常用軟磁磁芯的特點及應(yīng)用

(二) 帶繞鐵芯

1、硅鋼片鐵芯

硅鋼片是一種合金，在純鐵中加入少量的硅（一般在4.5%以下）形成的鐵硅系合金稱為硅鋼。該類鐵芯具有最高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值為20000Gs；由于它們具有較好的磁電性能，又易于大批生產(chǎn)，價格便宜，機(jī)械應(yīng)力影響小等優(yōu)點，在電力電子行業(yè)中獲得極為廣泛的應(yīng)用，如電力變壓器、配電變壓器、電流互感器等鐵芯。是軟磁材料中產(chǎn)量和使用量最大的材料。也是電源變壓器用磁性材料中用量最大的材料。特別是在低頻、大功率下最為適用。常用的有冷軋硅鋼薄板DG3、冷軋無取向電工鋼帶DW、冷軋取向電工鋼帶DQ，適用于各類電子系統(tǒng)、家用電器中的中、小功率低頻變壓器和扼流圈、電抗器、電感器鐵芯，這類合金韌性好，可以沖片、切割等加工，鐵芯有疊片式及卷繞式。但高頻下?lián)p耗急劇增加，一般使用頻率不超過400Hz。從應(yīng)用角度看，對硅鋼的選擇要考慮兩方面的因素：磁性和成本。對小型電機(jī)、電抗器和繼電器，可選純鐵或低硅鋼片；對于大型電機(jī)，可選高硅熱軋硅鋼片、單取向或無取向冷軋硅鋼片；對變壓器常選用單取向冷軋硅鋼片。在工頻下使用時，常用帶材的厚度為0.2~0.35毫米；在400Hz下使用時，常選0.1毫米厚度為宜。厚度越薄，價格越高。

2、坡莫合金

坡莫合金鐵芯

坡莫合金常指鐵鎳系合金，鎳含量在30~90%范圍內(nèi)。是應(yīng)用非常廣泛的軟磁合金。通過適當(dāng)?shù)墓に?，可以有效地控制磁性能，比如超過105的初始磁導(dǎo)率、超過106的最大磁導(dǎo)率、低到2‰奧斯特的矯頑力、接近1或接近0的矩形系數(shù)，具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)的坡莫合金具有很好的塑性，可以加工成1μm的超薄帶及各種使用形態(tài)。常用的合金有1J50、1J79、1J85等。1J50 的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度比硅鋼稍低一些，但磁導(dǎo)率比硅鋼高幾十倍，鐵損也比硅鋼低2~3倍。做成較高頻率(400~8000Hz)的變壓器，空載電流小，適合制作100W以下小型較高頻率變壓器。1J79 具有好的綜合性能，適用于高頻低電壓變壓器，漏電保護(hù)開關(guān)鐵芯、共模電感鐵芯及電流互感器鐵芯。1J85 的初始磁導(dǎo)率可達(dá)十萬105以上，適合于作弱信號的低頻或高頻輸入輸出變壓器、共模電感及高精度電流互感器等。

3、非晶及納米晶軟磁合金（Amorphous and Nanocrystalline alloys）

硅鋼和坡莫合金磁性材料都是晶態(tài)材料，原子在三維空間做規(guī)則排列，形成周期性的點陣結(jié)構(gòu)，存在著晶粒、晶界、位錯、間隙原子、磁晶各向異性等缺陷，對軟磁性能不利。從磁性物理學(xué)上來說，原子不規(guī)則排列、不存在周期性和晶粒晶界的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)對獲得優(yōu)異軟磁性能是十分理想的。非晶態(tài)金屬與合金是70年代問世的一個新型材料領(lǐng)域。它的制備技術(shù)完全不同于傳統(tǒng)的方法，而是采用了冷卻速度大約為每秒一百萬度的超急冷凝固技術(shù)，從鋼液到薄帶成品一次成型，比一般冷軋金屬薄帶制造工藝減少了許多中間工序，這種新工藝被人們稱之為對傳統(tǒng)冶金工藝的一項革命。由于超急冷凝固，合金凝固時原子來不及有序排列結(jié)晶，得到的固態(tài)合金是長程無序結(jié)構(gòu)，沒有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在，稱之為非晶合金，被稱為是冶金材料學(xué)的一項革命。這種非晶合金具有許多獨特的性能，如優(yōu)異的磁性、耐蝕性、耐磨性、高的強(qiáng)度、硬度和韌性，高的電阻率和機(jī)電耦合性能等。由于它的性能優(yōu)異、工藝簡單，從80年代開始成為國內(nèi)外材料科學(xué)界的研究開發(fā)重點。目前美、日、德國已具有完善的生產(chǎn)規(guī)模，并且大量的非晶合金產(chǎn)品逐漸取代硅鋼和坡莫合金及鐵氧體涌向市場。

