磁性材料金屬磁性材料部分

1、金屬磁性材料金屬磁性材料n概述概述n磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) n金屬磁性材料的理論基礎(chǔ)金屬磁性材料的理論基礎(chǔ)n金屬軟磁材料金屬軟磁材料n金屬永磁材料金屬永磁材料n非晶磁性合金非晶磁性合金n材料主要分為金屬材料、陶瓷材料和高分子材材料主要分為金屬材料、陶瓷材料和高分子材料。金屬磁性材料為金屬功能材的一種，由金料。金屬磁性材料為金屬功能材的一種，由金屬、合金以及金屬間化合物所組成。歷史悠久、屬、合金以及金屬間化合物所組成。歷史悠久、種類多、應(yīng)用廣。特別是近年來，有重大突破，種類多、應(yīng)用廣。特別是近年來，有重大突破，發(fā)展很快。例如：稀土永磁材料；雙相納米晶發(fā)展很快。例如：稀土永磁材料；雙相納米晶軟磁

2、材料；非晶軟磁薄帶；超細(xì)微粉（納米軟磁材料；非晶軟磁薄帶；超細(xì)微粉（納米級(jí)）。級(jí)）。n什么是金屬磁性材料？什么是金屬磁性材料？n由金屬、合金、及金屬間化合物所組成的磁性材料。一般分為：金由金屬、合金、及金屬間化合物所組成的磁性材料。一般分為：金屬軟磁材料和金屬永磁材料。屬軟磁材料和金屬永磁材料。n分類分類n原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)n晶態(tài)合金晶態(tài)合金n非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金n磁性能特點(diǎn)磁性能特點(diǎn)n軟磁合金軟磁合金n 硬磁合金硬磁合金n 矩磁合金矩磁合金n 壓磁合金（磁致伸縮材料）壓磁合金（磁致伸縮材料）n金屬軟磁材料（金屬軟磁材料（HC800 A/M)n應(yīng)用：電力工業(yè)、通訊技術(shù)、自動(dòng)控制、微波技術(shù)

3、、雷達(dá)技術(shù)及磁應(yīng)用：電力工業(yè)、通訊技術(shù)、自動(dòng)控制、微波技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)及磁記錄方面不可缺少的關(guān)鍵材料。記錄方面不可缺少的關(guān)鍵材料。n作用形式：作用形式：能量轉(zhuǎn)換；能量轉(zhuǎn)換；信息處理。信息處理。n特點(diǎn)：在外磁場(chǎng)作用下才顯示磁性，去掉外磁場(chǎng)后不對(duì)外顯示磁性。特點(diǎn)：在外磁場(chǎng)作用下才顯示磁性，去掉外磁場(chǎng)后不對(duì)外顯示磁性。n金屬永磁材料金屬永磁材料n應(yīng)用：精密的儀器儀表；電訊、電聲器件；工業(yè)設(shè)備；控制器件；應(yīng)用：精密的儀器儀表；電訊、電聲器件；工業(yè)設(shè)備；控制器件；n 其它器件。其它器件。n作用原理作用原理n利用永磁合金在給定的空間產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)強(qiáng)度；利用永磁合金在給定的空間產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)強(qiáng)度；n利用永磁合

4、金的磁滯特性產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)矩，使電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。利用永磁合金的磁滯特性產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)矩，使電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。n特點(diǎn)特點(diǎn)n充磁后，去掉外磁場(chǎng)后仍可保留磁性。充磁后，去掉外磁場(chǎng)后仍可保留磁性。第二章金屬磁性材的理論基礎(chǔ)n鐵磁金屬和合金的結(jié)構(gòu)和磁性鐵磁金屬和合金的結(jié)構(gòu)和磁性n相變、脫溶和失穩(wěn)分解相變、脫溶和失穩(wěn)分解n金屬軟磁材料的理論基礎(chǔ)金屬軟磁材料的理論基礎(chǔ)n金屬磁性材料的損耗金屬磁性材料的損耗n金屬永磁材料的理論基礎(chǔ)金屬永磁材料的理論基礎(chǔ)n金屬磁性材料的織構(gòu)化金屬磁性材料的織構(gòu)化2.1鐵磁金屬和合金的結(jié)構(gòu)和磁性鐵磁金屬和合金的結(jié)構(gòu)和磁性一、鐵磁金屬的結(jié)構(gòu)和磁性一、鐵磁金屬的結(jié)構(gòu)和磁性（一）鐵、鎳、鈷的晶體

5、結(jié)構(gòu)和磁性（一）鐵、鎳、鈷的晶體結(jié)構(gòu)和磁性nFe、Ni、Co的晶體結(jié)構(gòu)代表金屬磁性材料三種典型的、最簡(jiǎn)單的晶體結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)代表金屬磁性材料三種典型的、最簡(jiǎn)單的晶體結(jié)構(gòu) Fe： 常壓下，溫度常壓下，溫度910為體心立方（為體心立方（bcc），）， 鐵磁性的鐵磁性的Fe， 居里溫度為居里溫度為770 ， 易磁化方向?yàn)橐状呕较驗(yàn)? 難磁化方向?yàn)殡y磁化方向?yàn)?10 溫度溫度1400 面心立方面心立方, 順磁性的順磁性的Fe 溫度溫度1400 體心立方體心立方 順磁性的順磁性的FenNi:n在常壓下，在熔點(diǎn)以溫在常壓下，在熔點(diǎn)以溫n范圍內(nèi)，均是面心立結(jié)范圍內(nèi)，均是面心立結(jié)n構(gòu)（構(gòu)（fcc）為鐵磁性的

6、）為鐵磁性的n-Ni居里點(diǎn)為居里點(diǎn)為358n易磁化方向?yàn)橐状呕较驗(yàn)閚難磁化方向?yàn)殡y磁化方向?yàn)?nCo： 溫度溫度450 簡(jiǎn)單六方結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單六方結(jié)構(gòu)鐵磁性的鐵磁性的- Co居里點(diǎn)為居里點(diǎn)為1117易磁化方向?yàn)橐状呕较驗(yàn)殡y磁化方向?yàn)殡y磁化方向?yàn)楹秃?010 溫度溫度450 至熔點(diǎn)至熔點(diǎn)面心立方面心立方 - Co112010100001n3d過渡族元素的磁性來源過渡族元素的磁性來源Fe、Ni、Co ： 3d電子的電子的交換相互作用交換相互作用，鐵磁性鐵磁性（2.2B,0.6B,1.7B)Cr、Mn： 3d電子的電子的直接交換相互作用直接交換相互作用，反鐵磁性反鐵磁性Cr、Mn的合金或化合物：的合金

7、或化合物： 3d電子的電子的超交換相互作用超交換相互作用，亞鐵磁性或鐵磁性亞鐵磁性或鐵磁性、稀土族元素的結(jié)構(gòu)和磁性、稀土族元素的結(jié)構(gòu)和磁性 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 主要指原子序數(shù)為主要指原子序數(shù)為57（La）至）至71（Lu）的的15個(gè)元素，個(gè)元素， 加加 上性質(zhì)類似的上性質(zhì)類似的Y和和Sc； 晶體結(jié)構(gòu)大都為密排六方結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)大都為密排六方結(jié)構(gòu)。 磁性磁性nGd從從0K到居里溫度到居里溫度239K只表現(xiàn)出純粹的鐵磁性，但磁只表現(xiàn)出純粹的鐵磁性，但磁 矩的取向隨溫度而變。矩的取向隨溫度而變。nGd以前的輕稀土以前的輕稀土Ce、Nd、Sm具有反鐵磁性。具有反鐵磁性。n重稀土金屬重稀土金屬Tb、Dy、Ho、E

8、r、Tm表現(xiàn)為鐵磁性或亞表現(xiàn)為鐵磁性或亞鐵鐵 磁性。磁性。nY、Sc、La、Yb、Lu為非磁性稀土元素，但為非磁性稀土元素，但Y、Sc、Yb 的離子具有磁矩。的離子具有磁矩。二、合金的組成和磁性二、合金的組成和磁性、相圖的作用、相圖的作用1、什么是相圖？、什么是相圖？ 金屬或合金所處的狀態(tài)主要依賴于其成分和外界條件（溫度、金屬或合金所處的狀態(tài)主要依賴于其成分和外界條件（溫度、壓力）的變化。壓力）的變化。相圖就是用圖解的形式來表示金屬或合金的組織隨相圖就是用圖解的形式來表示金屬或合金的組織隨成分、溫度、壓力等變化的關(guān)系。成分、溫度、壓力等變化的關(guān)系。注意：注意：相圖又稱為相平衡圖，反映的是合金在

