IEC 60404-62018+AMD12021 CSV 磁性材料第6部分用环形试样在20Hz至100kHz频率范围内测量磁性软金属和粉末材料磁性的方法标准立项发展报告

磁性材料第6部分：用环形试样在20Hz至100kHz频率范围内测量磁性软金属和粉末材料磁性的方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:MagneticMaterials–Part6:MethodsofMeasurementoftheMagneticPropertiesofMagneticallySoftMetallicandPowderMaterialsatFrequenciesintheRange20Hzto100kHzbytheUseofRingSpecimens摘要关键词：磁性材料；环形试样；磁性能测量；IEC60404-6；软磁材料；频率特性；标准化Keywords:MagneticMaterials;RingSpecimens;MagneticPropertyMeasurement;IEC60404-6;SoftMagneticMaterials;FrequencyCharacteristics;Standardization1.引言磁性材料是支撑现代电气电子工业发展的关键功能材料，广泛应用于电机、变压器、电感器、传感器、电磁屏蔽及无线充电等众多领域。近年来，随着新能源汽车、光伏储能、大数据中心、5G通信等战略性新兴产业的迅猛发展，电力电子系统的工作频率不断提高，对磁性材料在高频条件下的动态磁性能提出了更为严苛的要求。如何准确、可重复地测量软磁金属及粉末材料在较宽频率范围内的磁性能，已成为材料科学界和产业界共同关注的核心技术问题。在此背景下，国际电工委员会（IEC）第68技术委员会（TC68）——磁性合金与钢技术委员会负责制定的IEC60404系列标准，为全球磁性材料的术语定义、磁性能测量方法和技术规范提供了统一的国际准则。其中，IEC60404-6作为专门规定环形试样测量方法的国际标准，针对20Hz至100kHz频率范围内软磁金属和粉末材料的交流磁性能测量，确立了具有法定计量溯源性的标准测量程序。该标准的最新版本为IEC60404-6:2018+AMD1:2021CSV（合并版），于2021年7月5日正式发布。本报告旨在对该项国际标准的立项背景、技术内容、发展沿革及产业应用进行系统全面的梳理与解析，为标准使用者提供权威的参考信息，并为我国相关领域标准体系建设和技术发展提供借鉴。2.标准编制背景与立项必要性2.1产业需求驱动磁性软金属和粉末材料（包括电工钢、铁镍合金、铁硅铝合金、金属磁粉芯、非晶纳米晶带材等）是电力电子器件和系统的基础功能材料。在20Hz至100kHz这一覆盖工业电网工频至超声波频段的宽广频率范围内，上述材料的磁导率、损耗、矫顽力等关键参数随频率和磁通密度呈现复杂的非线性变化特性。精确掌握这些频率特性，不仅是磁性材料制造商进行产品出厂检验和质量分级的基本手段，更是下游用户进行磁性元器件设计选型和系统效率优化的核心数据来源。然而，磁性材料的高频磁性能测量远比直流或工频条件下的测量复杂。涡流效应、趋肤效应、异常损耗、谐振效应等因素的耦合使得测量结果严重依赖于试样形状、线圈绕制方式、测量回路参数及数据处理方法。若无统一的标准测量方法作为基准，不同实验室、不同制造商的测量结果之间将缺乏可比性，直接制约了国际贸易中的技术仲裁和产品质量评价。2.2技术发展需求随着碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等宽禁带半导体器件的商用化进程加速，电力电子变换器的开关频率已从传统的几十千赫兹向数百千赫兹乃至兆赫兹频段拓展。这使得磁性元器件的工作条件和设计范式发生了根本性变化，对磁性材料在更高频率、更宽磁通密度范围内磁性能数据的完整性和准确性提出了更高要求。同时，磁粉芯材料（如铁硅铝粉芯、铁镍钼粉芯、羰基铁粉芯等）以其优良的直流偏置特性和高频低损耗优势在新能源发电、车载电源、通信电源等领域获得了广泛应用。这类材料的磁性能对频率极为敏感，其测量方法需要专门的技术规范加以约束。2.3国际贸易协调需求磁性材料的国际贸易量巨大，各国制造商、第三方检测机构和用户之间迫切需要统一的测量技术准则。IEC60404-6作为国际公认的测量方法标准，被广泛引用于各类材料产品标准、贸易合同和质量认证体系中，是实现全球范围内磁性材料测量结果互认的技术基础。3.