第三章金属磁性材料(软磁)
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• 涡流损耗-软磁材料在交流下磁化时,由于电阻率很低而
产生的强大涡电流,最后以焦耳热的形式散失的能量损耗.
• 降低涡流损耗的途径
– 将软磁合金扎制成薄片,薄片之间保持良好的绝缘,,做成 叠层铁心.
– 趋肤效应-铁片的厚度不能超过趋肤深度.
• 反常损耗-磁导率的变化,磁畴结构的变化导致局 部磁通的变化, 而形成微观涡流损耗.铁硅合金相图 Nhomakorabea相图可以看出
• 随着合金含硅量的增加，α→γ的转变温度上升，γ→δ的 转变温度下降，两者在大约2.5% Si处相交，形成一封闭 的“γ回线”。
• 3.2%Si-Fe合金来说，当温度从室温上升到熔点的过程中， 不会发生任何结构转变，并始终保持单一的体心立方结构， 这对在较高温度下进行再结晶退火十分有利，同时，当温 度从高温缓慢冷却到室温时，又不会象纯铁那样受到 δ→γ和γ →α转变的干扰，因此这种合金很容易制成单晶。
• γ回线的大小对合金的含C量十分敏感。对铁硅合金，应 使含C下降到0.01%以下。
Fe的晶体结构
⑴ 常压下，温度＜910℃, 为体心立方（bcc）， 铁磁性的α－Fe， 居里温度为770 ℃ ， 易磁化方向为<100>, 难磁化方向为<111>
⑵910 ℃ ＜温度＜1400℃ 面心立方, 顺磁性的γ－Fe
第三章 金属磁性材料(软磁)
上节内容回顾 本节主要内容
知识点 作业
上节内容回顾
• 1.1 原子的磁性 • 1.2 大块材料的磁性 • 1.3 交换作用与强磁性 • 1.4 强磁性形成条件及磁性的分类 • 1.5 磁性材料中的磁畴结构 • 1.6 多畴结构的成因 • 1.7 影响磁畴结构的因素 • 1.8 磁化过程 • 1.9 磁化过程的阻滞
本节主要内容
• 3.1 金属软磁材料
– 3.1.1 软磁材料的重要指标 – 3.1.2 纯铁和低碳钢 – 3.1.3 铁硅合金 – 3.1.4 镍铁合金 – 3.1.5 非晶态软磁合金 – 3.1.6 软磁合金应用举例
概述
• 软磁材-soft magnetic material 具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。软
二、应用
作金属磁性材料的重要原料 在直流磁场中，作为恒定磁场中的磁导体。如作磁极和磁屏蔽。
工业纯铁-分类
1、电解铁
含有0.05~0.02%C、 Mn ≤0.01%、 P≤0.005%、S≤0.004%、 Al≤0.01%、Cu≤0.015%。电磁性能：μi=500、μm=1500、 Br=1.05(T)、Hc=0.35(×79.6A/m)、ρ=9.6(×10-8 Ω.m)
3.1.1 软磁材料的重要指标
• 静态应用：
– 磁化曲线 – 饱和磁感应强度 – 磁导率（初始磁导率和最大磁导率）
• 动态应用：
– 高的饱和磁感应强度 – 磁导率 – 较低的能量损耗
交流应用中的能量损耗
• 磁滞损耗-软磁材料在交流下磁化时,每周期所损耗的部
分能量可用磁滞回线的面积来衡量.P=K·A·f; P=C·f·Bm1.6.