9、平衡條件下轉(zhuǎn)變的規(guī)律相圖又稱為相平衡圖，反映的是合金在平衡條件下轉(zhuǎn)變的規(guī)律。2、相圖的構(gòu)成、相圖的構(gòu)成n單元系：成分不變，單元系：成分不變，由壓力由壓力-溫度直角坐標(biāo)平面圖表示溫度直角坐標(biāo)平面圖表示n二元系：二元系：溫度、壓力、成分的立體圖溫度、壓力、成分的立體圖。由于一般情況下，壓力常為。由于一般情況下，壓力常為恒定，恒定，相圖簡(jiǎn)化為溫度、成分的直角坐標(biāo)平面圖相圖簡(jiǎn)化為溫度、成分的直角坐標(biāo)平面圖。n三元系：（壓力恒定）是一個(gè)三元系：（壓力恒定）是一個(gè)立體圖立體圖，底面呈，底面呈正三角形正三角形（成分三角（成分三角形），形），三條底邊上三條底邊上-的含量百分?jǐn)?shù)的含量百分?jǐn)?shù)。垂直于底面的。垂直于

10、底面的縱軸表示溫度縱軸表示溫度。（加圖示）（加圖示）三角形內(nèi)任何一點(diǎn)代表一定成分的三元合金。三角形內(nèi)任何一點(diǎn)代表一定成分的三元合金。2、相律和杠桿定理、相律和杠桿定理、相律、相律 是指在平衡條件下，合金系統(tǒng)的組元數(shù)、相數(shù)和自由度數(shù)之間的是指在平衡條件下，合金系統(tǒng)的組元數(shù)、相數(shù)和自由度數(shù)之間的關(guān)系式?？梢杂孟率奖硎荆宏P(guān)系式。可以用下式表示： f=c-p+n f=c-p+1（常壓）（常壓） f：自由度數(shù)：自由度數(shù) c：組元數(shù)：組元數(shù) p：平衡時(shí)相數(shù)：平衡時(shí)相數(shù) n：外界條件可變的數(shù)目：外界條件可變的數(shù)目n分析系統(tǒng)中最多能有多少相可以平衡共存分析系統(tǒng)中最多能有多少相可以平衡共存n分析結(jié)晶是在恒溫還是

11、在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行分析結(jié)晶是在恒溫還是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行例如：例如：二元系合金，二元系合金，C=2，令，令f=0，則，則p=3（三個(gè)平衡相）（三個(gè)平衡相） 二元系合金，如結(jié)晶時(shí)，二元系合金，如結(jié)晶時(shí)，p=2，則，則f=2-2+1=1（變溫）（變溫） 如結(jié)晶時(shí)，如結(jié)晶時(shí)，p=3，則，則f=2-3+1=0 （恒溫（恒溫） （2）、杠桿定理）、杠桿定理合金在結(jié)晶過程中，各相的成分及其相對(duì)合金在結(jié)晶過程中，各相的成分及其相對(duì)含量將發(fā)生變化。對(duì)于相圖中的兩相區(qū)，含量將發(fā)生變化。對(duì)于相圖中的兩相區(qū)，可以應(yīng)用所謂杠桿定律求出這兩相的成分可以應(yīng)用所謂杠桿定律求出這兩相的成分及相對(duì)含量。及相對(duì)含量。在在A-

12、B二元系中，任選一合金二元系中，任選一合金p，它的成分，它的成分是是Xp（組元（組元B的濃度），組元的濃度），組元A的濃度為的濃度為（1-Xp），在溫度），在溫度T時(shí)處于二相平衡，和時(shí)處于二相平衡，和兩相中組元兩相中組元B的濃度分別為的濃度分別為Xa和和Xb，而組，而組元元A的濃度為（）和（），設(shè)合金的重量的濃度為（）和（），設(shè)合金的重量為為1，和的相對(duì)量分別為，和的相對(duì)量分別為C的的C。這樣。這樣P點(diǎn)點(diǎn)處兩相中同一組元含量之和必等于合金處兩相中同一組元含量之和必等于合金P中相應(yīng)組元的含，可得兩個(gè)方程式：中相應(yīng)組元的含，可得兩個(gè)方程式：CXa+CXb=XpC(1-Xa)+C(1-Xb)=1-X

13、pTT1ABabpXa Xp XbabpbxxxxcabpbabapxxxxcabappbCapC3 二元合金常見相圖的類型和特征二元合金常見相圖的類型和特征相 圖 類 型 轉(zhuǎn) 變 名 稱 相 圖 型 式 轉(zhuǎn) 變 式 說 明 勻 晶 轉(zhuǎn) 變 一 個(gè) 液 相L在 一 定 溫 度 范圍 內(nèi) 轉(zhuǎn) 變 為 同 一 成 分 的 固相 勻 晶 型 同 素 異 晶 轉(zhuǎn) 變 一 個(gè) 固 相 在 一 溫 度 范 圍 內(nèi)轉(zhuǎn) 變 為 成 分 相 同 的 另 一 固相 共 晶 轉(zhuǎn) 變 恒 溫 下 由 一 個(gè) 液 相L同 時(shí)轉(zhuǎn) 變 成 兩 個(gè) 成 分 不 同 的 固相 和 共 晶 型 共 析 轉(zhuǎn) 變 恒 溫 下 由 一

14、 個(gè) 固 相 同 時(shí)轉(zhuǎn) 變 成 兩 個(gè) 成 分 不 同 的 固相 和 包 晶 轉(zhuǎn) 變 恒 溫 下 由 一 個(gè) 液 相L和 一個(gè) 固 相 作 用 生 成 一 個(gè) 新的 固 相 包 晶 型 包 析 轉(zhuǎn) 變 恒 溫 下 兩 個(gè) 固 相 及 作用 生 成 另 一 個(gè) 固 相 LL+L+L+LLL L + +L+ + （二）、合金的組成（二）、合金的組成1、基本概念、基本概念n合金：由一種金屬元素與其它金屬元素或非金屬元素組成的具有合金：由一種金屬元素與其它金屬元素或非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。金屬特性的物質(zhì)。n組元：組成合金最基本的、獨(dú)立的單元?？梢允墙饘僭兀部山M元：組成合金最基本的、獨(dú)立

15、的單元?？梢允墙饘僭?，也可以是化合物。以是化合物。n相：合金中具有相同的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)并有界面隔開的獨(dú)立均勻相：合金中具有相同的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)并有界面隔開的獨(dú)立均勻部分。部分。n組織：材料內(nèi)部的微觀形貌圖象。組織：材料內(nèi)部的微觀形貌圖象。2、合金的基本相、合金的基本相 固溶體固溶體 金屬間化合物金屬間化合物據(jù)結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)可分為據(jù)結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)可分為n固溶體固溶體n定義：固溶體是溶質(zhì)組元溶于溶劑點(diǎn)陣中而組成的單一均勻定義：固溶體是溶質(zhì)組元溶于溶劑點(diǎn)陣中而組成的單一均勻固體。溶質(zhì)只能以原子狀態(tài)溶解，在結(jié)構(gòu)上必須保持溶劑組固體。溶質(zhì)只能以原子狀態(tài)溶解，在結(jié)構(gòu)上必須保持溶劑組元的點(diǎn)陣類型。元的點(diǎn)陣

16、類型。n分類分類據(jù)溶劑類型據(jù)溶劑類型一次固溶體一次固溶體二次固溶體二次固溶體按固溶度按固溶度有限固溶體有限固溶體無(wú)限固溶體無(wú)限固溶體按溶質(zhì)原子的占位按溶質(zhì)原子的占位置換固溶體置換固溶體間隙固溶體間隙固溶體按溶劑、溶質(zhì)原子間相對(duì)分布按溶劑、溶質(zhì)原子間相對(duì)分布無(wú)序固溶體無(wú)序固溶體有序固溶體有序固溶體金屬間化合物金屬間化合物 合金中各組元合金中各組元 的化學(xué)性質(zhì)和原子半徑彼此相差很大，的化學(xué)性質(zhì)和原子半徑彼此相差很大，或者固溶體中溶質(zhì)的濃度超過了溶解度極限，就不可或者固溶體中溶質(zhì)的濃度超過了溶解度極限，就不可能形成固溶體，這時(shí)，金屬與金屬、或金屬與非金屬能形成固溶體，這時(shí)，金屬與金屬、或金屬與非金屬

