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1、1J22高饱和磁感应强度软磁合金简介一、软磁合金简介1.1 软磁合金简介软磁合金(soft magne tic alloy) 是在弱磁场中具有高的磁导率及低的矫 顽力的一类合金，在外磁场作用下容易磁化，去除磁场后磁感应强度又基本消失的 磁性合金。这类合金广泛应用于无线电电子工业、精密仪器仪表、遥控及自动控制 系统中，综合起来主要用于能量转换和信息处理两大方面，是国民经济中的一种重 要材料。其磁滞回线面积小而窄，矫顽力一般800A/m,电阻率高，涡流损耗小， 导磁率高，饱和磁感高。一般都加工成板材和带材，熔融法制备，主要用作电器、 电信工业中的各种铁芯元件(如变压器铁芯、继电器铁芯、扼流圈等)。
2、常用软磁 合金有低碳电工钢、阿姆科铁、硅钢片、镍铁软磁合金、铁钴软磁合金、铁硅软磁 合金等。1.2 软磁合金的物理性能软磁合金的磁滞回线面积小且窄，矫顽力(He)般10 Oe(10e79.6A/m)。软磁合金的主要磁特性是：1矫顽力(He)和磁滞损耗(Wh)低；2电阻率(P)较高，涡流损耗(We)低；3起始磁导率(口 0)和最大磁导率(口 m)高；某些合金在低磁场范围内磁导率 (B/H)保持恒定；4饱和磁感(Bs)高；5某些合金磁滞回线呈矩形，矩形比即剩磁/最大磁感(Br/Bm)高。这些磁性能同合金的结构状态和成分密切相关。合金中的碳、硫、氮和氧等 杂质对磁性特别有害，因为它们使晶格畸变，难以
3、磁化，碳和氮还会引起磁时效现 象。软磁合金一般要求成品晶粒尺寸大，以便降低He和Wh值。一般铁磁性金属的 磁性随晶轴方向不同而异，如铁的100方向易于磁化，111方向难于磁化。因此 控制晶粒取向可以在材料的特定方向获得更好的磁性能。铁的电阻率（P）低，添加 某些合金元素可以提高P值，加硅和铝的效果最为明显。在铁中加入任何合金元 素（除钻外），都会使它的饱和磁感Bs降低。1.3 软磁合金的发展和分类19世纪末用低碳钢板制造电机和变压器铁芯。1900年磁性更高的硅钢片很快 取代了低碳钢，用来制造电力工业的产品。1917年出现了 Ni-Fe合金以适应当时 电话系统的需要。后来又出现了具有不同磁特性的
4、Fe-Co合金（1929）、Fe-Si-Al 合金（1936）和卩e-Al合金（1950）以满足特殊用途。中国于1953年开始生产热轧 硅钢片。50年代末开始研究Ni-Fe和Fe-Co等软磁合金，60年代陆续开始生产一 些主要的软磁合金。70年代开始生产冷轧硅钢带。软磁合金可分为低碳电工钢和阿姆科铁、硅钢片、镍铁软磁合金、铁钴软磁 合金、铁硅铝软磁合金等，在电力工业方面，主要采用在较高磁场下具有高磁感和 低铁芯损耗的合金。在电子工业方面，主要采用在低或中等磁场下具有高磁导率和 低矫顽力的合金。在高频下则须采用薄的带材或更高电阻率的合金。一般都用板材 或带材。表1 软磁合金牌号及用途序号软磁合金
5、分类牌号执行标准用途1镍铁软磁合金1J46， 1J50， 1J54， 1J76，1J77， 1J79， 1J80， 1J85，1J86， 1J34， 1J51， 1J52，GBn 198-88大部分用于弱磁或中等磁场 工作的小型变压器，脉冲变 压器，继电器，互感器，磁1J65, 1J66,1J67, 1J83,1J403放大器，电磁离合器，扼流圈铁芯及磁屏蔽2磁温度 补偿合 金1J30, 1J31, 1J32 , 1J33,1J38GB/T15005-94电磁回路和永磁回路中的磁分路补偿元件3耐蚀软磁合金1J36, 1J116, 1J117GB/T14986-94在氧化性介质和肼类介质中工作的
6、电磁器件4咼硬度 高电阻 高磁导 合金1J87, 1J88, 1J89 , 1J90,1J91GB/T14987-94用于制作录音机和磁带机磁 头芯片以及微特电机变压 器，传感器，磁放大器等各 种高频电感兀件铁芯5磁头用 软磁合 金1J75 , 1J77C, 1J79C,1J85C, 1J87C, 1J92, 1J93,1J94, 1J95YB/T086-1996用于制作磁头外冗，心片，隔离片6高饱和 磁感应 强度软 磁合金1J22GB/T15002-94电磁铁极头，电话耳机振动膜，力矩马达转子1.4 Fe-Co基软磁合金的发展和应用为了获得更加优异的综合性能，Fe-Co合金作为软磁材料从合金
7、微观组织形 态上经历了从晶态组织到非晶纳米晶组织的发展过程。其合金成分也随之发生了由 二元合金到多元合金的演变。1.4.1传统的Fe-Co晶态合金Fe-Co二元晶态合金由3种物相组成，即体心立方(bcc) a无序晶体结 构、体心立方(bcc)相及面心立方(fee)相。研究已表明，含35%Co的Fe-Co合 金饱和磁通密度Bs达到最大值，其Bs值可达2.45 T,居里点约为900C，而且， Fe-Co合金的居里点随其钻含量的增加而提高。约含50%Co时居里点最高，为 980C，此时，合金的磁晶各向异性常数K 1值接近于零，具有最高的磁导率。但 是，Fe-Co晶态合金涡流损耗较高，只适于在直流和低
