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高磁导率合金

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high permeability alloy

简介

在弱磁场中具有很高起始磁导率(μi≈(20~100)103H/m)和最大磁导率(μm≈(100~1000)103H/m)的软磁合金。它们具有较低的矫顽力、较低的磁晶各向异性和磁致伸缩系数,较好的电阻系数和良好的加工性能,是软磁合金中应用范围最广的合金。

磁导率计算 软磁合金在弱磁场中磁化时,磁化状态开始处于起始可逆阶段,磁化过程主要由畴壁的可逆位移和磁畴的可逆转动组成。根据技术磁化理论,可以求出在不同条件下的磁导率公式。例如在可逆磁畴转动磁化时

在掺杂物(或空隙)作用下的可逆壁移磁化时

上两式中,Ms为合金的饱和磁化强度;K1为磁晶各向异性常数;λs为磁致伸缩系数;σ为应力;A1是交换常数;r是掺杂物的半径;Z是掺杂物的重量百分比;ρ1为掺杂物的密度;ρ为合金的平均密度;μ0为磁性常数。

从上面公式可以看出,起始磁化率μi与下述因素有关:(1)材料的磁晶各向异性常数K1、磁致伸缩系数

图1 镍铁合金的Bs,K1,Tc和λs值随镍含量的变化

图2 镍铁合金的μi随镍成分的变化

λs和应力σ愈小,则μi愈高。(2)材料的饱和磁化强度Ms愈大,μi愈高。(3)杂质愈少或杂质聚集成团也使μi提高。所有这些因素都与选择合适的合金成分(包括加入适量合金化元素)和运用正确的热处理工艺有关。以铁镍系合金为例,铁的K1和λs值在室温下是正值,而镍的K1和λs值在室温是负值。所以,在适当成分比例的铁镍合金中,这两个常数K1和λs都可以具有很低的数值。图1示出镍铁合金的λs、Bs、Tc 和K1值随镍成分的变化。经过淬火(快冷)的合金,在75%Ni时,K1等于零。λs在82%Ni时等于零,Bs在46%Ni时最大。从图中也看出热处理对K1值有很大影响,K1零值落在多大的镍成分上同热处理有关。原因是在此成分上发生有序-无序相变。K1随退火温度的变化与有序度随退火温度的变化相似。图2示出镍铁合金的μi值受热处理的影响,得出78.5%Ni-Fe合金经双重热处理后,μi高达10000。

不可逆壁移和不可逆畴转磁化条件下的磁导率公式基本上与可逆壁移和可逆畴转相似 ,但磁导率比起始磁导率大得多。所以影响因素是相同的。

分类 高磁导率合金主要包括镍含量较高的坡莫合金和铁硅铝合金(又称森达斯特合金)。此外,铁基非晶态磁性合金(见非晶态磁性合金)和铁基超微晶合金也有很高的磁导率。表中列出几种高磁导率合金的典型性能。

几种高起始磁导率合金的典型性能

名 称 合金成分/% 牌 号 起始磁导率
μi/104H·m-1
饱和磁感应强度
Bs/T



Ni71.6Mn12Cu9.6Fe6Si0.8   40 0.46
Ni80.48Mo6.08Fe余
Ni79Mo4.6Fe余
Ni81.6Cr3.67Fe余
Ni79.5Nb6.2Mo3Fe余
Ni77.2Mo5Cu4Fe余
Ni78.7Mo1.4Cu2.4V1.2Cr1.0Fe余
Ni80.6Mo3.4Nb3.18Ti2.84Fe余
1J86
1J85
超坡莫合金
1J87
1J77
1J89
20.5
15.5
20.0
14.2
15.0
15.0
10.2
0.68
0.79
0.78
0.54
0.70
0.764
0.45
森达斯特合金 Si9.6A15.4Fe余
Si6Al4Ni3.2Fe余
1J1
超森达斯特
3.5
4.3
1.05
1.09
钴基非晶态
软磁合金
Co67.45Fe3.55Si14.5B14.5
(原子分数/%)
  17.0 0.51
铁基超微晶
软磁合金
Fe73.5Cu1.0Nb3.0Si13.5B9.0
(原子分数/%)
  18.0 1.25

(1)坡莫合金。镍含量较高的铁镍系合金,加入钼、铌、铬、钒等元素合金化后可以得到高电阻率、高硬度等特性。

(2)森达斯特合金。典型的成分是硅约为9.6%,铝约为5.4%,其余为铁。可以加入各种合金元素来改善加工性能和磁性,如加入3%Ni的超森达斯特合金可以温轧得到0.2mm厚的薄带,经磁场热处理后有很高的磁导率。该合金有高的Bs(磁饱和)和高的硬度,适宜作录音录像磁头等应用。

应用 高磁导率合金在工业上有广泛的应用范围,如用作各类小型变压器铁芯、导磁元件、磁屏蔽、磁放大器、互感器以及录音、录像磁头材料等。