17、之間常按一定比例和一定順序，共同組成一個(gè)新的、之間常按一定比例和一定順序，共同組成一個(gè)新的、不同于其任一組元的典型結(jié)構(gòu)的化合物。這些化合物不同于其任一組元的典型結(jié)構(gòu)的化合物。這些化合物統(tǒng)稱為金屬間化合物。統(tǒng)稱為金屬間化合物。 稀土元素和過渡元素可以形成許多金屬間化合物，其稀土元素和過渡元素可以形成許多金屬間化合物，其中許多是強(qiáng)磁性化合物，著名的高性能永磁合金中許多是強(qiáng)磁性化合物，著名的高性能永磁合金SmCo5和和Sm2Co17就是典型的例子。就是典型的例子。 金屬金屬 間化合物可以大約寫出其分子式，但不一定滿足間化合物可以大約寫出其分子式，但不一定滿足正?；蟽r(jià)平衡的規(guī)律。正?；蟽r(jià)平衡的規(guī)律

18、。（三）、合金的磁性（三）、合金的磁性n3d過渡族合金的結(jié)構(gòu)和磁性過渡族合金的結(jié)構(gòu)和磁性n稀土族合金的結(jié)構(gòu)和磁性稀土族合金的結(jié)構(gòu)和磁性n固溶體的結(jié)構(gòu)和磁性固溶體的結(jié)構(gòu)和磁性1、3d過渡族合金的結(jié)構(gòu)和磁性過渡族合金的結(jié)構(gòu)和磁性n多為無(wú)序固溶體，且多顯示鐵磁性；多為無(wú)序固溶體，且多顯示鐵磁性；n合金的自發(fā)磁化與平均外層電子數(shù)（合金的自發(fā)磁化與平均外層電子數(shù)（3d+4s）成函）成函數(shù)關(guān)系（斯萊特?cái)?shù)關(guān)系（斯萊特-泡林曲線）（圖示）泡林曲線）（圖示）2.稀土族合金的結(jié)構(gòu)和磁性稀土族合金的結(jié)構(gòu)和磁性n多為固溶體和金屬間化合物。目前開發(fā)的稀土永磁多為固溶體和金屬間化合物。目前開發(fā)的稀土永磁材料都是以金屬間化

19、合物為基的材料。材料都是以金屬間化合物為基的材料。n晶體結(jié)構(gòu)多為復(fù)雜的四方結(jié)構(gòu)和六方結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)多為復(fù)雜的四方結(jié)構(gòu)和六方結(jié)構(gòu)。n輕稀土化合物中輕稀土化合物中3d-4f電子磁矩是屬鐵磁耦合，而電子磁矩是屬鐵磁耦合，而重稀土化合物中重稀土化合物中3d-4f電子磁矩是亞鐵磁性耦合。電子磁矩是亞鐵磁性耦合。3 固溶體的結(jié)構(gòu)和磁性固溶體的結(jié)構(gòu)和磁性 磁性合金，大部分為無(wú)序固溶體、有限固溶體和間隙固溶體；少數(shù)有磁性合金，大部分為無(wú)序固溶體、有限固溶體和間隙固溶體；少數(shù)有序固溶體；相當(dāng)多的金屬間化合物。序固溶體；相當(dāng)多的金屬間化合物。n形成形成 置換固溶體時(shí)，磁性組元間存在同種原子對(duì)和異種原子對(duì)兩種不置換

20、固溶體時(shí)，磁性組元間存在同種原子對(duì)和異種原子對(duì)兩種不同的交換作用，和非磁性組元間不存在交換作用，致使固溶體中交換同的交換作用，和非磁性組元間不存在交換作用，致使固溶體中交換相互作用的綜合結(jié)果改變，材料基本磁特性就改變。另一方面，由于相互作用的綜合結(jié)果改變，材料基本磁特性就改變。另一方面，由于溶質(zhì)、溶劑原子尺寸的差別，引起晶格畸變，存在應(yīng)力，使材料的二溶質(zhì)、溶劑原子尺寸的差別，引起晶格畸變，存在應(yīng)力，使材料的二次磁特性改變，特別對(duì)軟磁不利。次磁特性改變，特別對(duì)軟磁不利。n形成間隙固溶體時(shí)，產(chǎn)生的應(yīng)力比置換固溶體的大，對(duì)二次磁特性影形成間隙固溶體時(shí)，產(chǎn)生的應(yīng)力比置換固溶體的大，對(duì)二次磁特性影響很大

21、。響很大。n有序化對(duì)磁性的影響很大，一方面是有序和無(wú)序固溶體原子環(huán)境不同，有序化對(duì)磁性的影響很大，一方面是有序和無(wú)序固溶體原子環(huán)境不同，其交換相互作用不同，使基本磁特性變化；另一方面，在有序核形成其交換相互作用不同，使基本磁特性變化；另一方面，在有序核形成初期，晶格畸變，而有序化后，有、無(wú)序共存都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，使二次初期，晶格畸變，而有序化后，有、無(wú)序共存都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，使二次磁特性也改變。磁特性也改變。n本征磁特性；二次磁特性本征磁特性；二次磁特性back2.2 相變、脫溶和失穩(wěn)分解相變、脫溶和失穩(wěn)分解n一、固態(tài)相變一、固態(tài)相變1、定義、定義當(dāng)外界條件（溫度、壓強(qiáng)）作連續(xù)變化時(shí)，固體物質(zhì)在確定的

22、條件下，當(dāng)外界條件（溫度、壓強(qiáng)）作連續(xù)變化時(shí)，固體物質(zhì)在確定的條件下，其化學(xué)成分或濃度、結(jié)構(gòu)類型、晶體組織、有序度、體積、形狀、物理其化學(xué)成分或濃度、結(jié)構(gòu)類型、晶體組織、有序度、體積、形狀、物理特性等一項(xiàng)或多項(xiàng)發(fā)生突變。特性等一項(xiàng)或多項(xiàng)發(fā)生突變。2、相變的驅(qū)動(dòng)力和阻力、相變的驅(qū)動(dòng)力和阻力 相變的方向相變的方向 G0 G=G=VgVgv vVVVV 驅(qū)動(dòng)力：驅(qū)動(dòng)力： VgVgv v 總的化學(xué)自由能總的化學(xué)自由能 阻力：總界面能阻力：總界面能V和總應(yīng)變能和總應(yīng)變能V3、金屬磁性材料的固態(tài)相變、金屬磁性材料的固態(tài)相變主要通過熱處理工藝來控制。對(duì)于軟磁，常通過高溫退火，讓材料在室主要通過熱處理工藝來控

23、制。對(duì)于軟磁，常通過高溫退火，讓材料在室溫附近保持均勻的單相，使界面能和應(yīng)變能盡量降低，以獲得高（溫附近保持均勻的單相，使界面能和應(yīng)變能盡量降低，以獲得高（）和）和低（低（Hc），對(duì)于永磁常通過淬火和低溫時(shí)效處理，讓材料具有多相結(jié)構(gòu)，），對(duì)于永磁常通過淬火和低溫時(shí)效處理，讓材料具有多相結(jié)構(gòu)，來提高（來提高（Br）和（）和（Hc）。）。二、過飽和固溶體的脫溶二、過飽和固溶體的脫溶1、定義：過飽和固溶體析出第二相，而其母相仍然保留，但濃度由過飽和達(dá)到飽、定義：過飽和固溶體析出第二相，而其母相仍然保留，但濃度由過飽和達(dá)到飽和的相變。和的相變。條件條件 ：固溶度隨溫度、成份、壓強(qiáng)變化。：固溶度隨溫度、

