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非晶及纳米晶软磁合金分为几种型号?

白小姐六选一LAIYUAN:http://zisedie.com/news33101.html  FABUSHIJIAN:2018/12/6 18:27:00

非晶及纳米晶软磁合金

(Amorphous and Nanocrystalline alloys)

硅钢和坡莫合金软磁材料都是晶态材料,原子在三维空间做规则排列,形成周期性的点阵结构,存在着晶粒、晶界、位错、间隙原子、磁晶各向异性等缺陷,对软磁性能不利。从磁性物理学上来说,原子不规则排列、不存在周期性和晶粒晶界的非晶态结构对获得优异软磁性能是十分理想的。非晶态金属与合金是70年代问世的一个新型材料领域。它的制备技术完全不同于传统的方法,而是采用了冷却速度大约为每秒一百万度的超急冷凝固技术,从钢液到薄带成品一次成型,比一般冷轧金属薄带制造工艺减少了许多中间工序,这种新工艺被人们称之为对传统冶金工艺的一项革命。由于超急冷凝固,合金凝固时原子来不及有序排列结晶,得到的固态合金是长程无序结构,没有晶态合金的晶粒、晶界存在,称之为非晶合金,被称为是冶金材料学的一项革命。这种非晶合金具有许多独特的性能,如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高的强度、硬度和韧性,高的电阻率和机电耦合性能等。由于它的性能优异、工艺简单,从80年代开始成为国内外材料科学界的研究开发重点。美、日、德国已具有完善的生产规模,并且大量的非晶合金产品逐渐取代硅钢和坡莫合金及铁氧体涌向市场。

我国自从70年代开始了非晶态合金的研究及开发工作,经过“六五”、“七五”、“八五”期间的重大科技攻关项目的完成,共取得科研成果134项,国家发明奖2项,获专利16项,已有近百个合金品种。钢铁研究总院现具有4条非晶合金带材生产线、一条非晶合金元器件铁芯生产线。生产各种定型的铁基、铁镍基、钴基和纳米晶带材及铁芯,适用于逆变电源、开关电源、电源变压器、漏电保护器、电感器的铁芯元件,年产值近2000万元。“九五”正在建立千吨级铁基非晶生产线,进入国际先进水平行列。

非晶软磁合金所达到的最好单项性能水平为:

初始磁导率 μo = 14 × 104

钴基非晶最大磁导率 μm= 220 × 104

钴基非晶矫顽力 Hc = 0.001 Oe

钴基非晶矩形比 Br/Bs = 0.995

钴基非晶饱和磁化强度 4πMs = 18300Gs

铁基非晶电阻率 ρ= 270μΩ/cm

常用的非晶合金的种类有:铁基、铁镍基、钴基非晶合金以及铁基纳米晶合金。其国家牌号及性能特点见表及图所示,为便于对比,也列出晶态合金硅钢片、坡莫合金1J79 及铁氧体的相应性能。这几类材料各有不同的特点,在不同的方面得到应用。

牌号基本成分和特征

1K101 Fe-Si-B 系快淬软磁铁基合金

1K102 Fe-Si-B-C 系快淬软磁铁基合金

1K103 Fe-Si-B-Ni 系快淬软磁铁基合金

1K104 Fe-Si-B-Ni Mo 系快淬软磁铁基合金

1K105 Fe-Si-B-Cr(及其他元素)系快淬软磁铁基合金

1K106 高频低损耗Fe-Si-B 系快淬软磁铁基合金

1K107 高频低损耗Fe-Nb-Cu-Si-B 系快淬软磁铁基纳米晶合金

1K201 高脉冲磁导率快淬软磁钴基合金

1K202 高剩磁比快淬软磁钴基合金

1K203 高磁感低损耗快淬软磁钴基合金

1K204 高频低损耗快淬软磁钴基合金

1K205 高起始磁导率快淬软磁钴基合金

1K206 淬态高磁导率软磁钴基合金

1K501 Fe-Ni-P-B 系快淬软磁铁镍基合金

1K502 Fe-Ni-V-Si-B 系快淬软磁铁镍基合金

400Hz: 硅钢铁芯 非晶铁芯

功率(W) 45 45

铁芯损耗(W) 2.4 1.3

激磁功率(VA) 6.1 1.3

总重量(g) 295 276


(1)铁基非晶合金(Fe-based amorphous alloys)

铁基非晶合金是由80%Fe及20%Si,B类金属元素所构成,它具有高饱和磁感应强度(1.54T),铁基非晶合金与硅钢的损耗比较 磁导率、激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片的特点,特别是铁损低(为取向硅钢片的1/3-1/5),代替硅钢做配电变压器可节能60-70%。铁基非晶合金的带材厚度为0.03mm左右,广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器及逆变器铁芯, 适合于10kHz 以下频率使用

2)铁镍基、钴基非晶合金(Fe-Ni based-amorphous alloy)

