土木專業(yè)建筑學(xué)磁性功能材料二第一課時(shí)隨堂講義

第二章

磁性功能材料

第二節(jié)

軟磁材料2.1概述2.2電工純鐵和電工鋼2.3Fe-Ni合金2.4Fe-Al系和Fe-Co系軟磁合金2.5鐵氧體軟磁材料2.6非晶，納米晶軟磁材料2.1概述

（一）發(fā)展歷史

（二）定義，基本要求

（三）分類2.2電工純鐵和電工鋼2.3Fe-Ni合金2.4Fe-Al系和Fe-Co系軟磁合金2.5鐵氧體軟磁材料2.6非晶，納米晶軟磁材料既容易磁化，又容易退磁功能：能量、信息的轉(zhuǎn)換、傳輸和存儲(chǔ)的作用。（一）發(fā)展歷史能夠迅速的響應(yīng)外磁場(chǎng)的變化，低損耗的獲得高磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)用廣泛，使用最多電工純鐵，硅鋼，坡莫合金：發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子變壓器、電感器、繼電器和鎮(zhèn)流器的鐵芯軟磁鐵氧體：變壓器、磁頭、開(kāi)關(guān)等應(yīng)用廣泛，使用最多非晶，納米晶2.1概述

（一）發(fā)展歷史

（二）定義，基本要求

（三）分類2.2電工純鐵和電工鋼2.3Fe-Ni合金2.4Fe-Al系和Fe-Co系軟磁合金2.5鐵氧體軟磁材料2.6非晶，納米晶軟磁材料軟磁材料是具有低矯頑力、高磁導(dǎo)率的材料。（二）定義，基本要求基本要求：（1）高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度（2）低的矯頑力（3）高的磁導(dǎo)率（μi，μmax）（4）穩(wěn)定性要好（5）損耗低2.1概述

（一）發(fā)展歷史

（二）定義，基本要求

（三）分類2.2電工純鐵和電工鋼2.3Fe-Ni合金2.4Fe-Al系和Fe-Co系軟磁合金2.5鐵氧體軟磁材料2.6非晶，納米晶軟磁材料（三）軟磁材材料的分類：：按材料的成分分電工純鐵Fe-Si合金Ni-Fe合金Fe-Al合金Fe-Co合金……晶態(tài)非晶態(tài)納米晶2.1概述2.2電工純鐵和電電工鋼（一）電工純純鐵（二）電工鋼鋼2.3Fe-Ni合金2.4Fe-Al系和Fe-Co系軟磁合金2.5鐵氧氧體軟磁材料料2.6非晶，納米晶晶軟磁材料指純度在99.8%以上的鐵，且且不含有任何何故意添加的的合金化元素素。最早，最常用用資源豐富、價(jià)價(jià)格低廉，具具有良好的可可加工性。

表2-3國(guó)產(chǎn)純鐵的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

牌號(hào)名稱化學(xué)成分不大于CSiMnSPNiCrCuAlDT1沸騰純鐵0.040.030.100.0300.0150.200.100.15

DT2高純度沸騰純鐵0.0250.020.0350.0250.0150.200.100.15

DT3鎮(zhèn)靜純鐵0.040.200.200.0150.0200.200.100.200.55DT4無(wú)時(shí)效鎮(zhèn)靜純鐵0.0250.200.150.0150.0150.200.100.200.20~0.55（一）電工純鐵表2-4國(guó)產(chǎn)電工純鐵的磁性（YB200-75）磁性等級(jí)牌號(hào)Hc/A·m-1

