1J22高饱和磁感应强度软磁合金资料

1J22高饱和磁感应强度软磁合金简介

一、软磁合金简介

1.1软磁合金简介

软磁合金（soft magnetic alloy）是在弱磁场中具有高的磁导率及低的矫顽力的一类合金，在外磁场作用下容易磁化，去除磁场后磁感应强度又基本消失的磁性合金。这类合金广泛应用于无线电电子工业、精密仪器仪表、遥控及自动控制系统中，综合起来主要用于能量转换和信息处理两大方面，是国民经济中的一种重要材料。其磁滞回线面积小而窄，矫顽力一般<800A/m，电阻率高，涡流损耗小，导磁率高，饱和磁感高。一般都加工成板材和带材，熔融法制备，主要用作电器、电信工业中的各种铁芯元件（如变压器铁芯、继电器铁芯、扼流圈等）。常用软磁合金有低碳电工钢、阿姆科铁、硅钢片、镍铁软磁合金、铁钴软磁合金、铁硅软磁合金等。

1.2软磁合金的物理性能

软磁合金的磁滞回线面积小且窄，矫顽力（Hc）一般<10 Oe（1Oe≈79.6A/m）。软磁合

金的主要磁特性是：

1矫顽力(Hc)和磁滞损耗(Wh)低；

2电阻率(ρ)较高，涡流损耗(We)低；

3起始磁导率(μ0)和最大磁导率(μm)高；某些合金在低磁场范围内磁导率(B/H)保持恒定；

4饱和磁感(Bs)高；

5某些合金磁滞回线呈矩形，矩形比即剩磁/最大磁感(Br/Bm)高。

这些磁性能同合金的结构状态和成分密切相关。合金中的碳、硫、氮和氧等杂质对磁性特别有害，因为它们使晶格畸变，难以磁化，碳和氮还会引起磁时效现象。软磁合金一般要求成品晶粒尺寸大，以便降低Hc和Wh值。一般铁磁性金属的磁性随晶轴方向不同而异，如铁的<100>方向易于磁化，<111>方向难于磁化。因此控制晶粒取向可以在材料的特定方向获得更好的磁性能。铁的电阻率(ρ)低，添加某些合金元素可以提高ρ值，加硅和铝的效果最为明显。在铁中加入任何合金元素（除钴外），都会使它的饱和磁感Bs降低。

1.3软磁合金的发展和分类

19世纪末用低碳钢板制造电机和变压器铁芯。1900年磁性更高的硅钢片很快取代了低碳钢，用来制造电力工业的产品。1917年出现了Ni-Fe合金以适应当时电话系统的需要。后来又出现了具有不同磁特性的Fe-Co合金(1929)、Fe-Si-Al合金(1936)和Fe-Al合金（1950）以满足特殊用途。中国于1953年开始生产热轧硅钢片。50年代末开始研究Ni-Fe和Fe-Co等软磁合金，60年代陆续开始生产一些主要的软磁合金。70年代开始生产冷轧硅钢带。

软磁合金可分为低碳电工钢和阿姆科铁、硅钢片、镍铁软磁合金、铁钴软磁合金、铁硅铝软磁合金等，在电力工业方面，主要采用在较高磁场下具有高磁感和低铁芯损耗的合金。在电子工业方面，主要采用在低或中等磁场下具有高磁导率和低矫顽力的合金。在高频下则须采用薄的带材或更高电阻率的合金。一般都用板材或带材。

表1 软磁合金牌号及用途

序号	软磁合金分类	牌号	执行标准	用途
1	镍铁软磁合金	1J46，1J50，1J54，1J76，1J77，1J79，1J80，1J85，1J86，1J34，1J51，1J52，1J65，1J66， 1J67，1J83，1J403	GBn 198-88	大部分用于弱磁或中等磁场工作的小型变压器，脉冲变压器，继电器，互感器，磁放大器，电磁离合器，扼流圈铁芯及磁屏蔽
2	磁温度补偿合金	1J30，1J31，1J32 ，1J33，1J38	GB/T15005-94	电磁回路和永磁回路中的磁分路补偿元件
3	耐蚀软磁合金	1J36，1J116，1J117	GB/T14986-94	在氧化性介质和肼类介质中工作的电磁器件
4	高硬度高电阻高磁导合金	1J87，1J88，1J89 ，1J90，1J91	GB/T14987-94	用于制作录音机和磁带机磁头芯片以及微特电机变压器，传感器，磁放大器等各种高频电感元件铁芯
5	磁头用软磁合金	1J75 ，1J77C，1J79C，1J85C，1J87C，1J92，1J93，1J94，1J95	YB/T086-1996	用于制作磁头外壳，芯片，隔离片
6	高饱和磁感应强度软磁合金	1J22	GB/T15002-94	电磁铁极头，电话耳机振动膜，力矩马达转子