– 在67%Ni附近，由于点阵距离刚好满足出现最大的交换 能，故居里温度出现最大值。
• 饱和磁感应强度
– 由于镍原子的玻尔磁子数比铁小，所以0~20%Ni之间， Bs随含镍量的增加而下降。在20~35%Ni范围内，由于 出现了非磁性相，Bs发生突变而迅速一降。
3.1.5 非晶态软磁合金
• 非晶态合金的获得 • 非晶态软磁合金的特性 • 非晶态软磁合金的缺点 • 钴基非晶态软磁合金 • 铁基非晶态软磁合金 • 铁镍基非晶态软磁合金 • 热处理工艺对非晶态软磁合金性能的影响 • 非晶态软磁合金的应用
铁镍合金相图
铁镍合金相图
由相图可以看出
• 含镍量从30%到100%的镍铁合金在室温下是由单一的面 心立方结构的γ相组成。
• 在合金含量小于30%时，γ相在较低温度下可通过马氏体 相变转变为体心立方的α相，这种结构转变有明显的热滞 现象，即升温时的α→γ转变温度和降温时γ→α的转变温 度不重合。两相区难以确定。
金属磁性材料
• 金属和合金组成的金属磁性材料 • 金属氧化物组成的铁氧体磁性材料 • 金属磁性的内部原子结构包括:晶态和非晶
态 • 金属磁性材料分为:软磁合金,硬磁合金,矩磁
合金和压磁合金. • 把矫顽力小于0.8kA/m的材料称为软磁合金，
而把矫顽力大于0.8kA/m的材料称为硬磁合 金。
3.1.1 软磁材料的重要指标
硅钢片的制备
• 非取向硅钢片
– 热轧硅钢片 – 冷轧硅钢片
• 晶粒取向硅钢片
– 单取向硅钢片－戈斯织构 – (110)[001] – 双取向硅钢片－立方织构 – (100)[001]
3.1.4 镍铁合金
一、概述 含Ni为30%~90%的铁-镍系软磁合金一般 统称为坡莫合金（或叵姆合金）。
1、特点
某些软磁合金的典型磁性能（合金已完全退火）
工业纯铁的室温性能
3.1.3 铁硅合金
• 铁硅合金也称硅钢、硅钢片或电工钢片。是最 重要的铁芯材料。
• 铁硅合金作为铁芯材料，具有比纯铁更低的铁 芯损耗。
• 1900—1930年，炼钢和热轧加工技术 • 1934~60年 晶粒取向、热处理、玻璃涂层 • 1983~至今年 辐射
的重量有利。 • 硅促进钢中碳的石墨化，退火时钢的脱碳倾向增加，同时还可以与钢中的
O2合成SiO2，使钢脱氧。这样可使损耗下降，磁性能改善，而且避免碳和 氧所引起的老化现象。 • 硅钢的磁性对温度、振动及应力等敏感性较少，具有较高的稳定性。 • 饱和磁感应强度和居里温度均随含硅量的增加而下降。 • 硬度增加、延伸率、冲击韧性下降。加工困难。
2、阿姆柯铁
含C ≤ 0.025%、 Mn ≤0.035%、 P≤0.015%、S≤0.05%、 Cu≤0.08%。磁性能：μi=2000~5000、μm=6000~15000、 Hc=0.5 ~1.5(×79.6A/m)
3、羰基铁
由Fe（Co）5分解而成，纯度高。磁性能：μi=2000~3000、 μm=20000~21500、Br=0.5 ~1.0(T)、Hc=0.08(×79.6A/m)、 ρ=9.6(×10-8 Ω.m)
• 在相当于Ni3Fe成分处会发生有序和无序相转变。有序化 转变温度在506℃。
合金成分对电磁性能的影响
合金成分对电磁性能的影响
合金成分对电磁性能的影响
• 居里温度
– 在含Ni量为0~10%和65~100%两个成分范围内，居里温 度随镍含量的增加而下降。
– 当含镍量为35%左右时，由于非磁性相的出现，居里温 度急剧下降。
磁性材料的性能可以采用两类不同的参量 来描述：
• 结构不灵敏量：饱和磁化强度Ms，居里温 度Tc，饱和磁致伸缩系数λs，磁晶各向异 性常数K1，K2，电阻率ρ，―材料的基本 常数―由材料的成分所决定.
• 结构灵敏量：磁导率μ，矫顽力Hc，铁芯功 率损耗P―由掺杂、晶粒取向、晶粒尺寸等 “外部”因素决定.
