μ0)*高,稱為坡莫合金(Permalloy)。1921年他又發(fā)現(xiàn)了含一定量鈷的Ni-Fe合金波尼瓦(Perminvar)恒磁導(dǎo)率合金,其剩磁(Br)和矯頑力低,在低磁場下磁導(dǎo)率幾乎不變,磁滯回線為蜂腰狀。1924年***(W.S.Smith)制成了含銅的高Ni-Fe合 金(錳游合金)Mumetal。1931年埃爾門又在78Ni-Fe合金中加入4%Mo以提高電阻率(ρ),并改進(jìn)了磁性能,簡化了熱處理操作,制成4-79鉬坡莫合金。1933年德國達(dá)爾 (O.Dahl)等制成Isoperm(50Ni-Fe)恒導(dǎo)磁合金。1934年埃利斯(W.G.Ellis)等制成 81 Ni-2 Mo-Fe 壓粉磁芯。**次世界大戰(zhàn)初期德國制成具有矩形回線的晶粒取向50 Ni-Fe合金,稱為Permenorm 5000 Z(美國稱為Deltamax)。1947年布斯利(O.L.Boothly)等制成起始磁導(dǎo)率和*大磁導(dǎo)率 (μm)*高的5-79鉬坡莫合金,稱為超坡莫合金(Super-malloy)。1956年美國豪 (G.H.Howe)制成矩形回線的65Ni-2 Mo-Fe合金,磁導(dǎo)率很高,矯頑力很低,稱為Dynamax。Ni-Fe系合金因鎳含量不同而具有不同的磁性。圖1和圖2表示鎳含量對 Ni-Fe合金的飽和磁感(Bs)、居里溫度 (Tc)和起始磁導(dǎo)率的影響。Ni-Fe系軟磁合金品種多、用途廣;各國和各生產(chǎn)廠家都有自己的牌號。從1961年起,中國-上海朝展金屬材料公司開始陸續(xù)生產(chǎn)具有各種性能的Ni-Fe軟磁合金。
高電阻率36Ni-Fe合金 電阻率約達(dá)75μΩ·cm,渦流損耗低、起始磁導(dǎo)率較低(2000~3000)且在低磁場下幾乎不變。34.5 Ni-Fe合金加入2%Mo,經(jīng)壓下率90%以上的冷軋和退火,獲得二次再結(jié)晶織構(gòu),可使飽和磁致伸縮降低,起始磁導(dǎo)率明顯提高 (55000),電阻率也提高到90μΩ·cm,適于在中頻下應(yīng)用。
高飽和磁感(45~60)Ni-Fe合金 飽和磁感約1.6T,起始磁導(dǎo)率較高(3000~6000)。通過約95%壓下率的冷軋和退火,得到二次再結(jié)晶織構(gòu),μ0可提高到10000。*常用的(47~50)Ni-Fe合金,磁場熱處理可使μ0和μm值進(jìn)一步提高3~4倍。
高導(dǎo)磁(74~82)Ni-Fe合金 起始磁導(dǎo)率為30000~100000,*大磁導(dǎo)率可達(dá)100000~300000以上,矯頑力很低。退火后的冷卻速度對磁晶各向異性和磁導(dǎo)率有很大影響,這和有序轉(zhuǎn)變形成FeNi3有序結(jié)構(gòu)有關(guān)。為了降低有序轉(zhuǎn)變速度和提高電阻率,常加入少量鉬、鉻和銅。鉬和鉻原子代替部分鐵原子,銅原子代替部分鎳原子,這些都可阻止FeNi3的形成,從而使熱處理操作簡化,以便增高磁導(dǎo)率。*常用的高導(dǎo)磁 Ni-Fe合金是4-79鉬坡莫合金,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。在高導(dǎo)磁Ni-Fe合金中加入2~3%Ti或3~7%Nb,形成極細(xì)的析出物,阻礙位錯(cuò)運(yùn)動,可提高硬度和耐磨性,并保持高磁導(dǎo)率,稱為硬坡莫合金,常用作磁頭材料。
高矩形比Ni-Fe合金 晶粒取向(增強(qiáng)磁晶各向異性)、磁場熱處理(感生單軸各向異)和大形變量冷加工(滑移感生各向異性 )都可使磁滯回線形狀改變,影響磁性。晶粒取向 50 Ni-Fe合金 (Deltamax和 Per-menorm 5000Z)是*重要的矩形回線材料。經(jīng)95%壓下率的冷軋和1000~1200℃初次再結(jié)晶退火得{100}<001>立方織構(gòu),其矩形比(Br/Bm)值很高。65Ni-Fe和65Ni-2.5Mo-Fe(Dynamax)合金經(jīng)冷軋和退火后,再經(jīng)磁場熱處理,其回線呈矩形,Br/Bm和μ 值很高,Hc值很低。合金中存在微量氧對磁場處理感生各向異性的形成有很大影響。因?yàn)檠蹩梢宰柚?font face="瀹嬩綋">FeNi3長程有序結(jié)構(gòu)的形成,有利于FeNi3原子對擇優(yōu)地按某一方向排列。4-79鉬坡莫合金或Mumetal合金經(jīng)磁場熱處理后也可以具有矩形回線。4-79鉬坡莫合金經(jīng)大于93%的壓下率冷軋成薄帶或99%的壓縮比冷拉成細(xì)絲,所形成的滑移感生各向異性也可使磁滯回線變成矩形。