不大于μm

不小于磁感應(yīng)值（T）不小于

B400B800B2000B4000B8000普通DT3、DT4、DT5、DT6、DT89660001.41.51.671.711.8高級(jí)DT3A、DT4A、DT5A、DT6A、DT8A727000特級(jí)DT4E489000超級(jí)DT4C、DT6C3212000影響電工純鐵鐵性能的主要要因素1.雜質(zhì)元素C,N,O,Mn,S,P,Ni,Cr，Cu，Al等。在高溫時(shí)固溶溶的碳成為過(guò)過(guò)飽和的間隙隙原子，造成成晶格畸變，，產(chǎn)生附加的的內(nèi)應(yīng)力；以Fe3C的微粒析出，，釘扎疇壁磁時(shí)效現(xiàn)象：：電工純鐵在在長(zhǎng)期使用過(guò)過(guò)程中磁導(dǎo)率率逐步下降，，矯頑力上升升（有時(shí)可達(dá)達(dá)30%-50%）的現(xiàn)象。高溫，氫氣中中退火降低金屬中C含量；緩慢退火，F(xiàn)e3C足夠的時(shí)間長(zhǎng)長(zhǎng)大；人工時(shí)效防止磁時(shí)效發(fā)發(fā)生的途徑：：2.冷加工在材料料內(nèi)部產(chǎn)生缺缺陷和應(yīng)力，，導(dǎo)致矯頑力力提高，磁導(dǎo)導(dǎo)率下降。再結(jié)晶退火對(duì)于其他雜質(zhì)質(zhì)，改進(jìn)熔煉煉工藝，鋼液液真空處理，，盡量減少雜雜質(zhì)用途：直流電電機(jī)和電磁鐵鐵鐵芯，繼電電器鐵芯，永永久磁路中的的導(dǎo)磁體和磁磁屏蔽，電話話中磁屏蔽，，電機(jī)中用以以導(dǎo)引直流磁磁通的磁極等等。直流電機(jī)鐵芯2.1概述2.2電工純鐵和電電工鋼（一）電工純純鐵（二）電工鋼鋼2.3Fe-Ni合金2.4Fe-Al系和Fe-Co系軟磁合金2.5鐵氧氧體軟磁材料料2.6非晶，納米晶晶軟磁材料（二）電工鋼鋼（Fe-Si合金）Fe-Si合金主要指低低C（C≤0.015%，最好是≤0.005%與低Si（Si+Al≤≤1%）和Si含量在0.5%-6.5%范圍內(nèi)的Fe-Si軟磁合金。（C<0.02%，Si:1.5%～4.5%的合金）Si在Fe的溶解度為15%，存在、、（FeSi）、（Fe5Si3）相。只有是鐵磁性的。。Fe-Si相圖BCC結(jié)構(gòu)，<001>方向易磁化方方向，<111>難磁化方向性能與Si含量有關(guān)影響Fe-Si合金磁性能的的因素Si的含量磁性能機(jī)械性能普通取向硅鋼鋼偏離角7°，Bs=1.82-1.85T高磁感取向硅硅鋼偏離角3°，Bs=1.92-1.95T2.雜質(zhì)元素——越低越好3.晶粒的取向類類型和取向度度主要工藝普通取向硅鋼高磁感取向硅鋼（A）方案（B）方案抑制劑MnS（或MnSe）AlN+MnSMnSe+Sb鑄坯加熱溫度/℃1350～13701280～14001350～1370?；瘻囟?℃不?；?00～9501100～1150900～950第一次冷軋壓下率/%7085～8760-70中間退火溫度/℃850～950

850～950第二次冷軋壓下率/%50～55

60～70脫碳退火溫度/℃

800～850（在濕H2+N2中）高溫退火溫度/℃1180～12001180～1200（820～900）×50hr+（1180～1200）項(xiàng)目類別硅含量（wt%）公稱厚度/mm熱軋硅鋼板（無(wú)取向）熱軋低硅鋼（熱軋電機(jī)鋼）1.0-2.50.50熱軋高硅鋼（熱軋變壓器鋼）3.0-4.50.35和0.50冷軋電工鋼板無(wú)取向電工鋼