– 成份范围很窄，性能可以通过成份和热处理工 艺来调整，可以满足各种要求
– 加工性能好 – 低和中等磁场下具有较高的磁导率和很低的矫
顽力
镍铁合金-分类
含Ni量：低镍合金小于45% 中镍合金45%~70% 高镍合金70%~80%
用途：磁芯材料 热敏材料 磁头材料
磁性能：高磁导率铁镍合金 高矩磁铁镍合金 恒磁导率铁镍合金
193460年晶粒取向热处理玻璃涂层1983至今年辐射铁硅合金相图由相图可以看出随着合金含硅量的增加的转变温度上升的转变温度下降两者在大约25si处相交形成一封闭32sife合金来说当温度从室温上升到熔点的过程中不会发生任何结构转变并始终保持单一的体心立方结构这对在较高温度下进行再结晶退火十分有利同时当温度从高温缓慢冷却到室温时又不会象纯铁那样受到回线的大小对合金的含c量十分敏感
4、真空热处理
在真空气氛（乇以下）保护下进行高温退火，可消除材料 的应力，并去除部分杂质，比普通退火好。
作用：
– 防止材料在热处理中氧化 – 防止在材料热处理中渗入杂质 – 在热处理中帮助去除杂质，特别是气态杂质 – 消除应力
缺点：
– 在真空气氛下，合金某些成分易挥发，使成分偏离 – 工艺复杂，成本高
度为0.5mm和0.65mm两种。
工业纯铁
一、特点
纯度在99.8%以上的铁，不含任何故意添加的合金元素。 室温性能：Bs=2.15(T),居里点Tc=770℃,μm=20000, ρ=0.1×10-6(Ω·m)。 杂质对其性能有较大影响。
碳含量低 矫顽力低 磁导率高 导热性和加工性好 有一定的耐腐蚀性和价格便宜 电阻率低，不能在交流磁场中应用
⑶温度＜1400℃ 体心立方 顺磁性的δ－Fe
硅对合金性能的影响
硅对合金性能的影响
• 硅的加入可以降低铁硅合金的磁晶各向异性常数，同时随着硅含量的增大， 饱和磁致伸缩系数可以逐渐趋于零。这对提高磁导率和降低矫顽力是有利 的。
• 添加硅可以提高合金的电阻率。这对降低涡流损耗特别重要。 • 铁硅合金的密度随含硅量增大而下降，制成铁芯后，对减轻变压器和电机
5、氢气热处理
在H2气氛保护下进行高温退火
作用：
– 防止材料在热处理中氧化 – 防止在材料在热处理中渗入杂质 – 在热处理中去除杂质 – 消除应力
缺点：
– 要求氢气纯高，成本高 – 温度和氢气流量较难控制
3.1.2 纯铁和低碳钢
• 纯铁－纯度在99.8wt％以上的铁。 • C、N、O和S杂质对纯铁影响最大，它们占据体
3、高温退火
将磁性材料加热到一定温度，保温一定时间，随后缓慢冷却到室温， 得到接近平衡组织的热处理过程。 作用： – 消除应力，改善金属和合金的内部组织结构。 退火过程中，材料结构变化分为两个阶段：恢复和再结晶 – 恢复——原子在晶粒范围内活动，晶格恢复完整，晶粒大小不变。 – 再结晶——在高温下，晶粒长大，材料应力进一步下降。
例如：
含镍量为79%左右的镍铁合金经特殊的热处理后，初 始磁导率和最大磁导率可以比铁-硅合金高几倍至几百倍， 但其Ms却只有后者的一半左右。
2、有效方法，使K1→0，λs→0
– 控制成分，使K1→0，λs→0，甚至同时为零。使磁导率大大提高。
– 控制有序相和无序相的比例。 – 控制配方 – 控制冷速
• 2.交流应用中的能量损耗和较低能量损耗的 方法
• 3.铁硅合金－硅钢 • 4.镍铁合金－坡莫合金－permalloy • 5. 非晶态软磁合金
作业
• 1．简述软磁材料的重要指标及提高软磁性 能的措施
• 2．简述铁硅合金
心立方中铁原子间的间隙位置，导致晶格畸变， 产生内应力，使纯铁的磁导率下降、矫顽力上升。 析出物使磁性能不断变坏。
