土木专业建筑学磁性功能材料二第一课时随堂讲义

0.75
高电阻率材料
第2种 ，磁导率的上
（PD-2） 升率小（变换
器等）
98%以上的冷
矩形磁滞回线
40 000
1.5
0.82.4
0.4
轧变形+退火 第1种 材料（环型铁 （再结晶组 （PE-1） 芯，变换器等
织
）
2 000 1.5 0.8
0.4
(001)[001], 矩形磁滞回
线
第2种 （PE-2）
提高其磁导率。
矩形磁滞回线Ni-Fe-M多元系软磁合金
65Ni-2Mo（Mn）-Fe合金Tc较高（约 600℃），经过真空轧制和纵向磁场热 （在T≤Tc附近的温度施加一定强度的磁场， 磁场方向与轧制方向即应用方向平行）处 理后，可获得矩形磁滞回线的合金。
磁存储材料是电子计算机存储器所用的 磁性材料。较早应用的是磁滞回线接近 矩形的矩磁材料，利用其两个剩磁态+Br 和-Br表示计算机中的“1”和“0”状态
第二章 磁性功能材料
第二节 软磁材料
2.1 概述 2.2 电工纯铁和电工钢 2.3 Fe-Ni合金 2.4 Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金 2.5 铁氧体软磁材料 2.6 非晶，纳米晶软磁材料
2.1 概述 （一）发展历史 （二）定义，基本要求 （三）分类 2.2 电工纯铁和电工钢 2.3 Fe-Ni合金 2.4 Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金 2.5 铁氧体软磁材料 2.6 非晶，纳米晶软磁材料
在高温时固溶的 碳成为过饱和的 间隙原子，造成 晶格畸变，产生 附加的内应力；
以Fe3C的微粒析 出，钉扎畴壁
防止磁时效发生的途径：
高温，氢气中退火 降低金属中C含量； 缓慢退火，Fe3C足够的时间长大； 人工时效
对于其他杂质，改进熔炼工艺，钢液真空处理，尽量 减少杂质
2. 冷加工在材料内部产生缺陷和应力，导致矫顽 力提高，磁导率下降。
（wt%70~80%
之外，还含 Mo坡莫合金 Fe-79Ni-4Mn
有其他一些
特殊成分
超坡莫合金 Fe-79Ni-5Mo
坡莫合金 PD(wt%:3 36坡莫合金 5~40%)
Fe-36Ni
坡莫合金PE （wt%
45%~55%)
Permenom 5000Z
Deltamax
Fe-50Ni Fe-50Ni
几种有代表性的Ni-Fe-M合金
79Ni-4~6Mo-Fe 矩形磁滞回线Ni-Fe-M多元系软磁合金 低剩磁和恒导磁合金 硬坡莫合金 ……
79Ni-4~6Mo-Fe
少量Mo代替Fe，使得电阻 率提高，Tc和Bs稍有下降， 但是Ni3Fe有序化温度也有 所下降，抑制了有序化， 从而可以用一般的冷速得 到无序的Ni3（FeMo）合金 ，使得λs，K趋于0，大大
0.55
1000℃退火+ 合适冷却速
度
第2种 （PC-S ）
超高磁导率材 料（环形铁芯 ，变换器等）
600 000 0.63 0.16
0.6
1300℃退火+ 合适冷却速
度
第3种 （PC-T）
高磁导率材料 ，具有优良的 信号保真性（
磁头等）
第1种 （PD-1）
高电阻率，高 磁导率材料（ 变换器等）
20 000 1.5 1.6
再结晶退火
用途：直流电机和电磁铁铁芯，继电器铁芯，永久磁 路中的导磁体和磁屏蔽，电话中磁屏蔽，电机中用以 导引直流磁通的磁极等。
直流电机铁 芯
2.1 概述 2.2 电工纯铁和电工钢 （一）电工纯铁 （二）电工钢 2.3 Fe-Ni合金 2.4 Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金 2.5 铁氧体软磁材料 2.6 非晶，纳米晶软磁材料
高磁感取向硅钢 （B）方案 MnSe+Sb 1350～1370 900～950 60-70 850～950 60～70
（在湿H2+N2中） （820～900）×50hr+（1180～1200）
项目
类别
硅含量（wt%） 公称厚度/mm
热轧硅钢板（无取 向）
热轧低硅钢（热轧电机钢） 热轧高硅钢（热轧变压器钢）
（一）电工纯铁
指纯度在99.8%以上的铁，且不含有任何故意添加的合金 化元素。
最早，最常用 资源丰富、价格低廉，具有良好的可加工 性。
牌号
DT1 DT2 DT3 DT4
名称
沸腾纯铁 高纯度沸腾纯铁
