磁性功能材料培训课件.pptx

第二章 磁性功效材料磁性功能材料培训课件第1页 第二节 软磁材料l2.1概述l2.2电工纯铁和电工钢l2.3Fe-Ni合金l2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金l2.5铁氧体软磁材料l2.6非晶，纳米晶软磁材料磁性功能材料培训课件第2页l2.1概述（一）发展历史（二）定义，基本要求（三）分类l2.2电工纯铁和电工钢l2.3Fe-Ni合金l2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金l2.5铁氧体软磁材料l2.6非晶，纳米晶软磁材料磁性功能材料培训课件第3页既轻易磁化，又轻易退磁既轻易磁化，又轻易退磁功效：能量、信息转换、传输和存放作用。功效：能量、信息转换、传输和存放作用。（一）发展历史（一）发展历史能够快速响应外磁场改变，低损耗取得高磁感能够快速响应外磁场改变，低损耗取得高磁感应强度应强度磁性功能材料培训课件第4页应用广泛，使用最多应用广泛，使用最多电工纯铁，硅钢，坡莫合金：电工纯铁，硅钢，坡莫合金：发电机和电动机定子和转子发电机和电动机定子和转子变压器、电感器、继电器和镇流器铁芯变压器、电感器、继电器和镇流器铁芯软磁铁氧体：软磁铁氧体：变压器、磁头、开关等变压器、磁头、开关等应用广泛，使用最多应用广泛，使用最多非晶，纳米晶非晶，纳米晶磁性功能材料培训课件第5页磁性功能材料培训课件第6页l2.1概述（一）发展历史（二）定义，基本要求（三）分类l2.2电工纯铁和电工钢l2.3Fe-Ni合金l2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金l2.5铁氧体软磁材料l2.6非晶，纳米晶软磁材料磁性功能材料培训课件第7页软磁材料是含有低矫顽力、高磁导率材料。软磁材料是含有低矫顽力、高磁导率材料。（二）定义，基本要求（二）定义，基本要求磁性功能材料培训课件第8页基本要求：基本要求：（1）高饱和磁感应强度）高饱和磁感应强度（2）低矫顽力）低矫顽力（3）高磁导率（）高磁导率（i i，maxmax）（4 4）稳定性要好）稳定性要好（5 5）损耗低）损耗低磁性功能材料培训课件第9页l2.1概述（一）发展历史（二）定义，基本要求（三）分类l2.2电工纯铁和电工钢l2.3Fe-Ni合金l2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金l2.5铁氧体软磁材料l2.6非晶，纳米晶软磁材料磁性功能材料培训课件第10页（三）软磁材料分类：（三）软磁材料分类：按材料成份电工纯铁Fe-Si合金Ni-Fe合金Fe-Al合金Fe-Co合金 晶态晶态非晶态非晶态纳米晶纳米晶磁性功能材料培训课件第11页l2.1概述l2.2电工纯铁和电工钢（一）电工纯铁（二）电工钢l2.3Fe-Ni合金l2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金l2.5铁氧体软磁材料l2.6非晶，纳米晶软磁材料磁性功能材料培训课件第12页指指纯纯度度在在99.8%99.8%以以上上铁铁，且且不不含含有有任任何何有有意意添添加加合合金金化化元元素。素。最早，最惯用最早，最惯用 资源丰富、价格低廉，含有良好可加工性。资源丰富、价格低廉，含有良好可加工性。