磁芯的分类

硅钢片是一种合金，在纯铁中加入少量硅(一般在4.5%以下)形成的铁硅合金称为硅钢。这种铁芯的饱和磁感应强度最高可达20000Gs；由于磁电性能好，易于批量生产，价格低廉，受机械应力影响小，广泛应用于电力电子行业，如电力变压器、配电变压器、电流互感器等铁芯。是软磁材料中产量和用量最大的材料。它也是电力变压器使用最多的磁性材料。尤其是在低频和高功率下。常用的有冷轧硅钢片DG3、冷轧无取向电工钢带DW和冷轧取向电工钢带DQ，适用于各种电子系统和家用电器中的中小功率低频变压器和扼流线圈、电抗器和电感磁芯。这类合金韧性好，可以进行冲片和切割加工，铁心叠压和卷绕。但高频时损耗急剧增加，一般使用频率小于400Hz。从应用的角度来说，硅钢的选择要考虑两个因素:磁性和成本。对于小型电机、电抗器和继电器，可选用纯铁或低硅钢片；对于大型电机，可选用高硅热轧硅钢片、单向或无取向冷轧硅钢片；单取向冷轧硅钢片常用于变压器。在工频下使用时，普通钢带厚度为0.2~0.35毫米；在400Hz下使用时，通常选择0.1 mm的厚度。厚度越薄，价格越高。

坡莫合金

Permo合金常指铁镍合金，镍含量在30~90%范围内。它是一种应用非常广泛的软磁合金。通过适当的工艺可以有效控制磁性能，如初始磁导率超过105，最大磁导率超过106，矫顽力低至2‰奥斯特，矩形系数接近1或接近0。具有面心立方晶体结构的Permo合金具有良好的塑性，可加工成65，438+0微米的超薄带材和各种使用形式。常用的合金有1J50、1J79、1J85等。1J50的饱和磁感应强度比硅钢略低，但磁导率比硅钢高几倍，铁损比硅钢低2~3倍。较高频率(400~8000Hz)的变压器空载电流小，适合制作100W以下的小型较高频率变压器，1J79综合性能好，适用于高低压变压器、漏电保护开关铁芯、* * * *模式电感铁芯、电流互感器铁芯。1J85的初始磁导率可达100000以上105，适用于低频或高频输入输出变压器、* * * *模式电感和信号较弱的高精度电流互感器。

非晶和纳米晶软磁合金

(非晶和纳米晶合金)

硅钢和坡莫合金软磁材料是晶体材料，原子在三维空间中规则排列，形成周期性晶格结构，存在晶粒、晶界、位错、间隙原子、磁晶各向异性等缺陷，对软磁性能不利。在磁性物理方面，原子无规则排列、无周期性和晶界的非晶结构对于获得优异的软磁性能是非常理想的。非晶态金属及合金是20世纪70年代出现的一个新的材料领域。其制备工艺与传统方法完全不同，但采用了冷却速度约为每秒百万度的超快速冷却凝固技术，从钢水到成品薄带产品，比一般的冷轧金属薄带制造工艺减少了许多中间工序。这种新工艺被称为传统冶金工艺的革命。由于超快速凝固，合金凝固时原子无法有序排列和结晶。得到的固态合金具有长程无序结构，没有结晶合金的晶粒和晶界。被称为非晶合金，被称为冶金材料学的一场革命。这种非晶合金具有许多独特的性能，如优异的磁性、耐腐蚀性、耐磨性、高强度、硬度和韧性、高电阻率和机电耦合性能。由于其优异的性能和简单的工艺，自80年代以来成为国内外材料科学领域的研发热点，美国、日本和德国已有完善的生产规模，大量非晶合金产品逐渐取代硅钢、坡莫合金和铁氧体走向市场。

中国从20世纪70年代开始研究和开发非晶合金。六五、七五、八五期间重大科技攻关项目完成后，* * *已取得科研成果134项，国家发明奖2项，专利16项，合金品种近百个。钢铁研究总院现拥有四条非晶合金带材生产线和一条非晶合金部件铁芯生产线。生产各种铁基、铁镍基、钴基、纳米晶带材及磁芯的定型，适用于逆变电源、开关电源、电源变压器、漏电保护器、电感磁芯元器件，年产值近2000万元。“九五”期间正在建设1000吨铁基非晶生产线，已进入国际先进水平。

非晶软磁合金的最佳单项性能水平是:

初始渗透率μo = 14 × 104。

钴基非晶的最大磁导率为微米= 220 × 104。

钴基非晶矫顽力Hc = 0.001 Oe。

钴基非晶的矩形比Br/Bs = 0.995。

钴基非晶的饱和磁化强度为4πMs = 18300Gs。

铁基非晶电阻率ρ = 270μ ω/cm

常用的非晶合金有:铁基、铁镍基、钴基非晶合金和铁基纳米晶合金。其国家品牌和性能特点见表和图。为了比较，还列出了结晶合金硅钢片、坡莫合金1J79和铁氧体的相应性能。这几种材料有不同的特性，应用在不同的方面。

