金属软磁材料

铁硅相图
产品规格
• ①硅钢片为减少涡流损耗，需将铁硅合金热轧成 0.35或0.5毫米的片材，冲成一定形状，叠片使用， 因此一般称为硅钢片。它在电力工业中的用量最 大，所以也常叫电工钢。 • ②冷轧铁硅合金带，在沿轧制方向形成高斯织构， 在轧制方向使用时能充分利用其磁性能，降低损 耗。根据使用频率不同，带的厚度也不同（一般 为0.02—0.2毫米）。实际应用时要将冷轧铁硅合 金带绝缘，卷绕，最后制成一定形状（如E形，C 形等）的磁芯。

几种不同混合比例且经退火 处理的铁硅混合粉末与商用 Fe87Si13混合粉末在不同频率 下的磁导率

给出了5.85～8.2GHz 频段铁硅混合粉末的 磁导率。除了 Fe87Si13混合粉末之 外，其他样品均为机 械混合，并对其进行 300℃的退火处理。 其中Fe75Si25的磁导 率最高，接近于纯铁， 而工业品的Fe87Si13 却很低，这表明铁硅 合金的磁性能与制造 工艺也有很大关系。
软磁材料 - 类别
• 1.纯铁和铁硅钢，其矫顽力在2-100奥斯特之间； 起始磁导率和饱和磁化强度的乘积等于1.6-2.3 （T). • 2.铁鈷软磁合金，其矫顽力在15-100奥斯特之间； 起始磁导率和饱和磁化强度的乘积等于1.8-2.4 （T). • 3.铁镍合金：其矫顽力在0.5-10奥斯特之间。起 始磁导率和饱和磁化强度的乘积等于0.6-1.5（T). • 4.软磁铁氧体，其矫顽力在2-100之间，起始磁导 率和饱和磁化强度的乘积等于0.1-0.4（T).
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• 低能离子束方法制备磁性Fe-Si合金薄膜： 利用质量分离的低能离子束技术,获得了 磁性Fe Si合金薄膜。利用俄歇电子能谱 法(AES)、X射线衍射法(XRD)以及交变 梯度样品磁强计(AGM)测试了样品的组 分、结构以及磁特性。测试结果表明在 室温下制备的Fe Si合金是Fe组分渐变的 非晶薄膜,具有室温铁磁性。当衬底温度 为300℃时制备的非晶Fe Si薄膜中有Fe 硅化物FeSi相产生,样品的铁磁性被抑制。
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• 太阳能专用铁硅合金软磁材料及其制造方法： 本发明涉及磁性物体的制造方法,尤其涉及种太 阳能专用铁硅合金软磁材料及其制造方法。太 阳能专用铁硅合金软磁材料,该铁硅合金软磁材 料由以下的组分压制成型：铁硅粉末,其中Si的 重量含量为2%～8%,余量为Fe；对铁硅粉末表 面处理的磷酸,为铁硅合金粉末重量的1.0%～ 1.5%；酚醛树脂,为铁硅合金粉末重量的 0.3%～0.8%。本发明具有以下优点：1、制作 工艺简单,使用设备简单；2、采用价低的铁硅 粉末,生产成本大大降低；3、采用此种方法制 作的产品,具有良好的电感量,较高的品质因数, 较低的功率损耗值；4、在较高的温度条件下, 铁硅合金仍能保持优异的软磁性能。
当Si含量为6.5wt%时，其磁导 率高，矫顽力低，磁滞损耗低， 电阻率高，磁致伸缩极小，经过 单辊（gǔn）法淬火处理的铁硅 合金可用作变压器铁心。研究发 现，铸造出的合金不具有取向性， 1373K的温度下处理1h，可使合 金再结晶，形成再结晶组织，从 而改善合金的磁性能，提高了磁 导率并且降低了矫顽力。 铁硅合金晶体的[001]方向是易 磁化方向，因此，除了提高硅含 量、减小片材厚度及控制磁畴结 构等方法可以降低铁损外，还可 通过冷轧和退火的办法获得[001] 方向的择优取向来获得高性能取 向硅钢片。
基本特征
1.铁硅铝合金原材料中不含贵金属,如Ni,M0 ,成本 低于含Ni的高磁通磁粉芯和铁镍钼磁粉芯。价格 比铁粉芯略贵些。 磁滞系数低,可制成低噪声滤波 器。 2.铁硅铝合金磁粉芯，温度稳定性好,温度系数可 与其他电容构成复合部件，有很好的温度补偿作 用。
• 3.铁硅铝合金磁粉芯最大磁感应强度达到10500高 斯。 • 4.铁硅铝合金磁粉芯损耗低,远低于铁粉芯。高频 工作条件下，磁粉芯的温升还远低于铁粉芯,可以 和MPP和High Flux磁粉芯相比。 • 5.铁硅铝合金磁粉芯有很好的直流迭加特性，可 在大电流状态下工作。
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• Fe-Si合金的机械合金化及其相变研究：为了探讨机械 合金化法制备Fe-Si合金的有效性,研究了Fe-Si的机械 合金化及其相变.用扫描电子显微镜、X射线能谱仪和X 射线衍射仪研究了Fe-Si粉体的机械合金化过程,结果 表明:球磨初期,韧性的Fe粉体磨成块状,脆性的Si粉体 磨成小颗粒;随着球磨强度的增加,韧性的Fe粉体形成 层片状而脆性的Si颗粒则分布在Fe的层片间或层片上; 最后, Fe-Si粉体通过原子扩散实现机械合金化.因此, Fe, Si粉体在球磨机转速400r/min、球料比40∶1的条 件下,球磨15h可以合金化.机械合金化后的Fe-Si合金经 过1 243K退火1h可得到单相的α-FeSi2;机械合金化后 的Fe-Si合金经过1 243K退火1h再冷却到1 073K保温 1h可得到单相的β-FeSi2.因而,单相的α-FeSi2或βFeSi2可通过对机械合金化的Fe-Si合金进行热处理获 得.