表2-3 国产纯铁化学成份（质量分数）（%）牌号名称化学成份小于CSiMnSPNiCrCuAlDT1沸腾纯铁0.040.030.100.0300.0150.200.100.15DT2高纯度沸腾纯铁0.0250.020.0350.0250.0150.200.100.15DT3镇静纯铁0.040.200.200.0150.0200.200.100.200.55DT4无时效镇静纯铁0.0250.200.150.0150.0150.200.100.200.200.55（一）（一）电工纯铁电工纯铁磁性功能材料培训课件第13页表2-4 国产电工纯铁磁性（YB200-75）磁性等级牌号Hc/Am-1 小于m 大于磁感应值（T）大于B400B800BB4000B8000普通DT3、DT4、DT5、DT6、DT89660001.41.51.671.711.8高级DT3A、DT4A、DT5A、DT6A、DT8A727000特级DT4E489000超级DT4C、DT6C321磁性功能材料培训课件第14页影响电工纯铁性能主要原因影响电工纯铁性能主要原因 1.杂质元素杂质元素 C,N,O,Mn,S,P,Ni,Cr，Cu，Al 等。等。磁性功能材料培训课件第15页在高温时固溶碳在高温时固溶碳成为过饱和间隙成为过饱和间隙原子，造成晶格原子，造成晶格畸变，产生附加畸变，产生附加内应力；内应力；以以Fe3C微粒析出，微粒析出，钉扎畴壁钉扎畴壁磁时效现象：电工纯铁在长久使用过程中磁导率逐步下磁时效现象：电工纯铁在长久使用过程中磁导率逐步下降，矫顽力上升（有时可达降，矫顽力上升（有时可达30%-50%）现象。）现象。磁性功能材料培训课件第16页 高温，氢气中退火高温，氢气中退火 降低金属中降低金属中C C含量；含量；迟缓退火，迟缓退火，FeFe3 3C C足够时间长大；足够时间长大；人工时效人工时效预防磁时效发生路径：预防磁时效发生路径：磁性功能材料培训课件第17页2.冷加工在材料内部产生缺点和应力，造成矫顽力冷加工在材料内部产生缺点和应力，造成矫顽力提升，磁导率下降。提升，磁导率下降。再结晶退火再结晶退火对于其它杂质，改进熔炼工艺，钢液真空处理，尽可能对于其它杂质，改进熔炼工艺，钢液真空处理，尽可能降低杂质降低杂质磁性功能材料培训课件第18页用途：直流电机和电磁铁铁芯，继电器铁芯，永久磁用途：直流电机和电磁铁铁芯，继电器铁芯，永久磁路中导磁体和磁屏蔽，电话中磁屏蔽，电机中用以导路中导磁体和磁屏蔽，电话中磁屏蔽，电机中用以导引直流磁通磁极等。引直流磁通磁极等。直流电机铁直流电机铁芯芯磁性功能材料培训课件第19页磁性功能材料培训课件第20页l2.1概述l2.2电工纯铁和电工钢（一）电工纯铁（二）电工钢l2.3Fe-Ni合金l2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金l2.5铁氧体软磁材料l2.6非晶，纳米晶软磁材料磁性功能材料培训课件第21页（二）电工钢（二）电工钢（Fe-SiFe-Si合金）合金）Fe-Si合金主要指低合金主要指低C（C0.015%，最好是，最好是0.005%与低与低Si（Si+Al1%）和和Si含量在含量在0.5%-6.5%范围内范围内Fe-Si软磁软磁合金。合金。（C0.02%，Si:1.5%4.5%合金）合金）磁性功能材料培训课件第22页Si在在Fe溶解度为溶解度为15%，存在，存在、（FeSi）、）、（Fe5Si3）相。只有）相。只有 是铁磁性。是铁磁性。Fe-Si相图相图BCC结构，结构，方向易磁化方向，方向易磁化方向，难磁化方难磁化方向向 性能与性能与Si含量相关含量相关磁性功能材料培训课件第23页影响影响Fe-SiFe-Si合金磁性能原因合金磁性能原因1.1.SiSi含量含量 磁性能磁性能 机械性能机械性能 磁性功能材料培训课件第24页普通取向硅钢普通取向硅钢 偏离角偏离角 7，Bs=1.82-1.85T高磁感取向硅钢高磁感取向硅钢 偏离角偏离角3，Bs=1.92-1.95T2.杂质元素杂质元素越低越好越低越好3.