建筑工程类磁性功能材料第二节(课堂讲义)ppt课件

第二章磁性功能材料,.,第二节软磁材料,2.1概述2.2电工纯铁和电工钢2.3Fe-Ni合金2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金2.5铁氧体软磁材料2.6非晶，纳米晶软磁材料,.,2.1概述（一）发展历史（二）定义，基本要求（三）分类2.2电工纯铁和电工钢2.3Fe-Ni合金2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金2.5铁氧体软磁材料2.6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,.,.,2.1概述（一）发展历史（二）定义，基本要求（三）分类2.2电工纯铁和电工钢2.3Fe-Ni合金2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金2.5铁氧体软磁材料2.6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,.,2.1概述（一）发展历史（二）定义，基本要求（三）分类2.2电工纯铁和电工钢2.3Fe-Ni合金2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金2.5铁氧体软磁材料2.6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,.,2.1概述2.2电工纯铁和电工钢（一）电工纯铁（二）电工钢2.3Fe-Ni合金2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金2.5铁氧体软磁材料2.6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。最早，最常用资源丰富、价格低廉，具有良好的可加工性。,（一）电工纯铁,.,.,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,.,.,2.1概述2.2电工纯铁和电工钢（一）电工纯铁（二）电工钢2.3Fe-Ni合金2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金2.5铁氧体软磁材料2.6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,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,.,.,电工钢板的分类,.,.,2.1概述2.2电工纯铁和电工钢2.3Fe-Ni合金2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金2.5铁氧体软磁材料2.6非晶，纳米晶软磁材料,.,2.3Ni-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=0Ni含量在76%左右时，K=0Ni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。,.,79Ni-46Mo-Fe矩形磁滞回线Ni-Fe-M多元系软磁合金低剩磁和恒导磁合金硬坡莫合金,几种有代表性的Ni-Fe-M合金,.,79Ni-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。,.,.,2.1概述2.2电工纯铁和电工钢2.3Fe-Ni合金2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金2.5铁氧体软磁材料2.6非晶，纳米晶软磁材料,.,2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金,在纯铁的基础上加入（0-33wt%）Al形成-Fe（Al）固溶体，具有BCC结构。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100 x10-6，可作为磁致伸缩材料。缺点：冷加工困难,Fe-Al系软磁合金,.,在Fe中加入Co，可使合金的Bs提高，当Co含量为40%时，Bs约为2.4T，Tc高达980缺点：昂贵，加工性能较差少量添加元素如V，Cr可改善冷加工性能,Fe-Co系软磁合金,.,2.1概述2.2电工纯铁和电工钢2.3Fe-Ni合金2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金2.5铁氧体软磁材料2.6非晶，纳米晶软磁材料,.,2.5铁氧体软磁材料,铁氧体是指铁的氧化物和其他一种或几种金属氧化物组成的复合氧化物等，是具有亚铁磁性的强磁性材料。如Mn-Zn系、Ni-Zn系，Mg-Zn系、Li-Zn系和Cu-Zn系等。软磁铁氧体材料一般要求有高磁导率、高Ms、低Hc、低损耗、高电阻率和高温度稳定性等。在使用时由于用途不同，对性能的要求有所侧重。,MnZn铁氧体，在500kHz以下使用性能优越NiZn铁氧体，在1MHz以上使用时，性能优越Co2Zn铁氧体，在几百兆赫兹以上使用,.,2.1概述2.2电工纯铁和电工钢2.3Fe-Ni合金2.4Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金2.5铁氧体软磁材料2.6非晶，纳米晶软磁材料,.,2.6纳米晶，非晶软磁材料,传统晶态软磁材料,非晶软磁材料,1970年前后,10-5103K/s,108K/s,锻造，热轧，冷轧,快淬成薄带,有序，周期性排列,远程无序，近程有序,（一）非晶软磁材料,.,铁磁性：近邻原子间的电子静电交换作用,.,长程无序磁晶各向异性为零近程有序磁致伸缩不为零,非晶材料的软磁特性主要取决于磁致伸缩的大小,.,非晶态软磁合金的基本成分和磁性Fe、Co、Ni类金属B、C、P、Si等Fe、Co、Ni过渡金属Zr、Hf、Nb等,.,高饱和磁感应强度低铁损非晶合金,Fe-BFe-B-SiFe-B-Si-C,B