24、成份、壓強(qiáng)變化。2、分類、分類連續(xù)脫溶連續(xù)脫溶不連續(xù)脫溶不連續(xù)脫溶3、脫溶過程、脫溶過程 GP區(qū)區(qū) “ ：母相：母相 GP區(qū)：溶質(zhì)原子偏聚區(qū)區(qū)：溶質(zhì)原子偏聚區(qū) 、“：過渡相：過渡相 ：新相：新相 平衡相：應(yīng)變能最小，界面能最高；平衡相：應(yīng)變能最小，界面能最高；過渡相；應(yīng)變能居中而偏高，界面能居中而偏低過渡相；應(yīng)變能居中而偏高，界面能居中而偏低GP區(qū)：界面能和應(yīng)變能較小區(qū)：界面能和應(yīng)變能較小4、脫熔對(duì)磁性合金的影響、脫熔對(duì)磁性合金的影響 、金屬軟磁合金、金屬軟磁合金使雜質(zhì)從合金中脫熔；控制雜質(zhì)的分布狀態(tài)?？梢杂行У馗纳坪辖鸬能洿盘匦?。使雜質(zhì)從合金中脫熔；控制雜質(zhì)的分布狀態(tài)。可以有效地改善合金的軟

25、磁特性。 金屬永磁合金金屬永磁合金脫溶對(duì)金屬永磁特性的提高有重要作用，特別是析出硬化磁鋼。脫溶對(duì)金屬永磁特性的提高有重要作用，特別是析出硬化磁鋼。3、脫溶過程、脫溶過程 GP區(qū)區(qū) “ ：母相：母相 GP區(qū)：溶質(zhì)原子偏聚區(qū)區(qū)：溶質(zhì)原子偏聚區(qū) 、“：過渡相：過渡相 ：新相：新相 平衡相：應(yīng)變能最小，界面能最高；平衡相：應(yīng)變能最小，界面能最高；過渡相；應(yīng)變能居中而偏高，界面能居中而偏低過渡相；應(yīng)變能居中而偏高，界面能居中而偏低GP區(qū)：界面能和應(yīng)變能較小區(qū)：界面能和應(yīng)變能較小4、脫熔對(duì)磁性合金的影響、脫熔對(duì)磁性合金的影響 、金屬軟磁合金、金屬軟磁合金使雜質(zhì)從合金中脫熔；控制雜質(zhì)的分布狀態(tài)?？梢杂行闺s

26、質(zhì)從合金中脫熔；控制雜質(zhì)的分布狀態(tài)?？梢杂行У馗纳坪辖鸬能洿盘匦浴５馗纳坪辖鸬能洿盘匦?。 金屬永磁合金金屬永磁合金脫溶對(duì)金屬永磁特性的提高有重要作用，特別是析出硬化磁鋼脫溶對(duì)金屬永磁特性的提高有重要作用，特別是析出硬化磁鋼三、失穩(wěn)分解三、失穩(wěn)分解過飽和固溶體的脫溶大部分為不連續(xù)的局部脫溶，形成非均勻的混合固過飽和固溶體的脫溶大部分為不連續(xù)的局部脫溶，形成非均勻的混合固溶體。但是當(dāng)合金的成分、系統(tǒng)溫度、壓強(qiáng)、時(shí)效時(shí)間等條件綜合變化溶體。但是當(dāng)合金的成分、系統(tǒng)溫度、壓強(qiáng)、時(shí)效時(shí)間等條件綜合變化到適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)范圍，也可以發(fā)生全域性均勻的普遍脫熔，也就是發(fā)生勻到適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)范圍，也可以發(fā)生全域性均勻的普遍

27、脫熔，也就是發(fā)生勻相轉(zhuǎn)變。其中失穩(wěn)分解就是這種勻相轉(zhuǎn)變中的很重要的一類。相轉(zhuǎn)變。其中失穩(wěn)分解就是這種勻相轉(zhuǎn)變中的很重要的一類。1、概念、概念當(dāng)均勻固溶體中自由能與成份的關(guān)系滿足當(dāng)均勻固溶體中自由能與成份的關(guān)系滿足 時(shí)，此固溶體就會(huì)失時(shí)，此固溶體就會(huì)失去穩(wěn)定，而出現(xiàn)幅度越來越大的成分漲落，并最終分解為兩相。去穩(wěn)定，而出現(xiàn)幅度越來越大的成分漲落，并最終分解為兩相。2、特點(diǎn)、特點(diǎn)n勻相轉(zhuǎn)變，全域性的均勻、連續(xù)分解，系統(tǒng)中各處幾乎是同時(shí)發(fā)生，并勻相轉(zhuǎn)變，全域性的均勻、連續(xù)分解，系統(tǒng)中各處幾乎是同時(shí)發(fā)生，并非形核成長(zhǎng)過程。非形核成長(zhǎng)過程。n濃度波幅度越來越大的漲落是依靠逆擴(kuò)散來進(jìn)行的。濃度波幅度越來越大

28、的漲落是依靠逆擴(kuò)散來進(jìn)行的。n產(chǎn)生的兩相和母相的晶格類型是相同產(chǎn)生的兩相和母相的晶格類型是相同 的，僅晶格常數(shù)稍有偏差。的，僅晶格常數(shù)稍有偏差。3、對(duì)金屬永磁材料的影響、對(duì)金屬永磁材料的影響分解時(shí)，控制磁性相成單疇，或造成對(duì)疇壁的釘扎?？墒共牧汐@得極高分解時(shí)，控制磁性相成單疇，或造成對(duì)疇壁的釘扎?？墒共牧汐@得極高的矯頑力，具有優(yōu)異的永磁特性。的矯頑力，具有優(yōu)異的永磁特性。022cf2.3 金屬磁性材料的織構(gòu)化金屬磁性材料的織構(gòu)化在材料結(jié)構(gòu)一定的情況下，其晶?；虼女犜谝粋€(gè)方向上成規(guī)則排在材料結(jié)構(gòu)一定的情況下，其晶?；虼女犜谝粋€(gè)方向上成規(guī)則排列的狀態(tài)，稱為織構(gòu)。使多晶材料產(chǎn)生織構(gòu)就是織構(gòu)化。列的狀

29、態(tài)，稱為織構(gòu)。使多晶材料產(chǎn)生織構(gòu)就是織構(gòu)化?？棙?gòu)的種類：織構(gòu)的種類：二、磁性織構(gòu)的形成二、磁性織構(gòu)的形成、磁場(chǎng)熱處理、磁場(chǎng)熱處理將磁性材料加熱到居里溫度附近，這時(shí)加上直流磁場(chǎng)，讓磁性材料將磁性材料加熱到居里溫度附近，這時(shí)加上直流磁場(chǎng)，讓磁性材料在磁場(chǎng)中保溫一定時(shí)間并慢冷（或控速冷卻）到室溫。所加磁場(chǎng)的在磁場(chǎng)中保溫一定時(shí)間并慢冷（或控速冷卻）到室溫。所加磁場(chǎng)的方向?yàn)樵摬牧系暮暧^易磁化方向。方向?yàn)樵摬牧系暮暧^易磁化方向。磁伸縮理論磁伸縮理論n能解釋部分材料的磁場(chǎng)熱處理效果能解釋部分材料的磁場(chǎng)熱處理效果n純金屬純金屬s0，無(wú)磁場(chǎng)熱處理效果，無(wú)磁場(chǎng)熱處理效果n合金合金s0，卻仍然磁場(chǎng)熱處理效果好，卻仍

30、然磁場(chǎng)熱處理效果好奈耳奈耳谷口原子對(duì)方向性有序化理論谷口原子對(duì)方向性有序化理論、磁場(chǎng)成型、磁場(chǎng)成型將具有形狀各向異性的非單疇永磁粉末，在磁場(chǎng)中壓制或成型將具有形狀各向異性的非單疇永磁粉末，在磁場(chǎng)中壓制或成型（擠壓、注塑）制成粘結(jié)體，或再經(jīng)適當(dāng)溫度燒結(jié)成永磁體，這些（擠壓、注塑）制成粘結(jié)體，或再經(jīng)適當(dāng)溫度燒結(jié)成永磁體，這些永磁體就具有磁性織構(gòu)。永磁體就具有磁性織構(gòu)。二、結(jié)晶織構(gòu)的形成二、結(jié)晶織構(gòu)的形成、反復(fù)冷軋熱處理、反復(fù)冷軋熱處理 應(yīng)力感生方向有序排列和晶格滑移感生方向有序排列應(yīng)力感生方向有序排列和晶格滑移感生方向有序排列、定向結(jié)晶、定向結(jié)晶使磁性合金從熔融狀態(tài)開始，嚴(yán)格控制溫度梯度進(jìn)行冷卻，