标准技术内容概述3.1标准适用范围IEC60404-6:2018+AMD1:2021CSV规定了采用环形试样在20Hz至100kHz频率范围内测量磁性软金属和粉末材料交流磁性能的通用方法。该标准适用于相对磁导率大于1的软磁金属材料和粉末冶金软磁材料，包括但不限于：-无取向电工钢带（片）-取向电工钢带（片）-铁镍软磁合金-铁钴软磁合金-金属磁粉芯材料-非晶及纳米晶软磁合金值得注意的是，该标准的技术方法基于环形试样（即环形磁芯），通过初级绕组激励、次级绕组感应的变压器原理进行测量，适用于在正弦磁通条件下对材料磁化曲线、幅值磁导率和总损耗等参数的表征。3.2标准主要技术内容该标准的架构体系完整、逻辑严密，主要涵盖以下几个方面的核心技术内容：（1）术语和定义。标准对涉及的关键术语进行了规范定义，包括幅值磁导率、总损耗、比总损耗、波形因数、激磁安匝数、次级电压谐波失真率、动态磁滞回线、有效磁路长度、有效截面积等。统一的术语体系为测量操作和数据报告奠定了语义基础。（2）测量原理。标准明确规定了基于环形试样的变压器法测量原理：在环形试样上均匀绕制初级绕组和次级绕组，初级绕组通以频率可调的正弦交流电压，通过测量次级绕组的感应电压和初级电流，经过数字化积分等信号处理手段，计算得到被测材料的动态磁滞回线、损耗及幅值磁导率等磁性能参数。（3）试样制备要求。包含环形试样的几何尺寸要求（外径、内径、高度）、截面积的均匀性控制、叠片系数、边缘毛刺控制、绝缘层处理、退火工艺及绕组绕制的方法要求。对粉末磁芯试样，还规定了成型密度一致性控制和机械强度要求。（4）测量系统与仪器要求。对信号源（功率放大器）的输出能力和谐波失真指标、初级电流采样器件（精密取样电阻或电流互感器）、次级电压测量通道的输入阻抗、数字采集系统的分辨率和采样率、功率分析仪或专用B-H分析仪的测量不确定度等提出了明确的指标要求。2021年修订版（AMD1）特别针对高频段数字测量系统的抗混叠滤波、相位补偿和校准方法进行了补充规定。（5）测量程序。按照标准化的操作流程，依次规定了试样预处理、绕组连接、磁场波形调节（保证次级感应电压波形为正弦且波形因数满足规定范围）、磁通密度设定、频率扫描、数据记录和计算等各步骤的具体操作要求和允许偏差范围。（6）测量结果的计算与报告。规定了比总损耗、幅值磁导率、动态磁化曲线等测量结果的计算公式、有效位数修约规则和测试报告的基本信息要求（如试样标识、测试温度、频率点、磁通密度峰值、环境条件等）。3.3修订内容（AMD1:2021）2018年版标准发布后，IECTC68根据技术进步和用户反馈，于2021年发布了修正案AMD1:2021，主要修订内容包括：-更新了高频条件下测量系统的校准方法，引入了基于数字示波器和计算式功率分析仪的现代测量手段；-对测量系统相位误差的评估和修正方法补充了更详细的指引，以降低在较高频率下由于电流电压相位差测量不准带来的损耗测量误差；-新增了对测量结果不确定度评定的指导性附录，与ISO/IECGuide98-3（测量不确定度表示指南，GUM）保持一致。上述修订进一步提升了标准在高频段测量的准确度和实用性。4.标准的国际地位与国内转化4.1国际标准体系中的地位IEC60404系列标准由国际电工委员会TC68（磁性合金与钢）技术委员会负责维护，是国际上磁性材料领域最权威、应用最广泛的标准体系。IEC60404-6在该体系中承担着“交流磁性能测量基础方法”的重要角色，与IEC60404-2（用爱泼斯坦方圈测量电工钢带片磁性能的方法）、IEC60404-3（用单片测试仪测量电工钢带片磁性能的方法）共同构成了电工钢及软磁材料磁性能测量的三大基石。相较于采用爱泼斯坦方圈（Epsteinframe）和单片测试仪（SingleSheetTester）的方法，IEC60404-6的环形试样法在20Hz至100kHz的中高频段具有独特的优势：环形试样无闭合磁路的气隙问题、磁通分布更加均匀，试样制备和绕组方式更加灵活，尤其适合粉末磁芯材料和非标准形状试样的测量。4.2对国内标准体系建设的影响我国高度重视磁性材料测量方法的标准化工作。目前，IEC60404-6已被等同采用为我国国家标准GB/T3656-2008（对应IEC60404-6:2003版），后续的修订版本转化工作也在持续推进中。我国作为全球最大的磁性材料生产国和出口国，磁性材料产量约占全球总产量的70%以上，IEC60404-6标准的国内转化实施对于规范国内磁性材料市场秩序、提升国产磁性材料质量一致性和国际竞争力具有重要的现实意义。