铁镍基非晶合金是由40%Ni、40%Fe及20%类金属元素所构成,它具有中等饱和磁感应强度〔0.8T〕、较高的初始磁导率和很高的最大磁导率以及高的机械强度和优良的韧性。在中、低频率下具有低的铁损。空气中热处理不发生氧化,经磁场退火后可得到很好的矩形回线。价格比1J79便宜30-50%。铁镍基非晶合金的应用范围与中镍坡莫合金相对应, 但铁损和高的机械强度远比晶态合金优越;代替1J79,广泛用于漏电开关、精密电流互感器铁芯、磁屏蔽等。铁镍基非晶合金是国内开发最早,也是目前国内非晶合金中应用量最大的非晶品种,年产量近200吨左右.空气中热处理不发生氧化铁镍基非晶合金( 1K503) 获得国家发明专利和美国专利权。

3) 铁基纳米晶合金(Nanocrystalline alloy)

铁基纳米晶合金是由铁元素为主,加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料,这种非晶态材料经热处理后可获得直径为10-20 nm的微晶,弥散分布在非晶态的基体上,被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料。纳米晶材料具有优异的综合磁性能:高饱和磁感(1.2T)、高初始磁导率(8×104)、低Hc(0.32A/M), 高磁感下的高频损耗低(P0.5T/20kHz=30W/kg),电阻率为80μΩ/cm,比坡莫合金(50-60μΩ/cm)高, 经纵向或横向磁场处理,可得到高Br(0.9)或低Br 值(1000Gs)。是目前市场上综合性能最好的材料;适用频率范围:50Hz-100kHz,最佳频率范围:20kHz-50kHz。广泛应用于大功率开关电源、逆变电源、磁放大器、高频变压器、高频变换器、高频扼流圈铁芯、电流互感器铁芯、漏电保护开关、共模电感铁芯。

常用软磁磁芯的特点比较

1. 磁粉芯、铁氧体的特点比较: MPP 磁芯:使用安匝数< 200,50Hz~1kHz, μe :125 ~ 500 ; 1 ~ 10kHz; μe :125 ~ 200; > 100kHz:μe: 10 ~ 125

HF 磁芯:使用安匝数< 500,能使用在较大的电源上,在较大的磁场下不易被饱和,能保证电感的最小直流漂移,μe :20 ~ 125

铁粉芯:使用安匝数>800, 能在高的磁化场下不被饱和, 能保证电感值最好的交直流叠加稳定性。在200kHz以内频率特性稳定;但高频损耗大,适合于10kHz以下使用。

FeSiAlF磁芯:代替铁粉芯使用,使用频率可大于8kHz。DC偏压能力介于MPP与HF之间。

铁氧体:饱和磁密低(5000Gs),DC偏压能力最小 3. 硅钢、坡莫合金、非晶合金的特点比较:

硅钢和FeSiAl 材料具有高的饱和磁感应值Bs,但其有效磁导率值低,特别是在高频范围内;

坡莫合金具有高初始磁导率、低矫顽力和损耗,磁性能稳定,但Bs 不够高,频率大于20kHz时,损耗和有效磁导率不理想,价格较贵,加工和热处理复杂;

钴基非晶合金具有高的磁导率、低Hc、在宽的频率范围内有低损耗,接近于零的饱和磁致伸缩系数,对应力不敏感,但是Bs 值低,价格昂贵;

铁基非晶合金具有高Bs值、价格不高,但有效磁导率值较低。

纳米晶合金的磁导率、Hc值接近晶态高坡莫合金及钴基非晶,且饱和磁感Bs与中镍坡莫合金相当,热处理工艺简单,是一种理想的廉价高性能软磁材料;虽然纳米晶合金的Bs值低于铁基非晶和硅钢,但其在高磁感下的高频损耗远低于它们,并具有更好的耐蚀性和磁稳定性。纳米晶合金与铁氧体相比,在低于50kHz时,在具有更低损耗的基础上具有高2至3倍的工作磁感,磁芯体积可小一倍以上。

方法

降低电感磁芯的损耗

大家都知道电感磁芯是很多电子产品中都会用于到的一种产品,例如手机、MP3、MP4、电脑、转换器、变压器及LED电视显示屏等等。而且大家应该也知道,电子产品在使用的过程中都产生一定的损耗,而电感磁芯也不例外。但是,如果当电感磁芯的损耗过大的话,会导致电感磁芯的使用寿命的减少,严重的话还会影响到应用电感磁芯的产品的正常运行。那么我们应该如何降低电感磁芯的损耗呢?

电感磁芯产生损耗的原因:

贴片电感磁芯的损耗主要来源于磁芯损耗和线圈损耗两个方面,而且这两个方面的损耗量的大小又需要根据其不同电路模式来进行判断。其中,磁芯损耗主要是因为磁芯材料内交替磁场而产生的,它所产生的损耗是操作频率与总磁通摆幅(ΔB)的函数,会大大降低了有效传导损耗。线圈损耗则是因为磁性能量变化所造成的能源耗损,它会在当功率电感电流下降时,降低磁场的强度。

电感磁芯降低损耗的方法:

1、电感磁芯中产生的磁芯损耗会随电感磁芯损耗上升而下降的容许铜线损耗,而且还会带来相同的电感磁芯材料通量激增。因此当开关频率上升至 500 kHz 以上,电感磁芯损耗和绕组交流损耗就可以极大地减少电感中的容许直流电流。

2、电感磁芯在线圈中的损耗主要表现在铜线损耗上,因此想要降低铜线损耗,必须要在电感磁芯损耗上升时降低,一直持续到各损耗均相等。最好的情况就是在高频率下损耗稳定保持相等,并允许从磁结构获得最大输出电流。

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