31、讓結(jié)使磁性合金從熔融狀態(tài)開始，嚴(yán)格控制溫度梯度進(jìn)行冷卻，讓結(jié)晶沿一定方向進(jìn)行，從而得到定向結(jié)晶。晶沿一定方向進(jìn)行，從而得到定向結(jié)晶。n冷金屬板法冷金屬板法n發(fā)熱鑄型法發(fā)熱鑄型法n蜂巢鑄型法蜂巢鑄型法n概述概述n理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)n工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵n鐵鐵硅合金硅合金n鐵鎳合金鐵鎳合金n鐵粉芯鐵粉芯n納米晶軟磁合金納米晶軟磁合金第三章金屬軟磁材料第三章金屬軟磁材料一、性能的基本要求一、性能的基本要求n貯能高貯能高n高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度n靈敏度高靈敏度高n初始磁導(dǎo)率，最大磁導(dǎo)率，脈沖磁導(dǎo)率初始磁導(dǎo)率，最大磁導(dǎo)率，脈沖磁導(dǎo)率n效率高效率高nHc低，電阻率高，損耗小低，電阻率高，損耗小n回

32、線矩形比高回線矩形比高n穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好 磁滯回線較窄磁滯回線較窄 矯頑力小矯頑力小 磁導(dǎo)率高磁導(dǎo)率高二、金屬軟磁材料的理論基礎(chǔ)二、金屬軟磁材料的理論基礎(chǔ)影響磁導(dǎo)率的因素；提高磁導(dǎo)率的措施；損耗影響磁導(dǎo)率的因素；提高磁導(dǎo)率的措施；損耗（一）、影響磁導(dǎo)率的因素n機(jī)理機(jī)理： 可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng) 可逆疇壁位移n動(dòng)力動(dòng)力：飽和磁化強(qiáng)度n阻力阻力：內(nèi)應(yīng)力、參雜、空泡、晶界1、可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)2、可逆疇壁位移 其中其中effsiKM20 dKMeffsi 3120 sueffKKK231 疇壁厚度雜質(zhì)直徑雜質(zhì)體積濃度（二）、提高磁導(dǎo)率的措施（二）、提高磁導(dǎo)率的措施 1、提高飽和磁化強(qiáng)度、提高飽和磁化強(qiáng)度Ms 2、有

33、效方法，使、有效方法，使K10，s0 3、高溫退火、高溫退火 4、真空熱處理、真空熱處理 5、氫氣熱處理、氫氣熱處理 6、使材料雜質(zhì)相對(duì)集中、使材料雜質(zhì)相對(duì)集中 7、真空熔煉、精煉、真空熔煉、精煉 8、進(jìn)行織構(gòu)化、進(jìn)行織構(gòu)化1、提高飽和磁化強(qiáng)度、提高飽和磁化強(qiáng)度MsnMs主要由材料的成分決定，而所有軟磁材料都含有鐵，要主要由材料的成分決定，而所有軟磁材料都含有鐵，要想在很大程度上提高飽和磁化強(qiáng)度是不可能的。提高想在很大程度上提高飽和磁化強(qiáng)度是不可能的。提高M(jìn)s不不能作為改善磁性能的主要途徑能作為改善磁性能的主要途徑。例如：例如：含鎳量為79%左右的鎳鐵合金經(jīng)特殊的熱處理后，初始磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)

34、率可以比鐵-硅合金高幾倍至幾百倍，但其Ms卻只有后者的一半左右。4、真空熱處理、真空熱處理在真空氣氛（乇以下）保護(hù)下進(jìn)行高溫退火，可消除在真空氣氛（乇以下）保護(hù)下進(jìn)行高溫退火，可消除材料的應(yīng)力，并去除部分雜質(zhì)，比普通退火好。材料的應(yīng)力，并去除部分雜質(zhì)，比普通退火好。作用：作用：n防止材料在熱處理中氧化防止材料在熱處理中氧化n防止在材料熱處理中滲入雜質(zhì)防止在材料熱處理中滲入雜質(zhì)n在熱處理中幫助去除雜質(zhì)，特別是氣態(tài)雜質(zhì)在熱處理中幫助去除雜質(zhì)，特別是氣態(tài)雜質(zhì)n消除應(yīng)力消除應(yīng)力缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：n在真空氣氛下，合金某些成分易揮發(fā)，使成分偏離在真空氣氛下，合金某些成分易揮發(fā)，使成分偏離n工藝復(fù)雜，成本高工藝復(fù)

35、雜，成本高5、氫氣熱處理、氫氣熱處理在H2氣氛保護(hù)下進(jìn)行高溫退火作用：作用：n防止材料在熱處理中氧化n防止在材料在熱處理中滲入雜質(zhì)n在熱處理中去除雜質(zhì)n消除應(yīng)力缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：n要求氫氣純高，成本高n溫度和氫氣流量較難控制6、使材料雜質(zhì)相對(duì)集中使材料雜質(zhì)相對(duì)集中7、真空熔煉、精煉、真空熔煉、精煉8、進(jìn)行織構(gòu)化、進(jìn)行織構(gòu)化3.2 3.2 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵一、特點(diǎn)一、特點(diǎn)純度在純度在99.8%以上的鐵，不含任何故意添加的合金元素。以上的鐵，不含任何故意添加的合金元素。室溫性能：室溫性能：Bs=2.15(T),居里點(diǎn)居里點(diǎn)f=770,m=20000,=0.110-6(.m)。雜質(zhì)對(duì)其性能有較大影響，見表

36、（雜質(zhì)對(duì)其性能有較大影響，見表（5.1.1 252頁(yè)）。頁(yè)）。n碳含量低碳含量低n矯頑力低矯頑力低n磁導(dǎo)率高磁導(dǎo)率高n導(dǎo)熱性和加工性好導(dǎo)熱性和加工性好n有一定的耐腐蝕性和價(jià)格便宜有一定的耐腐蝕性和價(jià)格便宜n電阻率低，不能在交流磁場(chǎng)中應(yīng)用電阻率低，不能在交流磁場(chǎng)中應(yīng)用二、應(yīng)用二、應(yīng)用n作金屬磁性材料的重要原料作金屬磁性材料的重要原料n在直流磁場(chǎng)中，作為恒定磁場(chǎng)中的磁導(dǎo)體。如作磁極和磁屏蔽。在直流磁場(chǎng)中，作為恒定磁場(chǎng)中的磁導(dǎo)體。如作磁極和磁屏蔽。三、分類三、分類1、電解鐵、電解鐵含有含有0.050.02%C、 Mn 0.01%、 P0.005%、S0.004%、Al0.01%、Cu0.015%。電

37、磁性能：。電磁性能：i=500、m=1500、Br=1.05(T)、Hc=0.35(79.6A/m)、=9.6(10-8 .m)2、阿姆柯鐵、阿姆柯鐵含含C 0.025%、 Mn 0.035%、 P0.015%、S0.05%、Cu0.08%。磁性能：。磁性能：i=20005000、m=600015000、Hc=0.5 1.5(79.6A/m)3、羰基鐵、羰基鐵由由Fe（Co）5分解而成，純度高。磁性能：分解而成，純度高。磁性能：i=20003000、m=2000021500、Br=0.5 1.0(T)、Hc=0.08(79.6A/m)、=9.6(10-8 .m)3.3 3.3 鐵硅合金鐵硅合金

38、鐵硅合金，通常又稱為硅鋼片、電工鋼。在變壓器、電鐵硅合金，通常又稱為硅鋼片、電工鋼。在變壓器、電動(dòng)機(jī)、和發(fā)電機(jī)等電力設(shè)備和通信設(shè)備中，它是最重要?jiǎng)訖C(jī)、和發(fā)電機(jī)等電力設(shè)備和通信設(shè)備中，它是最重要的鐵芯材料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。的鐵芯材料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。n19001930年，煉鋼和熱軋加工技術(shù)年，煉鋼和熱軋加工技術(shù)n193460年年 晶粒取向、熱處理、玻璃涂層晶粒取向、熱處理、玻璃涂層n1983至今年至今年 輻射輻射一、鐵硅合金相圖一、鐵硅合金相圖由相圖可以看出由相圖可以看出n隨著合金含硅量的增加，隨著合金含硅量的增加，的轉(zhuǎn)變溫度上升，的轉(zhuǎn)變溫度上升，的轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變溫度下降，兩

