磁性功能材料培训课件

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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。
0.55
1000℃退火+ 合适冷却速

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

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
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 1280~1400 1100~1150 85~87
800~850 1180~1200
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/%
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


2 000 1.5 0.8
0.4
(001)[001], 矩形磁滞回
线
第2种 (PE-2)
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)
) 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
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
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:
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
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

<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
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
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
(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
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
(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
(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
(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
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
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。
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
Байду номын сангаас
-6 μmax Hc (A/m) B(T)
Bs(T)
λs
30000
3.98
0.65(B30 )
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
(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
(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
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。
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
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。
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