• 实验室采用真空熔炼、电子束容量和区域提纯。 工业采用氢气退火的方法。
• 工业纯铁的热轧或冷轧板材经退火，由于再结晶 和晶粒长大，可以使磁导率和矫顽力得到改善。
• 低碳钢指含碳量小于0.1wt％的铁碳合金。 • 实际用的低碳钢带，含碳量约0.05～0.8wt％。厚
非晶态合金的获得
• 急冷
非晶态软磁合金的特性
非晶态软磁合金的缺点
非晶态软磁合金的应用
• 变压器 • 电机 • 开关电源 • 漏电保护器 • 磁屏蔽 • 磁分离介质
3.1.6 软磁合金应用举例
• 常用软磁元器件 • 电磁感应 • 磁屏蔽 • 磁性力 • 矩形磁滞回线
知识点
• 1.软磁材料的重要指标
磁材料易于磁化，也易于退磁，广泛用于 电工设备和电子设备中。应用最多的软磁 材料是铁硅合金(硅钢片)以及各种软磁铁氧 体等 。
软磁材料分类
• ①纯铁和低碳钢 • ②铁硅系合金 • ③铁铝系合金 • ④铁硅铝系合金 • ⑤镍铁系合金 • ⑥铁钴系合金 • ⑦软磁铁氧体 • ⑧非晶态软磁合金 • ⑨超微晶软磁合金
• 降低能量损耗
i
0M s2
K eff
1 3
d
– 1.采用叠片铁芯使叠片与叠片之间有良好的绝缘性
– 2.提高材料本身的电阻率-ρ
– 3.减小叠片厚度 – 4.改善晶体取向
KeffK1Ku2 3s
提高初始磁导率的表达式
提高饱和磁化强度Ms
– Ms主要由材料的成分决定，而所有软磁材料都含有铁， 要想在很大程度上提高饱和磁化强度是不可能的。提 高Ms不能作为改善磁性能的主要途径。
交流应用中的能量损耗
冷轧晶粒取向 硅钢在Bm=1.6T 时沿轧向的铁芯 损失随外加交变 场频率的变化
提高软磁合金磁性能的基本途径
• 提高初始磁导率
– 1.提高饱和磁化强度-Ms
i
0
M
2 s
K eff
– 2.降低各向异性常数K1及磁致伸缩系数λ-Keff – 3.降低杂质或空泡含量-β、d
– 4.降低内应力-σ – 5.增大晶粒尺寸-L
产生的强大涡电流,最后以焦耳热的形式散失的能量损耗.
• 降低涡流损耗的途径
– 将软磁合金扎制成薄片,薄片之间保持良好的绝缘,,做成 叠层铁心.
– 趋肤效应-铁片的厚度不能超过趋肤深度.
• 反常损耗-磁导率的变化,磁畴结构的变化导致局 部磁通的变化, 而形成微观涡流损耗.铁硅合金相图 Nhomakorabea相图可以看出
• 随着合金含硅量的增加，α→γ的转变温度上升，γ→δ的 转变温度下降，两者在大约2.5% Si处相交，形成一封闭 的“γ回线”。
• 3.2%Si-Fe合金来说，当温度从室温上升到熔点的过程中， 不会发生任何结构转变，并始终保持单一的体心立方结构， 这对在较高温度下进行再结晶退火十分有利，同时，当温 度从高温缓慢冷却到室温时，又不会象纯铁那样受到 δ→γ和γ →α转变的干扰，因此这种合金很容易制成单晶。
• γ回线的大小对合金的含C量十分敏感。对铁硅合金，应 使含C下降到0.01%以下。
Fe的晶体结构
⑴ 常压下，温度＜910℃, 为体心立方（bcc）， 铁磁性的α－Fe， 居里温度为770 ℃ ， 易磁化方向为<100>, 难磁化方向为<111>
⑵910 ℃ ＜温度＜1400℃ 面心立方, 顺磁性的γ－Fe
第三章 金属磁性材料(软磁)
上节内容回顾 本节主要内容
知识点 作业
上节内容回顾
• 1.1 原子的磁性 • 1.2 大块材料的磁性 • 1.3 交换作用与强磁性 • 1.4 强磁性形成条件及磁性的分类 • 1.5 磁性材料中的磁畴结构 • 1.6 多畴结构的成因 • 1.7 影响磁畴结构的因素 • 1.8 磁化过程 • 1.9 磁化过程的阻滞