晶粒取向类型和取向度晶粒取向类型和取向度磁性功能材料培训课件第25页主要工艺普通取向硅钢高磁感取向硅钢（A）方案（B）方案抑制剂MnS（或MnSe）AlN+MnSMnSe+Sb铸坯加热温度/135013701280140013501370常化温度/不常化或90095011001150900950第一次冷轧压下率/%70858760-70中间退火温度/850950850950第二次冷轧压下率/%50556070脱碳退火温度/800850（在湿H2+N2中）高温退火温度/1180120011801200（820900）50hr+（11801200）磁性功能材料培训课件第26页项目类别硅含量（wt%）公称厚度/mm热轧硅钢板（无取向）热轧低硅钢（热轧电机钢）1.0-2.50.50热轧高硅钢（热轧变压器钢）3.0-4.50.35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0.53.20.35和0.50取向硅钢（冷轧变压器钢）普通取向硅钢2.93.30.20,0.23,0.270.30和0.50高磁感取向硅钢2.93.3电工钢板分类电工钢板分类磁性功能材料培训课件第27页磁性功能材料培训课件第28页l2.1概述l2.2电工纯铁和电工钢l2.3Fe-Ni合金l2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金l2.5铁氧体软磁材料l2.6非晶，纳米晶软磁材料磁性功能材料培训课件第29页2.3 Ni-Fe2.3 Ni-Fe系软磁合金系软磁合金 是指含镍量在35%至90%镍铁合金。磁性功能材料培训课件第30页Fe-Ni合金磁性能随成份改变关系图：合金磁性能随成份改变关系图：Ni含量在含量在81%左右时，左右时，s=0=0NiNi含量在含量在76%76%左右时，左右时，K=0=0Ni含量在含量在50%左右时，左右时，Bs=1.6T 最高最高在在Ni3Fe成份点附近，有一个有序成份点附近，有一个有序-无序转变，无序转变，缓冷时形成缓冷时形成Ni3Fe有序相，使得有序相，使得K增大，增大，磁导率磁导率下降。下降。磁性功能材料培训课件第31页高初始磁导磁合金：高初始磁导磁合金：高磁感应强度合金：高磁感应强度合金：磁性功能材料培训课件第32页经过调整经过调整Ni含量、添加第三、第四组元，含量、添加第三、第四组元，或者采取磁场热处理（形成纵向或横向畴结构）或者采取磁场热处理（形成纵向或横向畴结构）、应力应力热处理等伎俩，热处理等伎俩，Ni-Fe合金可作成高导磁合金，高起始导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。磁率合金，高矩形比合金，恒导磁率合金等。磁性功能材料培训课件第33页l79Ni-46Mo-Fel矩形磁滞回线Ni-Fe-M多元系软磁合金l低剩磁和恒导磁合金l硬坡莫合金l几个有代表性几个有代表性Ni-Fe-M合金合金磁性功能材料培训课件第34页l79Ni-46Mo-Fe少许Mo代替Fe，使得电阻率提升，Tc和Bs稍有下降，不过Ni3Fe有序化温度也有所下降，抑制了有序化，从而能够用普通冷速得到无序Ni3（FeMo）合金，使得s，K趋于0，大大提升其磁导率。磁性功能材料培训课件第35页矩形磁滞回线矩形磁滞回线Ni-Fe-M多元系软磁合金多元系软磁合金65Ni-2Mo（Mn）-Fe合金合金Tc较高（约较高（约600），经过真空轧制和纵向磁场热），经过真空轧制和纵向磁场热（在（在TTc附近温度施加一定强度磁场，磁附近温度施加一定强度磁场，磁场方向与轧制方向即应用方向平行）处理场方向与轧制方向即应用方向平行）处理后，可取得矩形磁滞回线合金。后，可取得矩形磁滞回线合金。磁存放材料是电子计算机存放器所用磁磁存放材料是电子计算机存放器所用磁性材料。较早应用是磁滞回线靠近矩形性材料。