4.3标准应用领域该标准被广泛应用于以下主要领域：-电工钢及金属软磁材料制造企业：用于出厂检验、产品分档和质量控制；-磁性元器件制造商：用于来料检验和材料选型评估，包括变压器、电感器、滤波器等；-第三方检测和计量机构：用于磁性材料性能和产品质量的公正检验和仲裁测试；-科研院所与高校：用于新型软磁材料（如非晶、纳米晶、金属磁粉芯）的基础研究和性能评价；-电力电子系统设计单位：用于磁性元器件的选型和系统效率优化设计。5.主要起草单位介绍5.1国际电工委员会TC68技术委员会IEC60404-6标准由国际电工委员会TC68（磁性合金与钢技术委员会）组织制定和维护。TC68成立于20世纪50年代，秘书处长期由日本工业标准调查会（JISC）承担，主席和秘书的任命经由IEC理事会批准。TC68的工作范围涵盖磁性合金（包括电工钢、软磁合金、永磁合金等）的术语定义、分类、测试方法和交货技术条件的标准化。TC68下设多个工作组（WorkingGroup）和项目组（ProjectTeam），分别负责不同子领域的标准制修订工作。其中，负责IEC60404-6维护工作的项目组汇聚了来自日本、德国、中国、法国、意大利、韩国等主要磁性材料生产国和消费国的技术专家，包括来自全球顶尖材料制造商（如日本制铁、浦项制铁、蒂森克虏伯等）、权威检测机构（如德国联邦物理技术研究院PTB、日本产业技术综合研究所AIST等）和知名高校的学者专家。各成员通过定期的工作组会议和技术研讨，就标准修订中的关键技术问题开展深入讨论，确保标准的技术先进性和全球适用性。5.2国内主要参与及转化单位在IEC60404-6标准的国内转化实施过程中，冶金工业信息标准研究院、中国计量科学研究院、武汉钢铁有限公司、宝山钢铁股份有限公司、东北大学等单位发挥了重要的技术支撑作用。全国钢标准化技术委员会特殊合金分技术委员会（SAC/TC183/SC17）具体负责该标准的国内归口管理工作，组织国内专家参加IECTC68国际会议，深度参与国际标准的制修订工作，并及时完成国际标准的国内转化。6.标准实施价值与效益分析6.1经济效益统一的高频磁性能测量标准为磁性材料国际贸易和质量仲裁提供了客观、公正的技术依据，有效降低了因测量方法不一致导致的贸易纠纷和退货风险。对于材料制造商而言，采用国际一致的测量标准有助于消除技术性贸易壁垒，提升产品进入国际市场的便利性。对于下游元器件和应用企业而言，基于统一标准获得的材料性能数据为设计选型提供了可靠的依据，可有效避免因性能数据不可靠导致的过度设计或设计失效，优化成本结构。6.2社会效益IEC60404-6标准的广泛应用有力地推动了磁性材料行业的技术进步和质量提升。在新能源产业快速发展的今天，高效、节能的磁性材料和磁性元器件的开发应用对全社会实现“双碳”目标具有重要的支撑作用——高效率的磁性元器件可显著降低电力电子系统的能量损耗，助力提升全社会电能利用效率。6.3技术创新效益该标准为新型软磁材料的研发提供了科学、统一的性能评价手段。非晶纳米晶合金、金属磁粉芯等新型材料的商业化开发离不开准确的高频磁性能数据。标准所规范的测量方法和不确定度评估框架，为材料研发人员提供了可靠的“标尺”，缩短了新型材料从实验室研发到产业化应用的周期。7.结论与展望IEC60404-6:2018+AMD1:2021CSV作为磁性材料高频磁性能测量的基础性国际标准，以其严谨的技术内容、完善的方法体系和广泛的国际认可度，在全球磁性材料产业的技术发展和贸易往来中发挥着不可替代的支撑作用。该标准的持续修订完善，体现了国际标准化工作紧跟技术进步和产业需求的动态适应能力。展望未来，随着第三代半导体技术的深入应用和电力电子系统向更高频率、更高功率密度方向的持续演进，对磁性材料在更高频段（>100kHz）磁性能测量方法的需求将日益迫切。IECTC68已在积极规划将测量频率上限向更高频段拓展的工作，并关注微小试样测量、薄膜磁性材料测量等新兴技术方向。同时，数字化测量技术和人工智能辅助数据处理方法的发展也为磁性材料测量标准的智能化升级提供了新的可能。对于我国而言，深入参与IEC60404-6等国际标准的制修订工作，加快国际标准向国内标准的转化进程，加强磁性材料测量技术的基础研究和能力建设，是提升我国磁性材料产业国际竞争力、实现标准化工作从“跟跑”向“并跑”“领跑”跨越的重要路径。参考文献[1]IEC60404-6:2018+AMD1:2021CSV,Magneticmaterials-Part6:Methodsofmeasurementofthemagneticpropertiesofmagneticallysoftmetallicandpowdermaterialsatfrequenciesintherange20Hzto100kHzbytheuseofringspecimens[S].Ge