（冷軋電機(jī)鋼）低碳電工鋼<0.50.35和0.50硅鋼>0.5~3.20.35和0.50取向硅鋼

（冷軋變壓器鋼）普通取向硅鋼2.9~3.30.20,0.23,0.27

0.30和0.50高磁感取向硅鋼2.9~3.3電工鋼板的分分類2.1概述2.2電工純鐵和電電工鋼2.3Fe-Ni合金2.4Fe-Al系和Fe-Co系軟磁合金2.5鐵氧氧體軟磁材料料2.6非晶，納米晶晶軟磁材料2.3Ni-Fe系軟磁合金是指含鎳量在在35%至90%的鎳鐵合金。。Fe-Ni合金的磁性能能隨成分變化化關(guān)系圖：Ni含量在81%左右時(shí)，λs=0Ni含量量在在76%左右右時(shí)時(shí)，，K=0Ni含量量在在50%左右右時(shí)時(shí)，，Bs=1.6T最高高在Ni3Fe成分分點(diǎn)點(diǎn)附附近近，，有有一一個(gè)個(gè)有有序序-無(wú)序序轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變，，緩緩冷冷時(shí)時(shí)形形成成Ni3Fe有序序相相，，使使得得K增大大，，磁磁導(dǎo)導(dǎo)率率μ下降降。。高初初始始磁磁導(dǎo)導(dǎo)磁磁合合金金：：高磁磁感感應(yīng)應(yīng)強(qiáng)強(qiáng)度度合合金金：：通過(guò)過(guò)調(diào)調(diào)整整Ni含量量、、添添加加第第三三、、第第四四組組元元，，或者者采采用用磁磁場(chǎng)場(chǎng)熱熱處處理理（（形形成成縱縱向向或或橫橫向向疇疇結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)））、應(yīng)力力熱熱處處理理等等手手段段，，Ni-Fe合金金可可作作成成高高導(dǎo)導(dǎo)磁磁合合金金，，高高起起始始導(dǎo)導(dǎo)磁磁率率合合金金，，高高矩矩形形比比合合金金，，恒恒導(dǎo)導(dǎo)磁磁率率合合金金等等。。79Ni-4~6Mo-Fe矩形形磁磁滯滯回回線線Ni-Fe-M多元元系系軟軟磁磁合合金金低剩剩磁磁和和恒恒導(dǎo)導(dǎo)磁磁合合金金硬坡坡莫莫合合金金………幾種種有有代代表表性性的的Ni-Fe-M合金金79Ni-4~6Mo-Fe少量量Mo代替替Fe，使使得得電電阻阻率率提提高高，，Tc和Bs稍有有下下降降，，但但是是Ni3Fe有序序化化溫溫度度也也有有所所下下降降，，抑抑制制了了有有序序化化，，從從而而可可以以用用一一般般的的冷冷速速得得到到無(wú)無(wú)序序的的Ni3（FeMo）合合金金，，使使得得λs，K趨于于0，大大大大提提高高其其磁磁導(dǎo)導(dǎo)率率。矩形形磁磁滯滯回回線線Ni-Fe-M多元元系系軟軟磁磁合合金金65Ni-2Mo（Mn）-Fe合金金Tc較高高（（約約600℃℃），，經(jīng)經(jīng)過(guò)過(guò)真真空空軋軋制制和和縱縱向向磁磁場(chǎng)場(chǎng)熱熱（（在在T≤Tc附近近的的溫溫度度施施加加一一定定強(qiáng)強(qiáng)度度的的磁磁場(chǎng)場(chǎng)，，磁磁場(chǎng)場(chǎng)方方向向與與軋軋制制方方向向即即應(yīng)應(yīng)用用方方向向平平行行））處處理理后后，，可可獲獲得得矩矩形形磁磁滯滯回回線線的的合合金金。。磁存存儲(chǔ)儲(chǔ)材材料料是是電電子子計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器所所用用的的磁磁性性材材料料。。較較早早應(yīng)應(yīng)用用的的是是磁磁滯滯回回線線接接近近矩矩形形的的矩矩磁磁材材料料，，利利用用其其兩兩個(gè)個(gè)剩剩磁磁態(tài)態(tài)+Br和-Br表示示計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)中中的的“1””和“0””狀態(tài)態(tài)低剩剩磁磁和和恒恒導(dǎo)導(dǎo)磁磁合合金金65Ni-1Mn-Fe合金金，，經(jīng)經(jīng)真真空空冶冶煉煉，，冷冷軋軋到到一一定定厚厚度度的的薄薄帶帶后后，，經(jīng)經(jīng)橫橫向向磁磁場(chǎng)場(chǎng)處處理理（（在在T≤Tc附近近的的溫溫度度施施加加一一定定強(qiáng)強(qiáng)度度的的磁磁場(chǎng)場(chǎng)，，磁磁場(chǎng)場(chǎng)方方向向與與軋軋面面方方向向平平行行但但與與軋軋制制方方向向垂垂直直））后后，，即即可可獲獲得得恒恒導(dǎo)導(dǎo)磁磁和和低低剩剩磁磁的的合合金金。。

磁學(xué)特性制作工藝條件按JISC2531，各種坡莫合金的特色及用途按JIS2531的分類及記號(hào)材料名組成

（Fe為余量）初始磁導(dǎo)率μi最大磁導(dǎo)率μmax飽和磁通密度Bs/T矯頑力Hc

(A/m)電阻率

(ρ/(μΩ.m)坡莫合金78坡莫合金Fe78.5Ni80001000000.8640.16600℃急冷

坡莫合金PB（wt：40～50%）45坡莫合金Fe45Ni2500250001.62.40.451050℃退火第1種

（PB-N）高磁通密度材料（繼電器，變換器等）HipemikFe50Ni4000700001.60.40.41200℃氫氣氛退火MonimaxFe-47Ni-3Mo2000350001.50.80.81125℃氫氣氛退火第2種