较早应用是磁滞回线靠近矩形矩磁材料，利用其两个剩磁态矩磁材料，利用其两个剩磁态+Br和和-Br表示计算机中表示计算机中“1”和和“0”状态状态 磁性功能材料培训课件第36页低剩磁和恒导磁合金低剩磁和恒导磁合金65Ni-1Mn-Fe合金，经真空冶炼，合金，经真空冶炼，冷轧到一定厚度薄带后，经横向磁冷轧到一定厚度薄带后，经横向磁场处理（在场处理（在TTc附近温度施加一定附近温度施加一定强度磁场，磁场方向与轧面方向平强度磁场，磁场方向与轧面方向平行但与轧制方向垂直）后，即可取行但与轧制方向垂直）后，即可取得恒导磁和低剩磁合金。得恒导磁和低剩磁合金。磁性功能材料培训课件第37页磁学特征制作工艺条件按JIS C2531，各种坡莫合金特色及用途按JIS2531分类及记号材料名组成（Fe为余量）初始磁导率i最大磁导率max饱和磁通密度Bs/T矫顽力Hc(A/m)电阻率(/(.m)坡莫合金78坡莫合金Fe78.5Ni8000100 0000.8640.16600急冷坡莫合金PB（wt：4050%）45坡莫合金Fe45Ni2 50025 0001.62.40.451050退火第1种（PB-N）高磁通密度材料（继电器，变换器等）HipemikFe50Ni4 00070 0001.60.40.41200氢气氛退火MonimaxFe-47Ni-3Mo2 00035 0001.50.80.81125氢气氛退火第2种（PC-S）高磁导率材料，高磁通密度材料（继电器，变换器等）SinimaxFe-43Ni-3Si3 00035 0001.10.80.9Radio metal Fe-45Ni-5Cu2 00020 0001.53.20.61050退火坡莫合金PC（wt%7080%之外，还含有其它一些特殊成份1040 AlloyFe-72Ni-14Cu-3Mo40 000100 0000.60.20.61100氢气氛退火第1种（PC-N）高磁导率材料，变换器，磁屏蔽等）MumetalFe-77Ni-5Cu-2Cr20 000100 0000.5240.61175氢气氛退火Mo坡莫合金 Fe-79Ni-4Mn20 000100 0000.870.50.551000退火+适当冷却速度第2种（PC-S）超高磁导率材料（环形铁芯，变换器等）超坡莫合金 Fe-79Ni-5Mo10 000600 0000.630.160.61300退火+适当冷却速度第3种（PC-T）高磁导率材料，含有优良信号保真性（磁头等）坡莫合金PD(wt%:3540%)36坡莫合金Fe-36Ni3000200001.51.60.75第1种（PD-1）高电阻率，高磁导率材料（变换器等）第2种（PD-2）高电阻率材料，磁导率上升率小（变换器等）坡莫合金PE（wt%45%55%)Permenom 5000ZFe-50Ni50040 0001.50.8-2.40.498%以上冷轧变形+退火（再结晶组织(001)001,矩形磁滞回线第1种（PE-1）矩形磁滞回线材料（环型铁芯，变换器等）DeltamaxFe-50Ni5002 0001.50.80.4第2种（PE-2）矩形磁滞回线刺啦（变换器等）磁性功能材料培训课件第38页l2.1概述l2.2电工纯铁和电工钢l2.3Fe-Ni合金l2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金l2.5铁氧体软磁材料l2.6非晶，纳米晶软磁材料磁性功能材料培训课件第39页2.4 Fe-Al2.4 Fe-Al系和系和Fe-CoFe-Co系软磁合金系软磁合金l在纯铁基础上加入（0-33wt%）Al形成-Fe（Al）固溶体，含有BCC结构。l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趋于0，s可高达100 x10-6，可作为磁致伸缩材料。