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1、第二章 磁性功能材料 第二节 软磁材料 l2.1 概述 l2.2 电工纯铁和电工钢 l2.3 Fe-Ni合金 l2.4 Fe-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 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 l2.3 Fe-Ni合金 l2.4 Fe-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 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。 （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 应用广泛，使用最多 电
2、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 应用广泛，使用最多 非晶，纳米晶 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 l2.3 Fe-Ni合金 l2.4 Fe-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 软磁材料是具有低矫顽力、高磁导率的材料。 （二）定义，基本要求 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（i，max） （4）稳定性要好 （5）损耗低 l2.1 概述 （一）发展历史
3、 （二）定义，基本要求 （三）分类 l2.2 电工纯铁和电工钢 l2.3 Fe-Ni合金 l2.4 Fe-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 （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 l2.1 概述 l2.2 电工纯铁和电工钢 （一）电工纯铁 （二）电工钢 l2.3 Fe-Ni合金 l2.4 Fe-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 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
4、早，最常用 资源丰富、价格低廉，具有良好的可加工 性。 表2-3 国产纯铁的化学成分（质量分数）（%） 牌号名称化学成分不大于 CSiMnSPNiCrCuAl DT1沸腾纯铁0.040.030.100.0300.0150.200.100.15 DT2高纯度沸腾纯铁0.0250.020.0350.0250.0150.200.100.15 DT3镇静纯铁0.040.200.200.0150.0200.200.100.200.55 DT4无时效镇静纯铁0.0250.200.150.0150.0150.200.100.200.200.5 5 （一）电工纯铁 表2-4 国产电工纯铁的磁性（YB200-7
5、5） 磁性等级牌号 Hc/ Am-1 不大于 m 不小于 磁感应值（T）不小于 B400B800B2000B4000B8000 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、DT6C3212000 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。 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 磁时效现象：电工纯铁在长期
6、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。 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 防止磁时效发生的途径： 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。 再结晶退火 对于其他杂质，改进熔炼工艺，钢液真空处理，尽量减 少杂质 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 l2.1 概述 l2.2 电工纯铁和电工钢 （一）电工纯铁 （二）电工钢 l2.3 Fe-Ni合金 l2.4 Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金
7、 l2.5 铁氧体软磁材料 l2.6 非晶，纳米晶软磁材料 （二）电工钢（Fe-Si合金） Fe-Si合金主要指低C（C0.015%，最好是0.005%与低 Si（Si+Al1%） 和Si含量在0.5%-6.5%范围内的Fe-Si软磁 合金。 （C0.02%，Si: 1.5%4.5%的合金） Si在Fe的溶解度为15%，存在、（FeSi）、（Fe5Si3）相。 只有是铁磁性的。 Fe-Si相图 BCC结构，方向易磁化方向，难磁化方向 性能与Si含量有关 影响Fe-Si合金磁性能的因素 1.Si的含量 磁性能 机械性能 普通取向硅钢 偏离角 7，Bs=1.82 -1.85T 高磁感取向硅钢 偏离
8、角3， Bs=1.92-1.95T 2. 杂质元素越低越好 3. 晶粒的取向类型和取向度 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/850950 850950 第二次冷轧压下率/%5055 6070 脱碳退火温度/ 800850（在湿H2+N2中） 高温退火温度/1180120011801200（820900）50hr+（11801200）
9、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2.93.3 0.20,0.23,0.27 0.30和0.50 高磁感取向硅 钢 2.93.3 电工钢板的分类 l2.1 概述 l2.2 电工纯铁和电工钢 l2.3 Fe-Ni合金 l2.4 Fe-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 2.3 N
10、i-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： Ni含量在81%左右时，s=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，磁导率下降。 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。 l79Ni-46Mo-Fe l矩形磁滞回线Ni-Fe-
11、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 几种有代表性的Ni-Fe-M合金 l79Ni-46Mo-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s，K趋于0， 大大提高其磁导率。 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TTc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
12、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 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TTc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。 磁学特性制作工艺条 件 按JIS C2531， 各种坡莫合金 的特色及用途 按JIS2531的 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 )
13、坡莫合金78坡莫合金Fe78.5Ni8 000100 0000.8640.16600急冷 坡莫合金PB （wt：40 50%） 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 0001.60.40.4 1200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 000
14、1.10.80.9 Radio metal Fe-45Ni-5Cu2 00020 0001.53.20.61050退火 坡莫合金PC （wt%7080% 之外，还含 有其他一些 特殊成分 1040 Alloy Fe-72Ni- 14Cu-3Mo 40 000100 0000.60.20.6 1100氢气 氛退火 第1种 （PC-N） 高磁导率材料 ，变换 器，磁 屏蔽等） Mumetal Fe-77Ni-5Cu -2Cr 20 000100 0000.5240.6 1175氢气 氛退火 Mo坡莫合金 Fe-79Ni-4Mn20 000100 000 0.870.50.55 1000退火+ 合适
15、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 000 0.630.160.6 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） 坡莫合金 PD(wt%:3 540%) 36坡莫合金Fe-36Ni3 00020 0001.51.60.75 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 ，磁导率的上 升率小（变换 器等） 坡莫合金PE （wt% 45%55%) Permenom 5000Z Fe-50N
16、i50040 0001.5 0.8- 2.4 0.4 98%以上的冷 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） l2.1 概述 l2.2 电工纯铁和电工钢 l2.3 Fe-Ni合金 l2.4 Fe-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 2.4 Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金 l在纯铁的基础上加入（0-33wt%）Al形成-Fe（Al）固溶体，具 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100x10-6，可作为磁致伸缩材料。 l缺点：冷加工困难 Fe-Al系软磁合