本节主要内容
• 3.1 金属软磁材料
– 3.1.1 软磁材料的重要指标 – 3.1.2 纯铁和低碳钢 – 3.1.3 铁硅合金 – 3.1.4 镍铁合金 – 3.1.5 非晶态软磁合金 – 3.1.6 软磁合金应用举例
概述
• 软磁材-soft magnetic material 具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。软
二、应用
作金属磁性材料的重要原料 在直流磁场中，作为恒定磁场中的磁导体。如作磁极和磁屏蔽。
工业纯铁-分类
1、电解铁
含有0.05~0.02%C、 Mn ≤0.01%、 P≤0.005%、S≤0.004%、 Al≤0.01%、Cu≤0.015%。电磁性能：μi=500、μm=1500、 Br=1.05(T)、Hc=0.35(×79.6A/m)、ρ=9.6(×10-8 Ω.m)
3.1.1 软磁材料的重要指标
• 静态应用：
– 磁化曲线 – 饱和磁感应强度 – 磁导率（初始磁导率和最大磁导率）
• 动态应用：
– 高的饱和磁感应强度 – 磁导率 – 较低的能量损耗
交流应用中的能量损耗
• 磁滞损耗-软磁材料在交流下磁化时,每周期所损耗的部
分能量可用磁滞回线的面积来衡量.P=K·A·f; P=C·f·Bm1.6.
– 在67%Ni附近，由于点阵距离刚好满足出现最大的交换 能，故居里温度出现最大值。
• 饱和磁感应强度
– 由于镍原子的玻尔磁子数比铁小，所以0~20%Ni之间， Bs随含镍量的增加而下降。在20~35%Ni范围内，由于 出现了非磁性相，Bs发生突变而迅速一降。
3.1.5 非晶态软磁合金
• 非晶态合金的获得 • 非晶态软磁合金的特性 • 非晶态软磁合金的缺点 • 钴基非晶态软磁合金 • 铁基非晶态软磁合金 • 铁镍基非晶态软磁合金 • 热处理工艺对非晶态软磁合金性能的影响 • 非晶态软磁合金的应用
铁镍合金相图
铁镍合金相图
由相图可以看出
• 含镍量从30%到100%的镍铁合金在室温下是由单一的面 心立方结构的γ相组成。
• 在合金含量小于30%时，γ相在较低温度下可通过马氏体 相变转变为体心立方的α相，这种结构转变有明显的热滞 现象，即升温时的α→γ转变温度和降温时γ→α的转变温 度不重合。两相区难以确定。
金属磁性材料
• 金属和合金组成的金属磁性材料 • 金属氧化物组成的铁氧体磁性材料 • 金属磁性的内部原子结构包括:晶态和非晶
态 • 金属磁性材料分为:软磁合金,硬磁合金,矩磁
合金和压磁合金. • 把矫顽力小于0.8kA/m的材料称为软磁合金，
而把矫顽力大于0.8kA/m的材料称为硬磁合 金。
3.1.1 软磁材料的重要指标
硅钢片的制备
• 非取向硅钢片
– 热轧硅钢片 – 冷轧硅钢片
• 晶粒取向硅钢片
– 单取向硅钢片－戈斯织构 – (110)[001] – 双取向硅钢片－立方织构 – (100)[001]
3.1.4 镍铁合金
一、概述 含Ni为30%~90%的铁-镍系软磁合金一般 统称为坡莫合金（或叵姆合金）。
1、特点
某些软磁合金的典型磁性能（合金已完全退火）
工业纯铁的室温性能
3.1.3 铁硅合金
• 铁硅合金也称硅钢、硅钢片或电工钢片。是最 重要的铁芯材料。
• 铁硅合金作为铁芯材料，具有比纯铁更低的铁 芯损耗。
• 1900—1930年，炼钢和热轧加工技术 • 1934~60年 晶粒取向、热处理、玻璃涂层 • 1983~至今年 辐射
的重量有利。 • 硅促进钢中碳的石墨化，退火时钢的脱碳倾向增加，同时还可以与钢中的