l缺点：冷加工困难Fe-Al系软磁合金系软磁合金合金牌号品种厚度imaxHc（A/m)B(T)Bs(T)s1316热轧薄板0.356000300003.980.65（B30）0.41313热轧带材0.35360-660500010000501.1（B30）35x10-61312热轧带材0.35250025000121.2（B30）0.5116冷轧带0.555001500050000481.35（B30）0.5磁性功能材料培训课件第40页l在Fe中加入Co，可使合金Bs提升，当Co含量为40%时，Bs约为2.4T，Tc高达980l缺点：昂贵，加工性能较差l少许添加元素如V，Cr可改进冷加工性能Fe-Co系软磁合金系软磁合金磁性功能材料培训课件第41页l2.1概述l2.2电工纯铁和电工钢l2.3Fe-Ni合金l2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金l2.5铁氧体软磁材料l2.6非晶，纳米晶软磁材料磁性功能材料培训课件第42页2.5 铁氧体软磁材料 铁氧体是指铁氧化物和其它一个或几个金属氧铁氧体是指铁氧化物和其它一个或几个金属氧化物组成复合氧化物等，是含有亚铁磁性强磁性材料。化物组成复合氧化物等，是含有亚铁磁性强磁性材料。如如Mn-Zn系、系、Ni-Zn系，系，Mg-Zn系、系、Li-Zn系和系和Cu-Zn系等。软磁铁氧体材料普通要求有高磁导率、高系等。软磁铁氧体材料普通要求有高磁导率、高Ms、低低Hc、低损耗、高电阻率和高温度稳定性等。在使用、低损耗、高电阻率和高温度稳定性等。在使用时因为用途不一样，对性能要求有所侧重。时因为用途不一样，对性能要求有所侧重。lMnZn铁氧体，在500kHz以下使用性能优越lNiZn铁氧体，在1MHz以上使用时，性能优越lCo2Zn铁氧体，在几百兆赫兹以上使用磁性功能材料培训课件第43页l2.1概述l2.2电工纯铁和电工钢l2.3Fe-Ni合金l2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金l2.5铁氧体软磁材料l2.6非晶，纳米晶软磁材料磁性功能材料培训课件第44页2.6 2.6 纳米晶，非晶软磁材料纳米晶，非晶软磁材料传统晶态软磁材料传统晶态软磁材料非晶软磁材料非晶软磁材料1970年前后年前后10-5103K/s108K/s铸造，热轧，冷轧铸造，热轧，冷轧快淬成薄带快淬成薄带有序，周期性排列有序，周期性排列远程无序，近程有序远程无序，近程有序（一）非晶软磁材料（一）非晶软磁材料磁性功能材料培训课件第45页l铁磁性：近邻原子间电子静电交换作用磁性功能材料培训课件第46页l长程无序磁晶各向异性为零l近程有序磁致伸缩不为零非晶材料软磁特征主要取决于磁致伸缩大小非晶材料软磁特征主要取决于磁致伸缩大小磁性功能材料培训课件第47页l非晶态软磁合金基本成份和磁性Fe、Co、Ni类金属B、C、P、Si等Fe、Co、Ni过渡金属Zr、Hf、Nb等磁性功能材料培训课件第48页高饱和磁感应强度低铁损非晶合金高饱和磁感应强度低铁损非晶合金lFe-BlFe-B-SilFe-B-Si-ClBs：Fe81B13.5Si3.5C，Fe80B20l降低铁损：降低铁损：Fe78B13Si9 磁性功能材料培训课件第49页磁性功能材料培训课件第50页高磁导率非晶态合金高磁导率非晶态合金l磁致伸缩系数靠近0lCo：Fe=94：6lCo：Mn=90.7：9.3当前高磁导率合金：当前高磁导率合金：Co-FeCo-Fe-NiCo-Mn磁性功能材料培训课件第51页磁性功能材料培训课件第52页（二）纳米晶软磁合金（二）纳米晶软磁合金磁性功能材料培训课件第53页l非晶材料缺点：Bs较低，存在晶化倾向Fe-Co基纳米晶：Bs2T左右磁性功能材料培训课件第54页磁性功能材料培训课件第55页磁性功能材料培训课件第56页磁性功能材料培训课件第57页