39、者在大約溫度下降，兩者在大約2.5% Si處相交，形成一封閉的處相交，形成一封閉的“回線回線”。n3.2%Si-Fe合金來說，當(dāng)溫度從室溫上升到熔點(diǎn)的過程中，合金來說，當(dāng)溫度從室溫上升到熔點(diǎn)的過程中，不會(huì)發(fā)生任何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，并始終保持單一的體心立方結(jié)構(gòu)，不會(huì)發(fā)生任何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，并始終保持單一的體心立方結(jié)構(gòu)，這對(duì)在較高溫度下進(jìn)行這對(duì)在較高溫度下進(jìn)行再結(jié)晶再結(jié)晶退火十分有利，同時(shí)，當(dāng)溫度退火十分有利，同時(shí)，當(dāng)溫度從高溫緩慢冷卻到室溫時(shí)，又不會(huì)象純鐵那樣受到從高溫緩慢冷卻到室溫時(shí)，又不會(huì)象純鐵那樣受到和和 轉(zhuǎn)變的干擾，因此這種合金很容易制成單晶。轉(zhuǎn)變的干擾，因此這種合金很容易制成單晶。n回線的大小對(duì)合金

40、的含回線的大小對(duì)合金的含C量十分敏感。對(duì)鐵硅合金，應(yīng)使含量十分敏感。對(duì)鐵硅合金，應(yīng)使含C下降到下降到0.01%以下。以下。n再結(jié)晶：再結(jié)晶：當(dāng)加熱溫度較高時(shí)，變形金屬的顯微組織發(fā)生顯著的變化，破碎的、被拉長(zhǎng)的晶粒全部轉(zhuǎn)變成均勻而細(xì)小的等軸晶粒。再結(jié)晶時(shí)金屬不發(fā)生晶格類型的變化，而是形成無(wú)晶格畸和加工硬化的新晶粒，晶粒的形狀和大小也發(fā)生了相應(yīng)的變化。BACKn硅的加入可以降低鐵硅合金的磁晶各向異性常數(shù)，同時(shí)隨著硅含量的增大，硅的加入可以降低鐵硅合金的磁晶各向異性常數(shù)，同時(shí)隨著硅含量的增大，飽和磁致伸縮系數(shù)和可以逐漸趨于零。這對(duì)提高磁導(dǎo)率和降低矯頑力是有飽和磁致伸縮系數(shù)和可以逐漸趨于零。這對(duì)提高磁

41、導(dǎo)率和降低矯頑力是有利的。利的。n添加硅可以提高合金的電阻率。這對(duì)降低渦流損耗特別重要。添加硅可以提高合金的電阻率。這對(duì)降低渦流損耗特別重要。n鐵硅合金的密度隨含硅量增大而下降，制成鐵芯后，對(duì)減輕變壓器和電機(jī)鐵硅合金的密度隨含硅量增大而下降，制成鐵芯后，對(duì)減輕變壓器和電機(jī)的重量有利。的重量有利。n硅促進(jìn)鋼中碳的石墨化，退火時(shí)鋼的脫碳傾向增加，同時(shí)還可以與鋼中的硅促進(jìn)鋼中碳的石墨化，退火時(shí)鋼的脫碳傾向增加，同時(shí)還可以與鋼中的O2合成合成SiO2，使鋼脫氧。這樣可使損耗下降，磁性能改善，而且避免碳和，使鋼脫氧。這樣可使損耗下降，磁性能改善，而且避免碳和氧所引起的老化現(xiàn)象。氧所引起的老化現(xiàn)象。n硅鋼

42、的磁性對(duì)溫度、振動(dòng)及應(yīng)力等敏感性較少，具有較高的穩(wěn)定性。硅鋼的磁性對(duì)溫度、振動(dòng)及應(yīng)力等敏感性較少，具有較高的穩(wěn)定性。n飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和居里溫度均隨含硅量的增加而下降。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和居里溫度均隨含硅量的增加而下降。n硬度增加、延伸率、沖擊韌性下降。加工困難。硬度增加、延伸率、沖擊韌性下降。加工困難。三、硅鋼片的退火三、硅鋼片的退火普通退火：普通退火：800900高溫退火：高溫退火：10501200作用：削除了加工硬化現(xiàn)象，減少了雜質(zhì)或改變了碳的作用：削除了加工硬化現(xiàn)象，減少了雜質(zhì)或改變了碳的形態(tài)，磁性因而獲得改善。形態(tài)，磁性因而獲得改善。n非取向硅鋼片：非取向硅鋼片： 熱軋硅鋼片熱軋硅鋼片 冷

43、軋硅鋼片冷軋硅鋼片n晶粒取向硅鋼片：晶粒取向硅鋼片： 單取向硅鋼片戈斯織構(gòu)單取向硅鋼片戈斯織構(gòu) 雙取向硅鋼片雙取向硅鋼片 立方織構(gòu)立方織構(gòu)硅鋼片的生產(chǎn)流程如下：硅鋼片的生產(chǎn)流程如下：立方織構(gòu)硅鋼片主要的制備工藝立方織構(gòu)硅鋼片主要的制備工藝n只要條件允許，制造純度盡可能高的鐵硅合金。材料的這種高純狀態(tài)是出現(xiàn)立方織構(gòu)的重要先決條件。n通過熱軋和冷軋，以及在適當(dāng)?shù)臍夥罩羞M(jìn)行中間退火，將材料軋到一定的厚度；n在最后一道軋制完成后，通過退火發(fā)展（110）001或（120）001型的初次（或二次）織構(gòu)。n在嚴(yán)密控制的氣氛中進(jìn)行最后退火,以便通過二次或三次再結(jié)晶發(fā)展立方織構(gòu)。3.3 鐵鎳合金鐵鎳合金一、概述

44、一、概述含含Ni為為30%90%的鐵的鐵-鎳系軟磁合金一般統(tǒng)鎳系軟磁合金一般統(tǒng)稱為坡莫合金（或叵姆合金）。稱為坡莫合金（或叵姆合金）。n特點(diǎn)特點(diǎn)n分類分類1、特點(diǎn)、特點(diǎn)n成份范圍很窄，性能可以通過成份和熱處理工藝來成份范圍很窄，性能可以通過成份和熱處理工藝來調(diào)整，可以滿足各種要求調(diào)整，可以滿足各種要求n加工性能好加工性能好n低和中等磁場(chǎng)下具有較高的磁導(dǎo)率和很低的矯頑力低和中等磁場(chǎng)下具有較高的磁導(dǎo)率和很低的矯頑力2、分類、分類含含Ni量：低鎳合金小于量：低鎳合金小于45% 中鎳合金中鎳合金45%70% 高鎳合金高鎳合金70%80%用途：磁芯材料用途：磁芯材料 熱敏材料熱敏材料 磁頭材料磁頭材料磁

45、性能：高磁導(dǎo)率鐵鎳合金磁性能：高磁導(dǎo)率鐵鎳合金 高矩磁鐵鎳合金高矩磁鐵鎳合金 恒磁導(dǎo)率鐵鎳合金恒磁導(dǎo)率鐵鎳合金二、鐵鎳合金相圖二、鐵鎳合金相圖 由相圖可以看出由相圖可以看出n含鎳量從含鎳量從30%到到100%的鎳鐵合金在室溫下是由單一的鎳鐵合金在室溫下是由單一的面心立方結(jié)構(gòu)的的面心立方結(jié)構(gòu)的相組成。相組成。n在合金含量小于在合金含量小于30%時(shí)，時(shí)，相在較低溫度下可通過馬相在較低溫度下可通過馬氏體相變轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方的氏體相變轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方的相，這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變有明顯相，這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變有明顯的熱滯現(xiàn)象，即升溫時(shí)的的熱滯現(xiàn)象，即升溫時(shí)的轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變a溫度和降溫時(shí)溫度和降溫時(shí)的轉(zhuǎn)變溫度不重合。兩相區(qū)難以確定。