恒導(dǎo)磁Ni-Fe合金 特點(diǎn)是低磁場下的磁導(dǎo)率不隨磁場強(qiáng)度變化,磁滯回線呈斜形,剩磁很低。50Ni-Fe的Isoperm合金(有時(shí)加入少量銅或鋁)經(jīng)90%以上的壓下率冷軋和1000℃退火,再經(jīng)50%壓下率的冷軋,沿軋向磁化,回線為斜形,Br值很低,磁導(dǎo)率幾乎不隨磁場大小而變,即具有恒導(dǎo)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合金經(jīng)橫向磁場熱處理后回線也呈斜形,磁導(dǎo)率更高而且恒定。含1%Mn的65Ni-Fe合金(中國牌號1J66)的磁導(dǎo)率穩(wěn)恒性、溫度穩(wěn)定性和有效磁導(dǎo)率等綜合性能*佳。
81Ni-2Mo-Fe合金壓粉磁芯 電阻率較高,可在300kHz頻率下使用,溫度穩(wěn)定性好,但磁導(dǎo)率較低。
Ni-Fe軟磁合金通常以帶材形式使用。0.15~0.35mm厚的帶材主要用來制作使用頻率為 50~400Hz的疊片鐵芯;0.10~0.25mm厚的,主要制作使用頻率低于25kHz的卷繞切割鐵芯和卷繞鐵芯;0.003~0.025mm的極薄帶則可用于制造使用頻率高達(dá)500kHz的軸繞鐵芯 。
鎳鐵軟磁合金-介紹
在外磁場作用下容易磁化、去除外磁場后磁感應(yīng)強(qiáng)度(磁感)又基本消失的磁性合金。磁滯回線面積小且窄,矯頑力(Hc)一般低于10 Oe。19世紀(jì)末用低碳鋼板制造電機(jī)和變壓器鐵芯。1900年磁性更高的硅鋼片很快取代了低碳鋼,用來制造電力工業(yè)的產(chǎn)品。1917年出現(xiàn)了Ni-Fe合金以適應(yīng)當(dāng)時(shí)電話系統(tǒng)的需要。后來又出現(xiàn)了具有不同磁特性的Fe-Co合金(1929)、Fe-Si-Al合金(1936)和Fe-Al合金(1950)以滿足特殊用途。中國于1953年開始生產(chǎn)熱軋硅鋼片。50年代末開始研究Ni-Fe和Fe-Co等軟磁合金,60年代陸續(xù)開始生產(chǎn)一些主要的軟磁合金。70年代開始生產(chǎn)冷軋硅鋼帶。
鎳鐵軟磁合金的主要磁特性 是:①矯頑力(Hc)和磁滯損耗(Wh)低;②電阻率(ρ)較高,渦流損耗(We)低;③起始磁導(dǎo)率(μ0)和*大磁導(dǎo)率(μm)高;某些合金在低磁場范圍內(nèi)磁導(dǎo)率(B/H)保持恒定;④飽和磁感(Bs)高;⑤某些合金磁滯回線呈矩形,矩形比即剩磁/*大磁感(Br/Bm)高。這些磁性能同合金的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和成分密切相關(guān)。合金中的碳、硫、氮和氧等雜質(zhì)對磁性特別有害,因?yàn)樗鼈兪咕Ц窕?,難以磁化,碳和氮還會引起磁時(shí)效 現(xiàn)象。軟磁合金一般要求成品晶粒尺寸大,以便降低Hc和Wh值 ,一般鐵磁性金屬的磁性隨晶軸方向不同而異,如鐵的<100>方向易于磁化,<111>方向難于磁化。因此控制晶粒取向可以在材料的特定方向獲得更好的磁性能。鐵的電阻率(ρ)低,添加某些合金元素可以提高ρ 值,加硅和鋁的效果*為明顯。在鐵中加入任何合金元素(除鈷外),都會使它的飽和磁感Bs降低。
鎳鐵軟磁合金主要種類 可分為低碳電工鋼和阿姆科鐵,硅鋼片,鎳鐵軟磁合金,鐵鈷軟磁合金,鐵硅鋁軟磁合金 等,在電力工業(yè)方面,主要采用在較高磁場下具有高磁感和低鐵芯損耗的合金。在電子工業(yè)方面,主要采用在低或中等磁場下具有高磁導(dǎo)率和低矯頑力的合金。在高頻下則須采用薄的帶材或更高電阻率的合金。一般都用板材或帶材。