O2合成SiO2，使钢脱氧。这样可使损耗下降，磁性能改善，而且避免碳和 氧所引起的老化现象。 • 硅钢的磁性对温度、振动及应力等敏感性较少，具有较高的稳定性。 • 饱和磁感应强度和居里温度均随含硅量的增加而下降。 • 硬度增加、延伸率、冲击韧性下降。加工困难。
2、阿姆柯铁
含C ≤ 0.025%、 Mn ≤0.035%、 P≤0.015%、S≤0.05%、 Cu≤0.08%。磁性能：μi=2000~5000、μm=6000~15000、 Hc=0.5 ~1.5(×79.6A/m)
3、羰基铁
由Fe（Co）5分解而成，纯度高。磁性能：μi=2000~3000、 μm=20000~21500、Br=0.5 ~1.0(T)、Hc=0.08(×79.6A/m)、 ρ=9.6(×10-8 Ω.m)
• 在相当于Ni3Fe成分处会发生有序和无序相转变。有序化 转变温度在506℃。
合金成分对电磁性能的影响
合金成分对电磁性能的影响
合金成分对电磁性能的影响
• 居里温度
– 在含Ni量为0~10%和65~100%两个成分范围内，居里温 度随镍含量的增加而下降。
– 当含镍量为35%左右时，由于非磁性相的出现，居里温 度急剧下降。
磁性材料的性能可以采用两类不同的参量 来描述：
• 结构不灵敏量：饱和磁化强度Ms，居里温 度Tc，饱和磁致伸缩系数λs，磁晶各向异 性常数K1，K2，电阻率ρ，―材料的基本 常数―由材料的成分所决定.
• 结构灵敏量：磁导率μ，矫顽力Hc，铁芯功 率损耗P―由掺杂、晶粒取向、晶粒尺寸等 “外部”因素决定.
– 成份范围很窄，性能可以通过成份和热处理工 艺来调整，可以满足各种要求
– 加工性能好 – 低和中等磁场下具有较高的磁导率和很低的矫
顽力
镍铁合金-分类
含Ni量：低镍合金小于45% 中镍合金45%~70% 高镍合金70%~80%
用途：磁芯材料 热敏材料 磁头材料
磁性能：高磁导率铁镍合金 高矩磁铁镍合金 恒磁导率铁镍合金
193460年晶粒取向热处理玻璃涂层1983至今年辐射铁硅合金相图由相图可以看出随着合金含硅量的增加的转变温度上升的转变温度下降两者在大约25si处相交形成一封闭32sife合金来说当温度从室温上升到熔点的过程中不会发生任何结构转变并始终保持单一的体心立方结构这对在较高温度下进行再结晶退火十分有利同时当温度从高温缓慢冷却到室温时又不会象纯铁那样受到回线的大小对合金的含c量十分敏感
4、真空热处理
在真空气氛（乇以下）保护下进行高温退火，可消除材料 的应力，并去除部分杂质，比普通退火好。
作用：
– 防止材料在热处理中氧化 – 防止在材料热处理中渗入杂质 – 在热处理中帮助去除杂质，特别是气态杂质 – 消除应力
缺点：
– 在真空气氛下，合金某些成分易挥发，使成分偏离 – 工艺复杂，成本高
度为0.5mm和0.65mm两种。
工业纯铁
一、特点
纯度在99.8%以上的铁，不含任何故意添加的合金元素。 室温性能：Bs=2.15(T),居里点Tc=770℃,μm=20000, ρ=0.1×10-6(Ω·m)。 杂质对其性能有较大影响。
碳含量低 矫顽力低 磁导率高 导热性和加工性好 有一定的耐腐蚀性和价格便宜 电阻率低，不能在交流磁场中应用
⑶温度＜1400℃ 体心立方 顺磁性的δ－Fe
硅对合金性能的影响
硅对合金性能的影响
• 硅的加入可以降低铁硅合金的磁晶各向异性常数，同时随着硅含量的增大， 饱和磁致伸缩系数可以逐渐趋于零。这对提高磁导率和降低矫顽力是有利 的。
• 添加硅可以提高合金的电阻率。这对降低涡流损耗特别重要。 • 铁硅合金的密度随含硅量增大而下降，制成铁芯后，对减轻变压器和电机