中國自從70年代開始了非晶態(tài)合金的研究及開發(fā)工作，經(jīng)過“六五”、“七五”、“八五”期間的重大科技攻關(guān)項目的完成，共取得科研成果134項，國家發(fā)明獎2項，獲專利16項，已有近百個合金品種。鋼鐵研究總院現(xiàn)具有4條非晶合金帶材生產(chǎn)線、一條非晶合金元器件鐵芯生產(chǎn)線。生產(chǎn)各種定型的鐵基、鐵鎳基、鈷基和納米晶帶材及鐵芯，適用于逆變電源、開關(guān)電源、電源變壓器、漏電保護(hù)器、電感器的鐵芯元件，年產(chǎn)值近2000萬元?！熬盼濉闭诮⑶嵓夎F基非晶生產(chǎn)線，進(jìn)入國際先進(jìn)水平行列。

目前，非晶軟磁合金所達(dá)到的最好單項性能水平為：

初始磁導(dǎo)率 μo = 14 × 104
鈷基非晶最大磁導(dǎo)率 μm= 220 × 104
鈷基非晶矯頑力 Hc = 0.001 Oe
鈷基非晶矩形比 Br/Bs = 0.995
鈷基非晶飽和磁化強(qiáng)度 4πMs = 18300Gs
鐵基非晶電阻率 ρ= 270μΩ/cm
常用的非晶合金的種類有：鐵基、鐵鎳基、鈷基非晶合金以及鐵基納米晶合金。其國家牌號及性能特點見表及圖所示，為便于對比，也列出晶態(tài)合金硅鋼片、坡莫合金1J79 及鐵氧體的相應(yīng)性能。這幾類材料各有不同的特點，在不同的方面得到應(yīng)用。
牌號基本成分和特征：
1K101 Fe-Si-B 系快淬軟磁鐵基合金
1K102 Fe-Si-B-C 系快淬軟磁鐵基合金
1K103 Fe-Si-B-Ni 系快淬軟磁鐵基合金
1K104 Fe-Si-B-Ni Mo 系快淬軟磁鐵基合金
1K105 Fe-Si-B-Cr(及其他元素)系快淬軟磁鐵基合金
1K106 高頻低損耗Fe-Si-B 系快淬軟磁鐵基合金
1K107 高頻低損耗Fe-Nb-Cu-Si-B 系快淬軟磁鐵基納米晶合金
1K201 高脈沖磁導(dǎo)率快淬軟磁鈷基合金
1K202 高剩磁比快淬軟磁鈷基合金
1K203 高磁感低損耗快淬軟磁鈷基合金
1K204 高頻低損耗快淬軟磁鈷基合金
1K205 高起始磁導(dǎo)率快淬軟磁鈷基合金
1K206 淬態(tài)高磁導(dǎo)率軟磁鈷基合金
1K501 Fe-Ni-P-B 系快淬軟磁鐵鎳基合金
1K502 Fe-Ni-V-Si-B 系快淬軟磁鐵鎳基合金
400Hz: 硅鋼鐵芯 非晶鐵芯
功率(W) 45 45
鐵芯損耗(W) 2.4 1.3
激磁功率(VA) 6.1 1.3
總重量(g) 295 276