软磁材料及器件

发布时间:2024-07-17
常用软磁材料
1. 硅钢片:
硅钢是含硅量在3%左右、其它主要是铁的硅铁合金。硅钢片大量用于中低频变压器和电机铁芯,尤其是工频变压器。硅钢的特点是具有常用软磁材料中的饱和磁感应强度(2.0t以上),因此作为变压器铁芯使用时可以在很高的工作点工作(如工作磁感值1.5t)。但是,硅钢在常用的软磁材料中铁损也是大的,为了防止铁芯因损耗太大而发热,它的使用频率不高,一般只能工作在20khz以下。
硅钢通常是薄片状的,这是为了在制造变压器铁芯时减小铁芯的涡流损失。目前硅钢片主要分热轧和冷轧两大类。
所谓热轧硅钢,是把硅钢板坯在850度以上加热后轧制,然后再进行退火。由于轧制温度高,所轧制出来的硅钢片都是各向同性的,也就是说硅钢片的磁性在各个方向上相同。这种各向同性的硅钢也叫做无取向硅钢。无取向硅钢大量应用在电机中的定子或者转子。因为要制造电机定子和转子,就要在大的硅钢片上冲压出圆形的零件。这时总是希望硅钢片沿圆周方向磁性一致,所以要用无取向硅钢。
为了获得更好的磁性能,后来人们发明了冷轧硅钢片,即在较低温度下轧制,再退火。冷轧取向硅钢片是其中的代表。冷轧取向硅钢片首先对板坯进行冷轧,使得材料内部产生很多结构缺陷。在随后的退火过程中,材料发生结构上的变化(称为再结晶),这种变化会使硅钢片在某个方向上磁性能非常好,也就是说磁性能和方向有关,因此被称为取向硅钢。在终使用时,让铁芯中的磁力线沿磁性能的方向通过,这样便可以大限度地发挥硅钢片的磁性能潜力。例如,在变压器中,铁芯材料的磁力线是沿一个方向通过的,如果把硅钢片适当裁剪,然后卷绕成铁芯,使得铁芯周长方向恰好是硅钢片磁性能的方向,那么铁芯的导磁率就会很高,容易磁化,能量损耗小,终提高了变压器效率。
我国对硅钢片的编号是:热轧硅钢片d(如d31指含硅3.1%的热轧硅钢);冷轧硅钢片dt;高磁感取向硅钢片q和qg。这些材料的磁性能可以从相关的书籍和手册中得到。
2. 坡莫合金:
坡莫合金指铁镍合金,其含镍量的范围很广,在35%-90%之间。坡莫合金的大特点是具有很高的弱磁场导磁率。它们的饱和磁感应强度一般在0.6--1.0t之间。
简单的坡莫合金是铁镍两种元素组成的合金,通过适当的轧制和热处理,它们能够具备高导磁率,同时也可以合理搭配铁和镍的含量,获得比较高的饱和磁感应强度。但是,这种坡莫合金的率低,力学性能不好,所以实际应用并不很多。
目前大量应用的坡莫合金是在铁镍的基础上添加一些其它元素,例如钼、铜等。添加这些元素的目的是增加材料的电阻率,以减小做成铁芯后的涡流损失。同时,添加元素也可以提高材料的硬度,这尤其有利于作为磁头等有磨损的应用。
坡莫合金的生产过程比较复杂。例如,板材轧制的工艺、退火温度、时间、退火后的冷却快慢等都对材料终的磁性能有很大影响。
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