1.4Fe-Co基软磁合金的发展和应用

为了获得更加优异的综合性能，Fe-Co 合金作为软磁材料从合金微观组织形态上经历了从晶态组织到非晶纳米晶组织的发展过程。其合金成分也随之发生了由二元合金到多元合金的演变。

1.4.1传统的Fe-Co晶态合金

Fe-Co二元晶态合金由3种物相组成，即体心立方(bcc) α′无序晶体结构、体心立方 (bcc) 相及面心立方(fcc)相。研究已表明，含 35%Co 的Fe-Co 合金饱和磁通密度Bs达到最大值，其Bs值可达2.45 T，居里点约为900℃，而且，Fe-Co 合金的居里点随其钴含量的增加而提高。约含50%Co时居里点最高，为 980℃，此时，合金的磁晶各向异性常数K 1值接近于零，具有最高的磁导率。但是，Fe-Co晶态合金涡流损耗较高，只适于在直流和低频条件下使用，目前主要用于航空发电机和电动机、大功率脉冲变压器铁芯等。

1.4.2Fe-Co基非晶软磁材料

随着非晶制备技术的发展和对非晶合金软磁性能的不断认识， Fe-Co非晶合金逐渐得到了

材料研究者的特别关注和深入研究。按照Inoue提出的非晶形成 3条经验法则，研究者在Fe-Co二元晶态合金中添加约 20%（原子分数）不同配比的Si、B、C、P等类金属非磁性元素用于提高合金的非晶形成能力，其余约80%为Fe、Co、Ni 等磁性元素作为基体合金，从而研制出了Fe-Co基非晶软磁材料。

由于受非晶形成能力和制备过程中传热的限制，目前只能获得低维产品，工业应用的Fe-Co非晶软磁合金材料主要是通过对粒状、带状等低维非晶材料进行热挤压、热轧、热锻等后续加工来获得各种形状的产品。虽然，Fe-Co 基合金非晶带材已经广泛用于各种变压器和电感器，成为电力、电子和信息领域不可缺少的重要基础材料。但是其形状特征在某些方面也始终限制着它的许多应用。随着块体非晶材料制备技术的不断创新和发展，大体积块体非晶材料的出现为扩大Fe-Co非晶软磁合金的应用提供了基础。然而，与其它非晶态合金一样， Fe-Co基非晶软磁材料由于非晶态处于非平衡态，具有向平衡晶态转化的趋势，这种不稳定性限制了它的应用范围，一般只能在较低的温度下使用，因而提高非晶合金的稳定性已是当务之急。同时，Fe-Co 基非晶合金材料的矫顽力和高频损耗还有待于进一步降低，并且也存在脆性和可加工性差的缺点。

1.4.3FeCo 纳米晶软磁材料

1988 年日本人Yoshizawa在FeSiB 合金基体中加入少量Cu和Nb，首先利用熔体急冷法制备出了非晶态合金，随后经过热处理得到了高磁导率、低损耗、低磁致伸缩的Fe基纳米晶材料（商品名为FINEMET）。虽然，由于其优异的软磁性能，Fe基纳米晶材料受到了各国材料科学工作者和产业界的关注。但是由于Fe 基纳米晶合金较低的居里温度（TC <300℃），限制了其在高温情况下的应用。20世纪90年代末期， Willard用Co部分替代FeZrBCu非晶合金(商品名为 NANOPERM)中的Fe得到了纳米晶非晶共存的 FeCoZrBCu 合金（商品名为HITPERM）。由于该合金中非晶相和纳米晶相居里温度的提高，使材料的高温性能明显得到改善，使用温度可达 600℃。此后，Fe-Co 基纳米晶合金得到了快速发展和应用。