5、氢气热处理
在H2气氛保护下进行高温退火
作用：
– 防止材料在热处理中氧化 – 防止在材料在热处理中渗入杂质 – 在热处理中去除杂质 – 消除应力
缺点：
– 要求氢气纯高，成本高 – 温度和氢气流量较难控制
3.1.2 纯铁和低碳钢
• 纯铁－纯度在99.8wt％以上的铁。 • C、N、O和S杂质对纯铁影响最大，它们占据体
3、高温退火
将磁性材料加热到一定温度，保温一定时间，随后缓慢冷却到室温， 得到接近平衡组织的热处理过程。 作用： – 消除应力，改善金属和合金的内部组织结构。 退火过程中，材料结构变化分为两个阶段：恢复和再结晶 – 恢复——原子在晶粒范围内活动，晶格恢复完整，晶粒大小不变。 – 再结晶——在高温下，晶粒长大，材料应力进一步下降。
例如：
含镍量为79%左右的镍铁合金经特殊的热处理后，初 始磁导率和最大磁导率可以比铁-硅合金高几倍至几百倍， 但其Ms却只有后者的一半左右。
2、有效方法，使K1→0，λs→0
– 控制成分，使K1→0，λs→0，甚至同时为零。使磁导率大大提高。
– 控制有序相和无序相的比例。 – 控制配方 – 控制冷速
• 2.交流应用中的能量损耗和较低能量损耗的 方法
• 3.铁硅合金－硅钢 • 4.镍铁合金－坡莫合金－permalloy • 5. 非晶态软磁合金
作业
• 1．简述软磁材料的重要指标及提高软磁性 能的措施
• 2．简述铁硅合金
心立方中铁原子间的间隙位置，导致晶格畸变， 产生内应力，使纯铁的磁导率下降、矫顽力上升。 析出物使磁性能不断变坏。
• 实验室采用真空熔炼、电子束容量和区域提纯。 工业采用氢气退火的方法。
• 工业纯铁的热轧或冷轧板材经退火，由于再结晶 和晶粒长大，可以使磁导率和矫顽力得到改善。
• 低碳钢指含碳量小于0.1wt％的铁碳合金。 • 实际用的低碳钢带，含碳量约0.05～0.8wt％。厚
非晶态合金的获得
• 急冷
非晶态软磁合金的特性
非晶态软磁合金的缺点
非晶态软磁合金的应用
• 变压器 • 电机 • 开关电源 • 漏电保护器 • 磁屏蔽 • 磁分离介质
3.1.6 软磁合金应用举例
• 常用软磁元器件 • 电磁感应 • 磁屏蔽 • 磁性力 • 矩形磁滞回线
知识点
• 1.软磁材料的重要指标
磁材料易于磁化，也易于退磁，广泛用于 电工设备和电子设备中。应用最多的软磁 材料是铁硅合金(硅钢片)以及各种软磁铁氧 体等 。
软磁材料分类
• ①纯铁和低碳钢 • ②铁硅系合金 • ③铁铝系合金 • ④铁硅铝系合金 • ⑤镍铁系合金 • ⑥铁钴系合金 • ⑦软磁铁氧体 • ⑧非晶态软磁合金 • ⑨超微晶软磁合金
• 降低能量损耗
i
0M s2
K eff
1 3
d
– 1.采用叠片铁芯使叠片与叠片之间有良好的绝缘性
– 2.提高材料本身的电阻率-ρ
– 3.减小叠片厚度 – 4.改善晶体取向
KeffK1Ku2 3s
提高初始磁导率的表达式
提高饱和磁化强度Ms
– Ms主要由材料的成分决定，而所有软磁材料都含有铁， 要想在很大程度上提高饱和磁化强度是不可能的。提 高Ms不能作为改善磁性能的主要途径。
交流应用中的能量损耗
冷轧晶粒取向 硅钢在Bm=1.6T 时沿轧向的铁芯 损失随外加交变 场频率的变化
提高软磁合金磁性能的基本途径
• 提高初始磁导率
– 1.提高饱和磁化强度-Ms
i
0
M
2 s
K eff
– 2.降低各向异性常数K1及磁致伸缩系数λ-Keff – 3.降低杂质或空泡含量-β、d
– 4.降低内应力-σ – 5.增大晶粒尺寸-L