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軟磁性材料-合金の分類の概要

作者:麦格雷博10-28 | 2020

1。シリコン鋼

シリコン鋼は合金です。純鉄に少量のシリコン(通常4.5%未満)を加えて形成された鉄-シリコン合金はシリコン鋼と呼ばれます。このタイプの鉄心は、20000ガウスの最高飽和磁気誘導値を持っています。優れた磁電性能、容易な大量生産、低価格、低機械的ストレス、およびその他の利点は、電力変圧器、配電変圧器、電流変圧器、およびその他の鉄心などの電力電子産業で広く使用されています。

シリコン鋼は、軟磁性材料の中で最大の出力と使用量を持つ材料です。また、パワートランスに使用される磁性材料の量が最も多い材料でもあります。低周波数と高電力に特に適しています。一般的に使用されるのは、冷間圧延シリコン鋼板DG3、冷間圧延無配向電気鋼ストリップDW、冷間圧延配向電気鋼ストリップDQで、さまざまな電子システムや家電製品の中小電力低周波変圧器、チョーク、およびリアクターに適しています。 、インダクターコア、この種の合金は強度が高く、パンチングとカットで加工できます。コアには積層タイプと巻線タイプがあります。ただし、損失は高周波数で急激に増加し、一般的な使用周波数は400Hzを超えません。

アプリケーションの観点から、シリコン鋼の選択は、磁気とコストの2つの要素を考慮する必要があります。 小型モーター、リアクター、リレーの場合、純鉄または低シリコン鋼板を選択できます。大型モーターの場合、高シリコン熱間圧延シリコン鋼板、単一配向または無配向の冷間圧延シリコン鋼板を選択できます。変圧器の場合、単一配向冷間圧延シリコン鋼板が選択されることがよくあります。 シート。 電力周波数で使用する場合、一般的に使用されるストリップの厚さは0.2〜0.35 mmですが、400Hzで使用する場合、通常は0.1mmの厚さが選択されます。 厚みが薄いほど価格が高くなります。



2。パーマロイ

パーマロイとは、ニッケル含有量が30〜90%の鉄ニッケル合金を指すことがよくあります。 非常に広く使用されている軟磁性合金です。 適切な技術により、初期透過率が10万を超え、最大透過率が100万を超え、強制力がOerstedの1000分の2、1に近い、またはに近いなどの磁気特性を効果的に制御できます。 長方形係数がゼロの場合、面心立方結晶構造のパーマロイは優れた可塑性を持ち、1ミクロンの極薄リボンやさまざまな用途に加工できます。 一般的に使用されるパーマロイは、1J50、1J79、1J85などです。

1J50の飽和磁気誘導はシリコン鋼よりわずかに低いですが、その透磁率はシリコン鋼の数十倍であり、鉄損もシリコン鋼の2〜3分の1です。 高周波(400〜8000Hz)のトランスになっており、無負荷電流が小さいため、100W以下の小型高周波トランスの製造に適しています。

1J79は優れた総合性能を備えており、高周波および低電圧変圧器、漏れ保護スイッチコア、コモンモードインダクタコア、および電流変圧器コアに適しています。

1J85の初期透過率は100,000以上に達する可能性があり、これは低周波または高周波の入力および出力トランス、コモンモードインダクタ、および信号の弱い高精度電流トランスに適しています。



3。アモルファス合金

シリコン鋼とパーマロイ軟磁性材料はどちらも結晶性材料であり、原子は3次元空間に規則的に配置されて周期的な格子構造を形成します。粒子、粒子境界、転位、格子間原子、磁気結晶異方性などがあります。欠陥、ソフト磁気特性に不利。磁気物理学の観点から、原子の不規則な配置、周期性の欠如、および粒子境界のアモルファス構造は、優れた軟磁気特性を得るのに理想的です。

アモルファス金属と合金は、1970年代に登場した新しい材料分野です。その製造技術は従来の方法とは全く異なりますが、毎秒約100万度の冷却速度の超高速凝固技術を採用しており、溶融鋼から完成したストリップまで一度に成形されるため、一般的な冷間圧延金属ストリップ製造工程よりも優れています。多くの中間プロセスが削減されます。この新しいプロセスは、従来の冶金プロセスへの革命と呼ばれます。超急速凝固のため、凝固時に原子の秩序化や結晶化ができず、結晶粒や結晶合金の粒界のない長距離無秩序構造になり、アモルファス合金と呼ばれ、冶金材料と呼ばれます。学習の革命。