1.5本文的目的

1J22合金是一种具有较高的饱和磁化强度、磁导率、居里点、较低的矫顽力以及损耗小等优点的软磁合金，它适用于制造要求体积小、重量轻的元器件。已广泛用于飞行器电源变压器和机载雷达变压器、电磁铁极头、微电机转子、继电器、换能器、耳机振动膜等。

花生采摘机

2015年10月份我司发展部了解到某公司有1J22合金带材的需求，而我司并不具备1J22合

金的生产经验，对这种合金的了解和技术积累基本是一片空白。本文将从发展和应用、理化性能、加工工艺等方面系统的介绍1J22合金，为我司实现1J22合金的生产加工提供指导。

二、1J22高饱和磁感应强度软磁合金简介

2.1 1J22合金牌号

高饱和磁感应强度软磁合金中国国家标准中规定的牌号为1J22(Co50V2)，其他国家的类似牌号是AFK502(法国)，49КФ(俄罗斯)，Permendur 49(英国)，UNS R30005(美国)，Supermendur(美国)，HiperCo50(美国)。

2.2 1J22合金的化学成分

表2 1J22化学成分（%）

合金牌号	C	Mn	Si	P	S	Cu	Ni	Co	V	Fe
合金牌号	不大于							Co	V	Fe
1J22	0.04	0.30	0.30	0.02	0.02	0.20	高铬铸铁0.50	电磁炉热水器49.0～51.0	0.8～1.8	余量

备注：根据GB/T 15002-1994

2.3 1J22合金的物理性能

表3 1J22物理性能

合金牌号	电阻率 μΩ·m	密度 g/cm3	居里点 ℃	饱和磁感应强度，T	饱和磁致伸缩系数，10-6	弹性模量，GPa	抗拉强度，Mpa		硬度
合金牌号	电阻率 μΩ·m	密度 g/cm3	居里点 ℃	饱和磁感应强度，T	饱和磁致伸缩系数，10-6	弹性模量，GPa	冷硬态	软态	冷态硬HRC	软态HRB
1J22	0.4	8.2	980	2.45	60～100	216	1325	490	35	90

表4 1J22经热处理后的磁性能

相册内页

合金牌号	成品类型	在不同磁场强度（A/m）时的磁感应强度（T）						矫顽力Hc（A/m）
		B400	B800	B1600	B2400	B4000	B8000	矫顽力Hc（A/m）
		不小于						不大于
1J22	冷轧带材	1.6	1.8	2.0	2.1	2.15	2.2	128
1J22	丝材、锻（轧）材	——	——	——	2.05	2.15	2.2	144

备注：根据GB/T 15002-1994

表5 1J22在不同厚度时的铁损（W/kg）

厚度/mm	f/Hz	磁通密度P
厚度/mm	f/Hz	P1.5	P1.7	P1.9	P2.0	P2.1
0.1	50	3.54～4.74	4.40～5.93	5.49～7.52	6.32～9.05	8.29～11.8
	400	30.15～39	31.5～48.6	42.5～58.4	48.7～63.2	55.5～69.4
	800	62.7～82.4	78.3～102.1	94.5～122.5	103～131.5	114.1～153.1
	1000	74.6～105.9	91.7～132	110.9～158.3	122～173.1	138.8～197.8
0.2	50	3.68～4.03	4.59～4.99	5.77～6.62	6.7～7.87	8.33～9.84
	400	35.2～36.3	43.7～45.2	50.4～56.5	58.4～64.2	64.0～77.6
	800	84.7～87.7	106.5～110.8	130.6～138.2	144～156.1	157.0～179
	1000	115.2～121.4	146～153.1	182～192.3	198～210.8	222～241
动物胶配方整个过程0.3	50	3.79～4.19	4.66～5.30工艺拖鞋	5.48～6.95	6.29～9.27	7.00～9.75
	400	45.1～51.3	56.9～65.1	70.2～79.6	77.5～88.4	85.7～99.8
	800	125.1～145	161.1～188	204～233	227～258	241～290.5
	1000	177.5～206	234～266	297～334	332～374	369.5～434