品牌的基本构成和特征

1K101铁硅硼快淬软磁基合金。

1K102铁硅硼碳快淬软磁基合金

1K103铁硅硼镍快淬软磁基合金

1K104铁硅硼镍钼系快淬软磁基合金。

1K105铁硅硼铬(及其他元素)是一种快淬软磁基合金。

1K106高频低损耗铁硅硼快淬软磁基合金

1K107高频低损耗Fe-Nb-Cu-Si-B是一种快淬软磁基纳米晶合金。

1K201高脉冲磁导率快淬软磁钴基合金

高剩磁比1K202快淬软磁钴基合金

1K203高磁感低损耗快淬软磁钴基合金

1K204高频低损耗快淬软磁钴基合金

高初始磁导率1K205快淬软磁钴基合金

1K206高磁导率钴基淬火软磁合金

1K501铁-镍-磷-硼快淬软磁镍基合金

1K502铁镍钒硅硼快淬软磁镍基合金。

400赫兹:非晶硅钢芯

功率(瓦特)45 45

铁芯损耗(W) 2.4 1.3

励磁功率(VA VA)6.1.1.3

总重量(克)295 276

(1)铁基非晶合金

铁基非晶合金由80%的Fe和20%的Si、B金属元素组成，具有较高的饱和磁感应强度(1.54T)。与硅钢相比，铁基非晶合金在损耗、磁导率、励磁电流、铁损等方面都优于硅钢，特别是铁损低(取向硅钢的1/3-65438)。铁基非晶合金带材厚度约为0.03mm，广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器和逆变器磁芯，适用于10kHz以下的频率。

2)铁镍基非晶合金。

铁镍基非晶合金由40%的镍、40%的铁和20%的非金属元素组成。具有适中的饱和磁感应强度[〔0.8T〕]，高的初始磁导率，高的最大磁导率，高的机械强度和优异的韧性。它在中低频时具有低铁损。在空气中热处理不会引起氧化，磁场退火后可以得到良好的矩形环。价格比1J79便宜30-50%。铁镍基非晶合金的应用范围相当于中镍坡莫合金，但铁损和高机械强度远优于晶态合金。代替1J79广泛应用于漏电开关、精密电流互感器铁芯、磁屏蔽等。铁镍基非晶合金是我国开发最早的非晶合金，也是目前我国应用最广泛的非晶合金，年产量约200吨。空气中热处理后不含氧化铁的镍基非晶合金(1K503)获得国家发明专利和美国专利。

3)铁基纳米晶合金。

铁基纳米晶合金是一种以铁为主要成分，添加少量Nb、Cu、Si和B的非晶材料。非晶材料经过热处理后可以获得直径为10-20 nm的微晶，这些微晶分散在非晶基体上，称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料。纳米晶材料具有优异的综合磁性能:高饱和磁感应强度(1.2T)、高初始磁导率(8×104)、低Hc(0.32A/M)、高磁感应强度下低高频损耗(P0.5T/20kHz=30W/kg)，电阻率为80μ ω/cm。是目前市场上综合性能最好的材料；适用频率范围:50Hz-100kHz，最佳频率范围:20kHz-50kHz。广泛应用于大功率开关电源、逆变电源、磁放大器、高频变压器、高频变频器、高频扼流圈磁芯、电流互感器磁芯、漏电保护开关和* * *模式电感磁芯。

常用软磁磁芯的特性比较

1.磁粉芯与铁氧体的特性比较:MPP芯:安匝数

高频磁芯:使用安培匝数

铁粉芯:安培匝数>；800，在高磁化场下不会饱和，并能保证电感最佳的交流-DC叠加稳定性。频率特性在200kHz以内稳定；但高频损耗较大，适合10kHz以下使用。

FeSiAlF磁芯:代替铁粉芯使用，使用频率可大于8kHz。DC偏置能力介于MPP和HF之间。

铁氧体:低饱和磁密度(5000Gs)，最小DC偏置容量3。硅钢、坡莫合金和非晶合金的特性比较:

硅钢和FeSiAl材料具有高的饱和磁感应值Bs，但是它们的有效磁导率值较低，尤其是在高频范围内。

Permo合金初始磁导率高，矫顽力和损耗低，磁性能稳定，但Bs不够高。频率大于20kHz时，损耗和有效磁导率不理想，价格昂贵，加工热处理复杂。

钴基非晶合金具有高磁导率、低Hc、宽频带低损耗、饱和磁致伸缩系数接近于零、对应力不敏感等特性，但Bs值低且价格昂贵。

铁基非晶合金Bs值高，价格低，但有效磁导率低。

纳米晶合金的磁导率和Hc值与晶态高坡莫合金和钴基非晶合金接近，饱和磁感应强度Bs与中镍坡莫合金相当，热处理工艺简单，是一种理想的廉价高性能软磁材料。虽然纳米晶合金的Bs值低于铁基非晶和硅钢，但其在高磁感应强度下的高频损耗远低于它们，具有更好的耐腐蚀性和磁稳定性。与铁氧体相比，纳米晶合金在50kHz以下时，在较低损耗的基础上具有2-3倍的工作磁感应强度，磁芯体积可增加一倍以上。