このアモルファス合金は、優れた磁気特性、耐食性、耐摩耗性、高強度、硬度と強靭性、高い電気抵抗率、電気機械的結合特性など、多くの独自の特性を備えています。 その優れた性能とシンプルなプロセスにより、1980年代から国内外の材料科学の研究開発の焦点となっています。 現在、米国、日本、ドイツは完全な生産規模を持っており、多くのアモルファス合金製品が徐々にシリコン鋼、パーマロイ、フェライトに取って代わって市場に出回っています。

一般的に使用されるアモルファス合金のタイプは、鉄ベース、鉄ニッケルベース、コバルトベースのアモルファス合金、および鉄ベースのナノ結晶合金です。



3.1 Feベースのアモルファス合金 

鉄系アモルファス合金は、Fe80%、Si、B型金属元素20%で構成されており、飽和磁気誘導強度(1.54T)が高く、鉄系アモルファス合金とシリコン鋼の損失を比較し、透磁率、励起電流 鉄損や鉄損などのすべての面がシリコン鋼板の特性、特に低鉄ロス(配向シリコン鋼板の1 / 3-1 / 5)より優れており、配電変圧器としてシリコン鋼を置き換えることで60〜70%のエネルギーを節約できます。 鉄系アモルファス合金ストリップの厚さは約0.03mmで、分配変圧器、高出力スイッチング電源、パルス変圧器、磁気増幅器、中間周波数変圧器、インバーターコアに広く使用されており、10kHz未満の周波数での使用に適しています。


3.2 Fe-Niベースのアモルファス合金(Fe-Niベースのアモルファス合金)

鉄ニッケルベースのアモルファス合金は、40%Ni、40%Fe、20%Si、Bタイプの金属元素で構成されており、中飽和磁気誘導強度(0.8T)、高い初期透過性、高い最大透磁率と高い機械的強度と優れた靭性。中低周波数での鉄損が少ない。空気中での熱処理は酸化されず、磁場アニーリング後に良好な長方形のループが得られます。価格は1J79より30-50%安いです。鉄ニッケルベースのアモルファス合金の適用範囲は中ニッケルパーマロイの適用範囲に相当しますが、その鉄損と高い機械的強度は結晶合金よりもはるかに優れており、リークスイッチ、精密電流変圧器コア、磁気シールドなどに広く使用されています。鉄ニッケルベースのアモルファス合金は、中国で最も早く開発され、現在、国内のアモルファス合金の中で最も広く使用されているアモルファス品種であり、年間生産量は約200トンです。酸化鉄ニッケル系アモルファス合金(1K503)は、空気中での熱処理では発生せず、国内発明特許と米国特許を取得しています。


3.3 Coベースのアモルファス合金(Coベースのアモルファス合金)

コバルトベースのアモルファス合金は、80%のCoと20%のSi、Bタイプの金属元素で構成されており、すべてのアモルファス合金の中で最も高い透磁率を持ち、飽和磁気誘導が低く、強制力が低く、強制力が低くなっています。 損失、優れた耐摩耗性と耐食性、優れた温度安定性と経年劣化安定性、耐衝撃性と耐振動性。 パーマロイやフェライトの代わりに、一般的に要求の厳しい軍用電源トランス、インダクタなどに使用されますが、価格が高くなります。

 

4.ナノ結晶合金(ナノ結晶合金)

ナノ結晶特殊アモルファス合金である鉄ベースのナノ結晶合金は、鉄の主成分として少量のNb、Cu、Si、B元素を添加することにより、急速凝固プロセスによって形成されたアモルファス材料です。熱処理後、この種のアモルファス材料は、10〜20ナノメートルの直径の微結晶を得ることができ、これはアモルファスマトリックス上に分散され、微結晶、ナノ結晶材料、またはナノ結晶材料と呼ばれます。

ナノ結晶材料は、優れた包括的な磁気特性を備えています。高飽和磁気誘導(1.2T)、高初期透過率(80,000)、低Hc(0.32A / M)、高磁気誘導下での低高周波損失(P0。 5T / 20kHz = 30 W / kg)、抵抗率は80マイクロオームcmで、パーマロイ(50〜60マイクロオームcm)よりも高い。縦方向または横方向の磁場処理後、高いBr(0.9)または低いBr値が得られる。 (1000G)。

ナノ結晶は現在、市場で最高の包括的な性能を備えた材料です。適用可能な周波数範囲:50Hz〜100kHz、最高の周波数範囲:20kHz〜50kHz。これは、高出力スイッチング電源、インバータ電源、磁気増幅器、高周波トランス、高周波コンバータ、高周波チョークコア、電流トランスコア、漏れ防止スイッチ、およびコモンモードインダクタコアで広く使用されています。