46、的轉(zhuǎn)變溫度不重合。兩相區(qū)難以確定。n在相當(dāng)于在相當(dāng)于FeNi3、FeNi、Fe3Ni成分處會(huì)發(fā)生有序和無(wú)成分處會(huì)發(fā)生有序和無(wú)序相轉(zhuǎn)變。有序化轉(zhuǎn)變溫度在序相轉(zhuǎn)變。有序化轉(zhuǎn)變溫度在506。二、合金成分對(duì)電磁性能的影響二、合金成分對(duì)電磁性能的影響n電阻率的最大值出現(xiàn)在含電阻率的最大值出現(xiàn)在含Ni量量3040%的范圍。在純金屬中加入雜質(zhì)元素后，的范圍。在純金屬中加入雜質(zhì)元素后，由于電子運(yùn)動(dòng)的自由程縮短，電阻率必由于電子運(yùn)動(dòng)的自由程縮短，電阻率必然增加。加入的雜質(zhì)元素愈多，則電阻然增加。加入的雜質(zhì)元素愈多，則電阻率值愈高。對(duì)鐵鎳合金而言，含率值愈高。對(duì)鐵鎳合金而言，含Ni35%以下，是以下，是Ni原子固

47、溶在原子固溶在Fe中。而中。而Ni35%以上，是以上，是Fe原子固溶在原子固溶在Ni中。中。n居里溫度居里溫度n在含在含Ni量為量為010%和和65100%兩個(gè)成分范圍內(nèi)，兩個(gè)成分范圍內(nèi)，居里溫度隨鎳含量的增加而下降。居里溫度隨鎳含量的增加而下降。n當(dāng)含鎳量為當(dāng)含鎳量為35%左右時(shí)，由于非磁性相的出現(xiàn)，居里左右時(shí)，由于非磁性相的出現(xiàn)，居里溫度急劇下降。溫度急劇下降。n在在67%Ni附近，由于點(diǎn)陣距離剛好滿足出現(xiàn)最大的交附近，由于點(diǎn)陣距離剛好滿足出現(xiàn)最大的交換能，故居里溫度出現(xiàn)最大值。換能，故居里溫度出現(xiàn)最大值。n飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度n由于鎳原子的玻爾磁子數(shù)比鐵小，所以由于鎳原子的玻爾磁

48、子數(shù)比鐵小，所以020%Ni之之間，間，Bs隨含鎳量的增加而下降。在隨含鎳量的增加而下降。在2035%Ni范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，由于出現(xiàn)了非磁性相，由于出現(xiàn)了非磁性相，Bs發(fā)生突變而迅速一降。發(fā)生突變而迅速一降。n磁晶各向異性常數(shù)磁晶各向異性常數(shù)K1和磁致伸縮系數(shù)和磁致伸縮系數(shù)sn通過控制冷卻速度和成分可有效地控制通過控制冷卻速度和成分可有效地控制K1和和s，從而達(dá)到提高磁性能的目的。，從而達(dá)到提高磁性能的目的。三、熱處理對(duì)鐵鎳合金磁性的影響三、熱處理對(duì)鐵鎳合金磁性的影響1、叵姆處理、叵姆處理獲得高磁導(dǎo)率的材料，要使軟磁材料呈單相的固溶體、獲得高磁導(dǎo)率的材料，要使軟磁材料呈單相的固溶體、低的低的K1

49、和和s值、高的值、高的Bs。為了避免有序化，同時(shí)減少內(nèi)應(yīng)。為了避免有序化，同時(shí)減少內(nèi)應(yīng)力。一般采用雙重?zé)崽幚恚ㄘ夏诽幚恚┑姆椒ǎ毫ΑＲ话悴捎秒p重?zé)崽幚恚ㄘ夏诽幚恚┑姆椒ǎ簩⑵履辖鹜嘶鸷髲膶⑵履辖鹜嘶鸷髲?00將樣品放在銅板上，在空氣中將樣品放在銅板上，在空氣中急冷，或在隨爐冷卻后，再加熱到急冷，或在隨爐冷卻后，再加熱到600，然后快速冷卻，然后快速冷卻，即進(jìn)行雙重?zé)崽幚怼＜催M(jìn)行雙重?zé)崽幚怼?、磁場(chǎng)熱處理、磁場(chǎng)熱處理將坡莫合金在其居里溫度附近加磁場(chǎng)冷卻，或進(jìn)行磁將坡莫合金在其居里溫度附近加磁場(chǎng)冷卻，或進(jìn)行磁場(chǎng)熱處理，在平行所加磁場(chǎng)的方向上測(cè)量的磁化曲線均場(chǎng)熱處理，在平行所加磁場(chǎng)的方向上測(cè)量的

50、磁化曲線均呈出矩形磁滯回線，而在垂直方向上為平直的磁化曲線。呈出矩形磁滯回線，而在垂直方向上為平直的磁化曲線。在在Ni-Fe合金中加入鉬、鉻、銅等元素的多元系合金中加入鉬、鉻、銅等元素的多元系坡莫合金，可不進(jìn)行急冷處理，只要冷卻速度適坡莫合金，可不進(jìn)行急冷處理，只要冷卻速度適當(dāng)，其初始磁導(dǎo)率可比二元系坡莫合金高幾倍。當(dāng)，其初始磁導(dǎo)率可比二元系坡莫合金高幾倍。而且電阻率也比而且電阻率也比78.5%Ni坡莫合金要高坡莫合金要高3倍，為倍，為0.6010-3(.m)，但飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度從，但飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度從1.3(T) 降到降到0.60.8(T).合金元素對(duì)高磁導(dǎo)率合金元素對(duì)高磁導(dǎo)率Fe-Ni合金性能

51、合金性能成分設(shè)計(jì)的原則是使成分設(shè)計(jì)的原則是使s0，通過調(diào)整熱處理工藝使，通過調(diào)整熱處理工藝使K10，而獲得高磁導(dǎo)率，而獲得高磁導(dǎo)率1、鉬鉬小于15%時(shí)，在Ni大于50%鐵-鎳合金中完全固溶，它使：n電阻率上升n含78.5%Ni的鐵-鎳合金的K1和s更接近零n鉬可以阻止有序相FeNi3的形成，因而可以降低熱處理的冷卻速度n鉬使K1=0的合金鎳含量增加。4Mo-79Ni 5Mo-80Ni 6Mo-81Nin降低合金的0Ms和居里溫度。2、銅、銅n改善合金的冷加工性能改善合金的冷加工性能n銅使合金的銅使合金的a及及m值提高，且降低了磁導(dǎo)率對(duì)成分的值提高，且降低了磁導(dǎo)率對(duì)成分的敏感性，即當(dāng)合金成分偏離

52、最佳成分時(shí)，對(duì)敏感性，即當(dāng)合金成分偏離最佳成分時(shí)，對(duì)a及及m值值影響不大影響不大n銅可抑制合金中有序相銅可抑制合金中有序相FeNi3的形成，因而可以降低熱的形成，因而可以降低熱處理的冷卻速度處理的冷卻速度n降低合金的降低合金的0Ms和居里溫度。和居里溫度。3、其它元素、其它元素n錳可提高電阻率、降低矯頑力值，可以脫硫、錳可提高電阻率、降低矯頑力值，可以脫硫、脫氧、改善熱加工性能。脫氧、改善熱加工性能。n鉻使鐵鎳合金的居里溫度降低，抑制有序相的鉻使鐵鎳合金的居里溫度降低，抑制有序相的形成，提高合金的電阻率值形成，提高合金的電阻率值n釩、鈮、鈦等可提高合金的硬度，改善耐磨性。釩、鈮、鈦等可提高合金

53、的硬度，改善耐磨性。n碳可以脫氧，但碳可以脫氧，但C含量大于含量大于0.05%時(shí)使磁性急時(shí)使磁性急劇下降。劇下降。n硅加入硅加入0.05%左右對(duì)合金磁性有利，因其和左右對(duì)合金磁性有利，因其和錳可復(fù)合脫氧，使脫氧顆粒呈大顆粒。錳可復(fù)合脫氧，使脫氧顆粒呈大顆粒。n磷大于磷大于0.06%時(shí)，使合金的時(shí)，使合金的值急劇下降值急劇下降。3.4 磁介質(zhì)磁介質(zhì)磁介質(zhì)是將鐵磁體粉粒與絕緣介質(zhì)混合壓制成的磁性磁介質(zhì)是將鐵磁體粉粒與絕緣介質(zhì)混合壓制成的磁性材材,常稱為鐵粉芯常稱為鐵粉芯.在磁介質(zhì)中在磁介質(zhì)中,每一鐵磁顆粒間在電與磁每一鐵磁顆粒間在電與磁方面彼此分隔方面彼此分隔,故可隔斷渦流。故可隔斷渦流。一、磁介