8、频条件下使用，目前主要用 于航空发电机和电动机、大功率脉冲变压器铁芯等。1.4.2 Fe-Co基非晶软磁材料随着非晶制备技术的发展和对非晶合金软磁性能的不断认识，Fe-Co非晶合 金逐渐得到了材料研究者的特别关注和深入研究。按照Inoue提出的非晶形成3 条经验法则，研究者在Fe-Co二元晶态合金中添加约20% (原子分数)不同配比的 Si、B、C、P等类金属非磁性元素用于提高合金的非晶形成能力，其余约80%为 Fe、Co、Ni等磁性元素作为基体合金，从而研制出了 Fe-Co基非晶软磁材料。由于受非晶形成能力和制备过程中传热的限制，目前只能获得低维产品，工 业应用的Fe-Co非晶软磁合金材料主
9、要是通过对粒状、带状等低维非晶材料进行热 挤压、热轧、热锻等后续加工来获得各种形状的产品。虽然，Fe-Co基合金非晶带 材已经广泛用于各种变压器和电感器，成为电力、电子和信息领域不可缺少的重要 基础材料。但是其形状特征在某些方面也始终限制着它的许多应用。随着块体非晶 材料制备技术的不断创新和发展，大体积块体非晶材料的出现为扩大Fe-Co非晶软 磁合金的应用提供了基础。然而，与其它非晶态合金一样，Fe-Co基非晶软磁材 料由于非晶态处于非平衡态，具有向平衡晶态转化的趋势，这种不稳定性限制了它 的应用范围，一般只能在较低的温度下使用，因而提高非晶合金的稳定性已是当务 之急。同时，Fe-Co基非晶合
10、金材料的矫顽力和高频损耗还有待于进一步降低，并 且也存在脆性和可加工性差的缺点。1.4.3 FeCo 纳米晶软磁材料1988年日本人Yoshizawa在FeSiB合金基体中加入少量Cu和Nb，首先利用 熔体急冷法制备出了非晶态合金，随后经过热处理得到了高磁导率、低损耗、低磁 致伸缩的Fe基纳米晶材料（商品名为FINEMET）。虽然，由于其优异的软磁性 能，Fe基纳米晶材料受到了各国材料科学工作者和产业界的关注。但是由于Fe基 纳米晶合金较低的居里温度（TC 300C），限制了其在高温情况下的应用。20世 纪90年代末期，Willard用Co部分替代FeZrBCu非晶合金（商品名为NANOPER
11、M） 中的Fe得到了纳米晶非晶共存的FeCoZrBCu合金（商品名为HITPERM）。由于该 合金中非晶相和纳米晶相居里温度的提高，使材料的高温性能明显得到改善，使用 温度可达600C。此后，Fe-Co基纳米晶合金得到了快速发展和应用。1.5 本文的目的1J22合金是一种具有较高的饱和磁化强度、磁导率、居里点、较低的矫顽力 以及损耗小等优点的软磁合金，它适用于制造要求体积小、重量轻的元器件。已广 泛用于飞行器电源变压器和机载雷达变压器、电磁铁极头、微电机转子、继电器、 换能器、耳机振动膜等。2015年10月份我司发展部了解到某公司有1J22合金带材的需求，而我司并 不具备1J22合金的生产经验
12、，对这种合金的了解和技术积累基本是一片空白。本 文将从发展和应用、理化性能、加工工艺等方面系统的介绍1J22合金，为我司实 现1J22合金的生产加工提供指导。二、1J22高饱和磁感应强度软磁合金简介2.1 1J22合金牌号高饱和磁感应强度软磁合金中国国家标准中规定的牌号为1J22（Co50V2），其 他国家的类似牌号是AFK502（法国），49K（俄罗斯），Permendur 49（英国），UNS R30005（美国），Supermendur（美国），HiperCo50（美国）。2.2 1J22合金的化学成分 表21J22化学成分（）合金牌号CMnSiPSCuNiCoVFe不大于1J220.0
13、40.300.30().02 (.02 0.20 0.50 49.0 51.00.8 1.8余量备注：根据 GB/T 15002-19942.3 1J22合金的物理性能表31J22物理性能合金电阻率密度居里占八C饱和磁感饱和磁致伸 缩系数，10-6弹性模抗拉强 度，Mpa硬度牌号口 Qmg/cm3应强度，T量，GPa冷硬态软态冷态 硬HRC软态HRB1J220.48.29802.456010021613254903590表41J22经热处理后的磁性能合金牌号成品类型在不同磁场强度（A/m ）时的磁感应强度（T）矫顽力Hc(A/m)B400B800B1600B2400B4000B8000不小于不
14、大于1J22冷轧带材1.61.82.02.12.152.2128丝材、锻2.052.152.2144（轧）材备注：根据 GB/T 15002-1994表51J22在不同厚度时的铁损（W/kg）厚度/mmf/Hz磁通密度PP1.5P1.7P1.9P2.0P2.10.1503.54 4.744.4 05.935.49 7.526.32 9.058.29 11.840030.15 3931.5 48.642.5 58.448.7 63.255.5 69.480062.7 82.478.3 102.194.5 122.5103131.5114. 1153.1100074.6 105.991.7 132110.9 158.3122173.1138.8 197.80.2503.68 4.034.59 4.995.77 6.626.7 7.878.33 9.8440035.2 36.343.7 45.250.4 56.558.4 64.264.0 77.680084.7 87.7106.5 110.8130