镇静纯铁 无时效镇静纯铁
表2-3 国产纯铁的化学成分（质量分数）（%）
C 0.04 0.025 0.04
Si 0.03 0.02 0.20
Mn 0.10 0.035 0.20
化学成分不大于
S
P
Ni
0.030 0.015 0.20
0.025 0.015 0.20
0.015 0.020 0.20
0.025 0.20 0.15 0.015 0.015 0.20
Cr 0.10 0.10 0.10
0.10
Cu 0.15 0.15 0.20
1.0-2.5 3.0-4.5
0.50 0.35和0.50
冷轧电工钢板
无取向电工钢 （冷轧电机钢）
低碳电工钢 硅钢
取向硅钢 普通取向硅钢
（冷轧变压器钢
）
高磁感取向硅
钢
<0.5
0.35和0.50
>0.5~3.2
0.35和0.50
2.9~3.3 2.9~3.3
0.20,0.23,0.27 0.30和0.50
（三）软磁材料的分类：
按材料的成分 电工纯铁 Fe-Si合金 Ni-Fe合金 Fe-Al合金 Fe-Co合金 ……
晶态 非晶态 纳米晶
2.1 概述 2.2 电工纯铁和电工钢 （一）电工纯铁 （二）电工钢 2.3 Fe-Ni合金 2.4 Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金 2.5 铁氧体软磁材料 2.6 非晶，纳米晶软磁材料
初始磁导率 μi
8 000 2 500 4 000 2 000 3 000 2 000 40 000 20 000 20 000
10 000
3 000
500
500
磁学特性
最大磁导 率μmax
饱和磁通 密度Bs/T
矫顽力 Hc
(A/m)
电阻率 (ρ/(μΩ.m)
制作工艺条 件
按JIS C2531， 各种坡莫合金 的特色及用途
低剩磁和恒导磁合金
65Ni-1Mn-Fe合金，经真空冶炼， 冷轧到一定厚度的薄带后，经横向 磁场处理（在T≤Tc附近的温度施加 一定强度的磁场，磁场方向与轧面 方向平行但与轧制方向垂直）后， 即可获得恒导磁和低剩磁的合金。
按JIS2531的 分类及记号
坡莫合金
材料名
78坡莫合金 45坡莫合金
组成 （Fe为余量
中间退火温度/℃ 第二次冷轧压下率/%
脱碳退火温度/℃ 高温退火温度/℃
普通取向硅钢
MnS（或MnSe） 1350～1370
不常化或900～950 70
850～950 50～55
1180～1200
（A）方案 AlN+MnS 12பைடு நூலகம்0～1400 1100～1150 85～87
800～850 1180～1200
矩形磁滞回线 刺啦（变换器
等）
2.1 概述 2.2 电工纯铁和电工钢 2.3 Fe-Ni合金 2.4 Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金 2.5 铁氧体软磁材料 2.6 非晶，纳米晶软磁材料
2.4 Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金 Fe-Al系软磁合金
在纯铁的基础上加入（0-33wt%）Al形成 α-Fe（Al）固溶体，具有BCC结构。
影响Fe-Si合金磁性能的因素
1. Si的含量 磁性能 机械性能
2. 杂质元素——越低越好
3. 晶粒的取向类型和取向度
普通取向硅钢 偏离角 7°， Bs=1.82-1.85T 高磁感取向硅钢 偏离角3°， Bs=1.92-1.95T
主要工艺
抑制剂 铸坯加热温度/℃
常化温度/℃ 第一次冷轧压下率/%
100 000 0.86
4
0.16 600℃急冷
25 000 1.6 2.4 70 000 1.6 0.4
0.45 0.4
1050℃退火 1200℃氢气
氛退火
第1种 （PB-N）
高磁通密度材 料（继电器， 变换器等）
35 000 1.5 0.8
0.8
1125℃氢气
高磁导率材料
35 000 1.1 0.8
Ni含量在81%左右时，λs=0 Ni含量在76%左右时，K=0 Ni含量在50%左右时，Bs=1.6T 最高 在Ni3Fe成分点附近，有一个有序-无序转变，
缓冷时形成Ni3Fe有序相，使得K增大，
高初始磁导磁合金： 高磁感应强度合金：