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• 铁硅合金(XFLUX®)提供中低频率的电感器 和扼流圈下一种经济型的高饱和度(1.6T) 解 决方案。高饱和度有利于在负载設計下电 感是关鍵的应用，如使用新能源(太阳能/风 能/混合动力)的变频器，功率因数校正推动， 和不间断电源UPS 。 • 铁硅合金磁粉芯具有分布式气隙，由6.5％ 的硅铁粉末制成，其磁芯损耗比铁粉芯更 低。
金属软磁材料
（铁硅系合金 铁硅铝系合金）
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1.软磁材料 2.铁硅系合金 3.铁硅铝系合金
一.软磁材料
概述 • 软磁材料-soft mgnetic material
• 具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。 如硅钢片、纯铁等。特点是易磁化、易 去磁且磁滞回线较窄。软磁材料常用来 制作电机、变压器、电磁铁等电器的铁 心。软磁材料易于磁化，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。
• 铁硅(Fe-Si)合金复合 磁粉芯
三.铁硅铝合金
• 铁硅铝合金是由85%铁,9%硅,6%铝的合金 粉末,经过特殊工艺处理.压制成环状或E型 磁粉芯，市场上通常称之为Kool Mμ磁粉芯 或Sendust磁粉芯.在二元铁铝合金中加入硅 获得。其硬度、饱和磁感应强度、磁导率 和电阻率都较高。缺点是磁性能对成分起 伏敏感，脆性大，加工性能差。主要用于 音频和视频磁头。
应用
1) 开关调整器电感.EMB最适合于用在开关电源储能 源电感中。有高达10500高斯和磁感比开口铁氧体的 能量储存能力高，磁粉芯温升比铁粉芯低得多,在同 样应用前提下,比铁粉芯尺寸小。 2) 线性噪声滤波器 EMB磁粉芯是可做的理想的线性 噪声滤波器,它与铁氧体磁芯相比有较小的尺寸，可 用较少的线圈，磁芯的伸缩接近于零,所以用在音频 范围内, 降低噪声。 3) 功率因数校正脉冲变压器和回扫变压器 ，由于 EMB磁粉芯具有高频低损耗的特点,所以成功应用于 功率因数校正器中,同时也适合于脉冲变压器和回扫 变压器.