54、質(zhì)的磁導(dǎo)率一、磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率介介鐵磁體的磁導(dǎo)率鐵磁體的磁導(dǎo)率鐵鐵磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率g絕緣介質(zhì)所占體積的比值絕緣介質(zhì)所占體積的比值)1(3)23)(1(3鐵鐵介gg二、磁介質(zhì)的制造工藝二、磁介質(zhì)的制造工藝n絕緣處理為關(guān)鍵技術(shù)絕緣處理為關(guān)鍵技術(shù)n熱處理一般分為低溫?zé)崽幚砗透邷責(zé)崽幚頍崽幚硪话惴譃榈蜏責(zé)崽幚砗透邷責(zé)崽幚韓固化磁芯固化磁芯n消除壓制粉末所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，以提高磁特性。消除壓制粉末所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，以提高磁特性。三、磁介質(zhì)的種類三、磁介質(zhì)的種類n電解鐵粉芯電解鐵粉芯n工藝簡(jiǎn)單，磁特性穩(wěn)定，損耗較大。工藝簡(jiǎn)單，磁特性穩(wěn)定，損耗較大。n坡莫合金粉芯坡莫合金粉芯n磁導(dǎo)率高、損耗低、但價(jià)格

55、貴。磁導(dǎo)率高、損耗低、但價(jià)格貴。n羰基鐵粉芯羰基鐵粉芯n性能穩(wěn)定，高頻特性好，可用于幾百性能穩(wěn)定，高頻特性好，可用于幾百M(fèi)Hz場(chǎng)合。場(chǎng)合。n鋁硅鐵粉芯鋁硅鐵粉芯n磁導(dǎo)率中等，可具有負(fù)溫度系數(shù)。磁導(dǎo)率中等，可具有負(fù)溫度系數(shù)。n隨著軟磁鐵氧體的發(fā)展，磁介質(zhì)的生產(chǎn)大大減少了。隨著軟磁鐵氧體的發(fā)展，磁介質(zhì)的生產(chǎn)大大減少了。只有在高溫、大功率、高頻等特殊場(chǎng)合仍然離不開它只有在高溫、大功率、高頻等特殊場(chǎng)合仍然離不開它。第三章金屬永磁材料第三章金屬永磁材料n金屬永磁材料概述金屬永磁材料概述n提高永磁特性的措施提高永磁特性的措施n析出硬化型永磁材料析出硬化型永磁材料n稀土永磁材料稀土永磁材料4.1金屬永磁材料

56、概述金屬永磁材料概述一、永磁材料發(fā)展概況一、永磁材料發(fā)展概況（一）、對(duì)永磁特性參數(shù)的要求（一）、對(duì)永磁特性參數(shù)的要求n剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度高剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度高n矯頑力矯頑力HCJ和和HCB高高n（BH）max要大要大n曲線的退磁凸出系數(shù)趨于曲線的退磁凸出系數(shù)趨于1，=（BH）m/(BrHc)；n穩(wěn)定性好。溫度穩(wěn)定性、磁場(chǎng)穩(wěn)定性、時(shí)間穩(wěn)定性穩(wěn)定性好。溫度穩(wěn)定性、磁場(chǎng)穩(wěn)定性、時(shí)間穩(wěn)定性（二）、將永磁體選用在最佳工作點(diǎn)，即最大磁能（二）、將永磁體選用在最佳工作點(diǎn)，即最大磁能 積點(diǎn)積點(diǎn) 附近。附近。（三）、經(jīng)濟(jì)性好（三）、經(jīng)濟(jì)性好三、分類三、分類成分：n碳鋼鋁n鋁鎳鈷合金n稀土合金工藝：n鑄造型n燒結(jié)型n粘結(jié)

57、型四、矯頑力機(jī)理四、矯頑力機(jī)理n高應(yīng)力型n單疇型n成核型n釘扎型4.2 提高永磁特性的措施提高永磁特性的措施 永磁材料磁性的優(yōu)劣主要由最大磁能積（永磁材料磁性的優(yōu)劣主要由最大磁能積（BH）m判定，判定，而（而（BH）m又取決于又取決于Br、Hc及隆起度及隆起度w。一般一般Br變化范圍小，如由變化范圍小，如由0.2至至1.5T,僅相差約僅相差約8倍倍;而而 Hc變化范圍大變化范圍大,如由如由4103至至8103安安/米米,相差相差200倍倍, w可在可在0.0250.85間變化。間變化。一一 、 剩磁剩磁Brn提高M(jìn)S (MS由成分決定）n對(duì)于成分給定的永磁材料，提高Br/Bs的比值n定向結(jié)晶

58、（鋁鎳鈷系列）n磁場(chǎng)熱處理 （鋁鎳鈷系列）n磁場(chǎng)成型 n結(jié)晶定向、磁疇定向二、二、 矯頑力矯頑力Hc 不可逆壁移不可逆壁移 磁疇內(nèi)磁化矢量的不可逆轉(zhuǎn)動(dòng)磁疇內(nèi)磁化矢量的不可逆轉(zhuǎn)動(dòng)n是使殘余磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)榱銜r(shí)所需的反向磁場(chǎng)的大小，主是使殘余磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)榱銜r(shí)所需的反向磁場(chǎng)的大小，主要依賴增加疇壁位移和疇轉(zhuǎn)的阻力增大要依賴增加疇壁位移和疇轉(zhuǎn)的阻力增大Hc值。值。n如果如果Hc是由壁移機(jī)制決定的，可在合金內(nèi)增加應(yīng)力梯度及是由壁移機(jī)制決定的，可在合金內(nèi)增加應(yīng)力梯度及非磁性相來增加非磁性相來增加Hc。這種機(jī)制只能獲得較低的。這種機(jī)制只能獲得較低的Hc值值n若若Hc是由疇轉(zhuǎn)過程決定的，則磁疇在不可逆轉(zhuǎn)動(dòng)過程

59、中受是由疇轉(zhuǎn)過程決定的，則磁疇在不可逆轉(zhuǎn)動(dòng)過程中受到的阻力就是到的阻力就是Hc值的度量。這時(shí)依賴于造成單疇粒子或彌值的度量。這時(shí)依賴于造成單疇粒子或彌散的單疇脫溶相及其三種各向異性（磁晶、應(yīng)力及形狀）散的單疇脫溶相及其三種各向異性（磁晶、應(yīng)力及形狀）來增加疇轉(zhuǎn)的阻力，從而獲得高的來增加疇轉(zhuǎn)的阻力，從而獲得高的Hc值。值。疇壁釘扎：是指在材料反磁化過程中，當(dāng)反向磁場(chǎng)疇壁釘扎：是指在材料反磁化過程中，當(dāng)反向磁場(chǎng)低于某一釘扎場(chǎng)低于某一釘扎場(chǎng)Hp時(shí)，疇壁基本上固定不動(dòng)。只時(shí)，疇壁基本上固定不動(dòng)。只有當(dāng)反向磁場(chǎng)超過釘扎場(chǎng)有當(dāng)反向磁場(chǎng)超過釘扎場(chǎng)Hp時(shí)，疇壁才能掙脫束時(shí)，疇壁才能掙脫束縛，開始發(fā)生不可逆位移

60、縛，開始發(fā)生不可逆位移。點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)、晶界、堆垛、層錯(cuò)等有關(guān)的局域性交換作用點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)、晶界、堆垛、層錯(cuò)等有關(guān)的局域性交換作用和局域性各向異性起伏等都可以是疇壁釘扎點(diǎn)的重要來源和局域性各向異性起伏等都可以是疇壁釘扎點(diǎn)的重要來源三、隆起度三、隆起度組織敏感參數(shù)。組織敏感參數(shù)。 w是永磁材料的晶體織構(gòu)和是永磁材料的晶體織構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)程度的外觀表現(xiàn)。磁結(jié)構(gòu)程度的外觀表現(xiàn)?？衫枚ㄏ蚪Y(jié)晶，磁場(chǎng)及應(yīng)力熱處理等方法可利用定向結(jié)晶，磁場(chǎng)及應(yīng)力熱處理等方法來提高來提高w 。四、四、 穩(wěn)定性穩(wěn)定性n =（Z/Z）100%不可逆變化自然變化可逆變化當(dāng)條件復(fù)原或重新充磁，永磁體的性能可以恢復(fù)。如溫度、外磁場(chǎng)干擾、機(jī)