通过调整Ni含量、添加第三、第四组元， 或者采用磁场热处理（形成纵向或横向畴结构）、应力 热处理等手段，Ni-Fe合金可作成高导磁合金，高起始导 磁率合金，高矩形比合金，恒导磁率合金等。
（二）电工钢（Fe-Si合金）
Fe-Si合金主要指低C（C≤0.015%，最好是≤0.005%与低 Si（Si+Al≤1%） 和Si含量在0.5%-6.5%范围内的Fe-Si软 磁合金。
（C<0.02%，Si: 1.5%～4.5%的合金）
Fe-Si相图
Si在Fe的溶解度为15%，存在、、（FeSi）、 （Fe5Si3）相。只有是铁磁性的。 BCC结构，<001>方向易磁化方向，<111>难磁化 方向
在13.9%和32.6%处形成有序化合物Fe3Al和 FeAl。在12%Al附近，处于有序态时，K趋
合金牌号 品种 厚度
于0，λ 可高达100x10 ，可作为磁致伸缩材 s 料。 1316 热轧薄板 0.35
μi 6000
-6 μmax Hc （A/m) B(T)
Bs(T)
λs
30000
3.98
0.65（B30 ）
6000 7000 9000 12000
磁感应值（T）不小于
B400
B800
B2000
B4000
1.4 1.5 1.67 1.71
B8000 1.8
影响电工纯铁性能的主要因素
1. 杂质元素 C, N, O, Mn, S, P, Ni, Cr，Cu，Al 等。
磁时效现象：电工纯铁在长期使用过程中磁导率逐步下 降，矫顽力上升（有时可达30%-50%）的现象。
0.20
Al
0.55 0.20~0.5
5
磁性等级
普通 高级 特级 超级
牌号
DT3、DT4、DT5、DT6、DT8 DT3A、DT4A、DT5A、DT6A、DT8A
DT4E DT4C、DT6C
表2-4 国产电工纯铁的磁性（YB200-75）
Hc/ A·m-1 不大于
96 72 48 32
μm 不小于
（一）发展历史
能够迅速的响应外磁场的变化，低损耗的获得 高磁感应强度
既容易磁化，又容易退磁
功能：能量、信息的转换、传输和存储的作用。
应用广泛，使用最多 电工纯铁，硅钢，坡莫合金： 发电机和电动机的定子和转子 变压器、电感器、继电器和镇流器的铁芯
软磁铁氧体： 变压器、磁头、开关等 非晶，纳米晶
2.1 概述 （一）发展历史 （二）定义，基本要求 （三）分类 2.2 电工纯铁和电工钢 2.3 Fe-Ni合金 2.4 Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金 2.5 铁氧体软磁材料 2.6 非晶，纳米晶软磁材料
电工钢板的分类
2.1 概述 2.2 电工纯铁和电工钢 2.3 Fe-Ni合金 2.4 Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金 2.5 铁氧体软磁材料 2.6 非晶，纳米晶软磁材料
2.3 Ni-Fe系软磁合金
是指含镍量在35% 至90%的镍铁合金 。
Fe-Ni合金的磁性能随成分变化关系图：
0.9
氛退火
第2种 ，高磁通密度
20 000 1.5 3.2
0.6
1050℃退火
（PC-S）
材料（继电器 ，变换器等）
100 000 0.6 0.2
100 000 0.52
4
0.6 0.6
1100℃氢气 氛退火
1175℃氢气 氛退火
第1种 （PC-N）
高磁导率材料 ，变换器，磁
屏蔽等）
100 000 0.87 0.5
） Fe78.5Ni
Fe45Ni
坡莫合金PB （wt：40～
50%）
Hipemik
Monimax Sinimax
Fe50Ni
Fe-47Ni-3Mo Fe-43Ni-3Si
Radio metal Fe-45Ni-5Cu
1040 Alloy
Fe-72Ni14Cu-3Mo
坡莫合金PC Mumetal
Fe-77Ni5Cu-2Cr
（二）定义，基本要求
软磁材料是具有低矫顽力、高磁导率的材料。
基本要求： （1）高的饱和磁感应强度 （2）低的矫顽力 （3）高的磁导率（μi，μmax） （4）稳定性要好 （5）损耗低
2.1 概述 （一）发展历史 （二）定义，基本要求 （三）分类 2.2 电工纯铁和电工钢 2.3 Fe-Ni合金 2.4 Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金 2.5 铁氧体软磁材料 2.6 非晶，纳米晶软磁材料