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深入解析軟磁材料、坡莫合金及1J85合金的磁學(xué)特性
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2024/10/22 10:58:00 |
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深入解析軟磁材料、坡莫合金及1J85合金的磁學(xué)特性 詳細(xì)說(shuō)明 |
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1 軟磁材料概述
軟磁材料是一種具有獨(dú)特性質(zhì)的磁性材料，其特性在于易于在外界磁場(chǎng)的作用下磁化，而當(dāng)磁場(chǎng)消失后，其磁性幾乎完全消失。此外，軟磁材料還具備高磁導(dǎo)率、低退磁因子以及低矯頑力等特點(diǎn)，這些特性使得軟磁材料在電磁鐵、變壓器、交流發(fā)電機(jī)、繼電器以及各類(lèi)高頻電磁元件的磁芯和磁棒等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
軟磁材料在工業(yè)中的應(yīng)用歷史可追溯至19世紀(jì)。到了20世紀(jì)初期，硅鋼片開(kāi)始取代低碳鋼，首次應(yīng)用于電話的感應(yīng)線圈中，這一變革不僅顯著提升了傳輸效率，還有效降低了損耗。20世紀(jì)20年代，隨著無(wú)線電技術(shù)的快速發(fā)展，坡莫合金磁粉芯應(yīng)運(yùn)而生。隨后的40年代至60年代，雷達(dá)、電視廣播、集成電路等新興技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)軟磁材料提出了更高的要求，推動(dòng)了軟磁合金薄帶和軟磁鐵氧體材料的研發(fā)。進(jìn)入70年代后，隨著電信、自動(dòng)化控制、計(jì)算機(jī)工業(yè)等行業(yè)的蓬勃發(fā)展，磁頭用軟磁合金也應(yīng)運(yùn)而生。自上世紀(jì)80年代末以來(lái)，納米晶材料的出現(xiàn)更是為磁性材料領(lǐng)域注入了新的活力。1988年，日本日立公司的吉澤克仁等人在Fe-Si-B系非晶態(tài)合金中加入了Cu和Nb等元素，進(jìn)一步推動(dòng)了軟磁材料的發(fā)展。
2坡莫合金簡(jiǎn)介
坡莫合金是一種鐵鎳合金，其鎳含量范圍在35%至90%之間。這種合金的~大特點(diǎn)是，在施加弱磁場(chǎng)時(shí)，具有較高的磁導(dǎo)率和飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。關(guān)于坡莫合金的研究，~早可追溯到百余年前，由美國(guó)人Elmen發(fā)起。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鎳含量為78%時(shí)，鐵鎳合金的初始磁導(dǎo)率達(dá)到~高，因此將這種合金命名為坡莫合金。Elmen還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚�，可以顯著改善合金的磁性能，如獲得超過(guò)10⁵的初始磁導(dǎo)率、超過(guò)10⁶的~大磁導(dǎo)率、低至2%的矯頑力以及接近0的矩形系數(shù)。此外，面心立方形態(tài)的坡莫合金具有良好的加工性能，可以加工成帶材、板材等多種形態(tài)。
3 影響1J85合金性能的關(guān)鍵因素
通過(guò)對(duì)軟磁合金的深入分析和研究，發(fā)現(xiàn)多種因素對(duì)1J85合金的性能具有顯著影響。了解這些因素及其對(duì)合金的危害，并據(jù)此進(jìn)行調(diào)整，可以有效地優(yōu)化和提高合金的性能。
（1）化學(xué)成分
邱春林等人的研究發(fā)現(xiàn)，軟磁合金的初始磁導(dǎo)率受鎳含量分布的影響較大。對(duì)于快冷合金，鎳含量在75%至80%之間時(shí)，具有~大的初始磁導(dǎo)率；對(duì)于爐冷合金，~大初始磁導(dǎo)率存在兩個(gè)峰值，分別約為45%和82%；對(duì)于低溫回火合金，~大初始磁導(dǎo)率的峰值則出現(xiàn)在40%和85%左右�？傮w上，初始磁導(dǎo)率隨著鎳含量的增加先增大后減小。在合金中加入Mo元素可以抑制合金的有序度轉(zhuǎn)變速度，減小對(duì)應(yīng)力的反應(yīng)，從而改變合金的磁性能。然而，過(guò)量的Mo元素添加會(huì)導(dǎo)致居里溫度和飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度下降，因此冶煉過(guò)程中一般選擇添加5%的Mo含量。
（2）晶體結(jié)構(gòu)
合金中的晶粒由于晶體結(jié)構(gòu)中存在的磁晶各向異性，其取向?qū)Υ判阅芫哂酗@著影響。對(duì)于高Ni的坡莫合金，磁晶各向異性常數(shù)小于0，[100]方向易于磁化；而對(duì)于低Ni的坡莫合金，磁晶各向異性常數(shù)大于0，[111]方向則易于磁化。經(jīng)過(guò)高形變量冷軋后高溫?zé)崽幚硗嘶穑梢孕纬闪⒎饺∠�，在合金中出現(xiàn)織構(gòu)，從而提高磁性能。此外，合金的晶粒大小存在~優(yōu)尺寸。由于外加磁場(chǎng)的不同，磁化方式也會(huì)發(fā)生變化。~佳尺寸隨著外加磁場(chǎng)在合金磁化過(guò)程中的逐漸增大而降低。研究還發(fā)現(xiàn)，外加磁場(chǎng)較小時(shí)，磁化過(guò)程主要為磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)；而外加磁場(chǎng)較大時(shí)，磁化過(guò)程則主要為疇壁移動(dòng)。在不同大小的外加磁場(chǎng)下，晶粒尺寸對(duì)合金飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響也不同：施加強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，磁化程度主要受晶界的影響；晶粒越大，晶界越少，磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)越容易，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度越高；而施加弱磁場(chǎng)時(shí)，磁化難易程度主要受晶體織構(gòu)的影響；晶粒越大，織構(gòu)越少，磁疇移動(dòng)受阻，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度越低。
（4）熱處理工藝
熱處理工藝可以去除雜質(zhì)、降低矯頑力，并獲得均勻致密的再結(jié)晶組織，達(dá)到無(wú)序化狀態(tài)。李晨雋等人通過(guò)氫氣作為保護(hù)氣對(duì)1J85合金進(jìn)行熱處理，并獲得了顯著的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在1200℃以下，隨著退火溫度的升高，矯頑力逐漸減少，初始磁導(dǎo)率和~大磁導(dǎo)率呈上升趨勢(shì)；而飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化則不明顯。這意味著合金的磁性能與熱處理溫度呈正相關(guān)。然而，當(dāng)退火溫度超過(guò)1200℃后，繼續(xù)升高溫度會(huì)導(dǎo)致初始磁導(dǎo)率和~大磁導(dǎo)率顯著下降，同時(shí)矯頑力大幅提升。這表明此時(shí)合金的磁性能已大幅下降。
一、
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