同时退火温度和速率也会影响到 Fe87Si13的磁性能，其中500℃ 油淬火样品的磁性能最优，损耗 低，相对磁导率高。
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• 铁硅合金的放电等离子烧结行为：以雾化Fe粉 和FeSi合金粉末为原料,采用放电等离子烧结 (SPS)制备Fe-6.5%Si高硅硅钢片,通过 XRD,SEM等测试手段对样品进行分析。结果 表明,铁硅合金的烧结过程可以分为4个阶段;当 温度为1 100℃时气孔率为1.48%;烧结过程中 主要发生以Fe3Si颗粒为核心反应扩散,烧结初 期为颗粒间的紧密结合,烧结中期颗粒的界面处 有Fe3Si相生成,形成FeSi过渡层,烧结后期直接 形成了Fe(Si)的单一固溶体相。
• 上世纪后期出现的非晶和微晶软磁材料发展很快。 主要因为这类软磁没有磁各向异性；而且电阻率 高，非晶的矫顽力只有0.1奥斯特，仅为铁硅钢的 十分之一，磁滞迴线和损失都小。所以发展很快。 而且还在发展中。
二.铁硅合金
铁硅合金 Fe-Si alloy • 含硅0.5%～4.5%的铁合金。为硅在 铁中的置换固溶体，属立方晶系。饱 和磁感应强度为1.6～1.9T，铁损 1～8W/kg。除了冲片使用外，常做 成薄带，卷绕成铁芯。采用冷轧或进 而热处理的方法获取结构(晶粒定向 排列)。电力工业中用于电机、变压 器等。电子工业中主要用于电源变压 器、磁放大器等。
简史
• RalphHadfield在英国中部Sheffield市，他父 亲的钢铁厂工作时，注意到一对转动着的齿轮， 由于生产上的错误，使硅含量过高(超过1.5%) 而损坏。经过多年的试验后，W.F.Barrett， W.Brown和B.A.Haffield在1900~1903年间， 写出了揭示硅铁的重要性的一系列论文。他们 指出:加入硅和铝可有效的降低铁的磁滞损失并 增加导磁率和电阻率。虽然铝对铁的影响和硅 相似，但因铝含有氧化物，使铝铁不能成为工 业用的重要产品。 • 据上述的原因，制造者们都竞相生产工业上理 想的铁硅合金。生产工业用理想的硅钢制品的 能力，是世界电力工业发展的重要因素。
铁硅铝系合金具有高起始磁导率的软磁合金。典型成分 为含硅、铝、铁。 铁硅铝系合金分为Sendust合金和 Supersendust合金两类。前者的标准成分是9 .6%Si 一 5.4%Al一Fe，后者的标准成分是6%Si一4%Al一3.2% Ni 一Fe。Sendust合金的磁性对成分、合金的纯度以及热 处理工艺极为敏感。它与高Ni 坡莫合金一样。 Supersendust合金对磁场处理敏感。应用Fe一51一Al系 合金由于价廉，起始磁导率和饱和磁感强度Bs较高，硬 度（HV）和电阻率户也高，耐磨性好，适合用作磁头材 料，特别是与高矫顽力的金属 磁带匹配使用的录音或录 象磁头；也可作价廉的磁卡磁头芯片材料。
铁-硅-铝合金吸波材料
以高纯铁、硅、铝粉为原料,采用机械合金化(MA)法制备 了铁-硅-铝合金粉,用XRD和矢量网络分析仪分别研究了 不同球磨时间粉体的物相组成和铁-硅-铝合金吸波材料在 1~18 GHz频率范围内的电磁性能。结果表明:用MA法制 备铁-硅-铝合金粉的完全合金化时间为80 h;制备的铁-硅铝合金粉比原始铁粉具有更优异的电磁性能;铁-硅-铝合 金体积分数为43%的吸波材料,在厚度为3 mm时,在2~4 GHz频段内具有较低的反射率,在3 GHz处反射率最小为16 dB。
软磁材料 - 应用
• 1.强电流器件的应用，一般在准静态或wk.baidu.com频， 大电流下使用；如电磁铁，功率变压器， 电机等的铁芯。 • 2.弱电流器件的应用，一般在频率较高，弱 电流下使用。如通讯设备中接收天线线圈 的磁芯，电子线路中的小变压器铁芯等。
软磁材料 - 性能
• 由于软磁材料在不同的情况下使用，因此， 根据不同使用条件，它应具备下面的不同 性质。在准静态或低频电流下，它应具备 的性能为：1.在低磁场下，就能磁化达到它 的饱和磁化强度的百分之80-90，即它的起 始磁导率要高，而且饱和磁化强度也要高。 2.没有（尽可能小）晶体各向异性。3.磁致 神缩常数要小，避免应力使它产生各向异 性；这类大都是金属或合金软磁材料。
• 如在交变磁场中使用，软磁材料的磁滞迴线应尽 可能小。因磁损失和磁滞迴线的面积成正比。低 频时，要求软磁材料有高起始磁导率，高饱和磁 化强度和低矫顽力。但在较高频率使用时，饱和 磁化强度高的要求要受限制。在十分高频使用时， 由于涡流损失与频率的平方成正比，故要求软磁 材料有高电阻是最重要的；大都使用铁氧体软磁 材料
铁硅合金铁芯
• 电机
变压器
• 电源变压器
磁放大器
铁硅合金的磁性能

铁硅合金的饱和磁致伸缩系数λs、 电阻率ρ、饱和磁感应强度Bs、磁 晶各向异性常数K1、居里温度TC等 磁性能随硅质量分数的变化
铁心损耗随Si含量上 升而下降，其主要原 因是可降低磁晶各向 异性能，通过高温退 火可消除有害杂质和 缺陷（因压缩γ相范 围）以及提高电阻率。 在高饱和磁感应强度 材料中，Si含量对损 耗的影响明显。