（PC-S）高磁導(dǎo)率材料，高磁通密度材料（繼電器，變換器等）SinimaxFe-43Ni-3Si3000350001.10.80.9RadiometalFe-45Ni-5Cu2000200001.53.20.61050℃退火坡莫合金PC（wt%70~80%之外，還含有其他一些特殊成分1040AlloyFe-72Ni-14Cu-3Mo400001000000.60.20.61100℃氫氣氛退火第1種

（PC-N）高磁導(dǎo)率材料，變換器，磁屏蔽等）MumetalFe-77Ni-5Cu-2Cr200001000000.5240.61175℃氫氣氛退火Mo坡莫合金Fe-79Ni-4Mn200001000000.870.50.551000℃退火+合適冷卻速度第2種（PC-S）超高磁導(dǎo)率材料（環(huán)形鐵芯，變換器等）超坡莫合金Fe-79Ni-5Mo100006000000.630.160.61300℃退火+合適冷卻速度第3種

（PC-T）高磁導(dǎo)率材料，具有優(yōu)良的信號(hào)保真性（磁頭等）坡莫合金PD(wt%:35~40%)36坡莫合金Fe-36Ni3000200001.51.60.75

第1種

（PD-1）高電阻率，高磁導(dǎo)率材料（變換器等）第2種

（PD-2）高電阻率材料，磁導(dǎo)率的上升率小（變換器等）坡莫合金PE（wt%45%~55%)Permenom5000ZFe-50Ni500400001.50.8-2.40.498%以上的冷軋變形+退火（再結(jié)晶組織(001)[001],矩形磁滯回線第1種

（PE-1）矩形磁滯回線材料（環(huán)型鐵芯，變換器等）DeltamaxFe-50Ni50020001.50.80.4第2種

（PE-2）矩形磁滯回線刺啦（變換器等）2.1概述述2.2電工工純純鐵鐵和和電電工工鋼鋼2.3Fe-Ni合金金2.4Fe-Al系和和Fe-Co系軟軟磁磁合合金金2.5鐵鐵氧氧體體軟軟磁磁材材料料2.6非晶晶，，納納米米晶晶軟軟磁磁材材料料2.4Fe-Al系和和Fe-Co系軟軟磁磁合合金金在純鐵的基基礎(chǔ)上加入入（0-33wt%）Al形成α-Fe（Al）固溶體，，具有BCC結(jié)構(gòu)。在13.9%和32.6%處形成有序序化合物Fe3Al和FeAl。在12%Al附近，處于于有序態(tài)時(shí)時(shí)，K趨于0，λs可高達(dá)100x10-6，可作為磁磁致伸縮材材料。缺點(diǎn)：冷加加工困難Fe-Al系軟磁合金金合金牌號(hào)品種厚度μiμmaxHc

（A/m)B(T)Bs(T)λs1316熱軋薄板0.356000300003.980.65（B30）0.4

1313熱軋帶材0.35360-6605000～10000501.1（B30）

35x10-61312熱軋帶材0.35250025000121.2（B30）0.5

116冷軋帶0.52000～550015000～50000481.35（B30）0.5

在Fe中加入Co，可使合金金的Bs提高，當(dāng)Co含量為40%時(shí)，Bs約為2.4T，Tc高達(dá)980℃缺點(diǎn)：昂貴貴，加工性性能較差少量添加元元素如V，Cr可改善冷加加工性能Fe-Co系軟磁合金金2.1概述2.2電工純鐵和和電工鋼2.3Fe-Ni合金2.4Fe-Al系和Fe-Co系軟磁合金金2.5鐵鐵氧體軟磁磁材料2.6非晶，納米米晶軟磁材材料2.5鐵氧體軟磁磁材料鐵氧體是指指鐵的氧化化物和其他他一種或幾幾種金屬氧氧化物組成成的復(fù)合氧氧化物等，，是具有亞亞鐵磁性的的強(qiáng)磁性材材料。如Mn-Zn系、Ni-Zn系，Mg-Zn系、Li-Zn系和Cu-Zn系等。軟磁磁鐵氧體材材料一般要要求有高磁磁導(dǎo)率、高高M(jìn)s、低Hc、低損耗、、高電阻率率和高溫度度穩(wěn)定性等等。在使用用時(shí)由于用用途不同，，對(duì)性能的的要求有所所側(cè)重。MnZn鐵氧體，在在500kHz以下使用性性能優(yōu)越NiZn鐵氧體，在在1MHz以上使用時(shí)時(shí)，性能優(yōu)優(yōu)越Co2Zn鐵氧體，