Le conquiste del mio paese in materia di nuclei magnetici
Dagli anni '70, il mio paese ha iniziato la ricerca e lo sviluppo di leghe amorfe. Dopo il completamento di importanti progetti scientifici e tecnologici durante il periodo "Sesto piano quinquennale", "Settimo piano quinquennale" e "Ottavo piano quinquennale", sono stati ottenuti un totale di 134 risultati di ricerca scientifica e il National Invention Award 2 articoli, 16 brevetti e quasi un centinaio di varietà di leghe. L'Istituto centrale di ricerca sul ferro e sull'acciaio ha attualmente quattro linee di produzione di nastri in lega amorfa e una linea di produzione di nuclei di ferro con componenti in lega amorfa. Produzione di strisce e nuclei di ferro a base di ferro di varie forme, a base di ferro-nichel, a base di cobalto e nanocristallini, adatti per componenti con nucleo in ferro di alimentatori per inverter, alimentatori switching, trasformatori di potenza, protezioni contro le perdite e induttori, con un valore di produzione annuo di quasi 2000 diecimila yuan. Durante il "Nono Piano Quinquennale", è in fase di creazione una linea di produzione amorfa a base di ferro da mille tonnellate, che è entrata nei ranghi del livello avanzato internazionale.
I migliori livelli di prestazioni individuali raggiunti dalle leghe magnetiche morbide amorfe sono:
Permeabilità iniziale μo = 14 × 104
Permeabilità massima amorfa a base di cobalto μm = 220 × 104
Coercitività amorfa a base di co-base Hc = 0,001 Oe
Rapporto di ortogonalità amorfa a base di cobalto Br/Bs = 0,995
Magnetizzazione a saturazione amorfa a base di cobalto 4πMs = 18300Gs
Resistività amorfa a base di ferro ρ= 270μΩ/cm
I tipi comunemente usati di leghe amorfe sono: leghe amorfe a base di ferro, a base di ferro-nichel, leghe amorfe a base di cobalto e leghe nanocristalline a base di ferro. I gradi nazionali e le caratteristiche di prestazione sono riportati nella tabella e nella figura. Per comodità di confronto, sono elencate anche le prestazioni corrispondenti della lamiera di acciaio al silicio legato cristallino, permalloy 1J79 e ferrite. Questi tipi di materiali hanno caratteristiche diverse e vengono utilizzati in diversi aspetti.
Composizione di base e caratteristiche dei gradi
1K101 Lega a base magnetica morbida a tempra rapida serie Fe-Si-B
1K102 lega di base magnetica morbida a tempra rapida serie Fe-Si-B-C
1K103 lega di base magnetica morbida a tempra rapida serie Fe-Si-B-Ni
1K104 Fe-Si-B-Ni Mo serie a rapida tempra in lega di base magnetica morbida
1K105 Fe-Si-B-Cr (e altri elementi) serie a rapida tempra in lega di base magnetica morbida
1K106 Lega a base di magneti morbidi a tempra rapida serie Fe-Si-B ad alta frequenza e bassa perdita
1K107 Lega nanocristallina a base di magneti morbidi ad alta frequenza e bassa perdita serie Fe-Nb-Cu-Si-B a rapida tempra
1K201 Lega a base di cobalto magnetico morbido ad alta permeabilità ad alta permeabilità agli impulsi
1K202 ad alto rapporto di rimanenza e lega magnetica morbida a base di cobalto a tempra rapida
1K203 lega a base di cobalto magnetico morbido ad alta induzione, bassa perdita e tempra rapida
1K204 lega a base di cobalto magnetico morbido ad alta frequenza a bassa perdita a bassa perdita
1K205 lega a base di cobalto magnetico morbido ad alta permeabilità iniziale ad alta permeabilità rapida
1K206 lega magnetica morbida a base di cobalto ad alta permeabilità temprata
1K501 Lega a base di nichel a magnete morbido a tempra rapida serie Fe-Ni-P-B
1K502 Lega a base di nichel a magnete morbido a tempra rapida serie Fe-Ni-V-Si-B
400Hz: anima in acciaio al silicio, anima in ferro amorfo
Potenza (W) 45 45
Perdita del nucleo (W) 2.4 1.3
Potenza di eccitazione (VA) 6.1 1.3
Peso totale (g) 295 276
(1) Leghe amorfe a base di Fe
La lega amorfa a base di ferro è composta per l'80% da Fe e per il 20% da Si, elementi metallici di tipo B. Ha un'elevata intensità di induzione magnetica di saturazione (1,54 T). La perdita di lega amorfa a base di ferro e acciaio al silicio viene confrontata con la permeabilità magnetica, la corrente di eccitazione e la perdita di ferro e altri aspetti sono superiori alle caratteristiche della lamiera di acciaio al silicio, in particolare la bassa perdita di ferro (1/3-1/5 di lamiera di acciaio al silicio orientata), sostituendo l'acciaio al silicio come trasformatore di distribuzione può risparmiare energia del 60-70%. Lo spessore della striscia in lega amorfa a base di ferro è di circa 0,03 mm, ampiamente utilizzata nei trasformatori di distribuzione, negli alimentatori switching ad alta potenza, nei trasformatori di impulsi, negli amplificatori magnetici, nei trasformatori di frequenza intermedia e nei nuclei degli inverter, adatti per l'uso a frequenze inferiori a 10 kHz
2) Lega amorfa a base di Fe-Ni
La lega amorfa a base di ferro-nichel è composta per il 40% da Ni, per il 40% da Fe e per il 20% da elementi metallici. Ha un'intensità di induzione magnetica a saturazione media (0,8T), un'elevata permeabilità iniziale e un'elevata permeabilità massima e un'elevata resistenza meccanica e un'eccellente tenacità. Ha una bassa perdita di ferro alle medie e basse frequenze. Il trattamento termico in aria non si ossida e dopo la ricottura del campo magnetico è possibile ottenere un buon anello rettangolare. Il prezzo è del 30-50% più economico rispetto a 1J79. Il campo di applicazione della lega amorfa a base di ferro-nichel corrisponde a quello della permalloy a medio nichel, ma la sua perdita di ferro e l'elevata resistenza meccanica sono di gran lunga superiori alle leghe cristalline; invece di 1J79, è ampiamente utilizzato negli interruttori di dispersione, nei nuclei dei trasformatori di corrente di precisione e nello schermo magnetico e così via. La lega amorfa a base di ferro-nichel è la prima sviluppata in Cina ed è attualmente la varietà amorfa più utilizzata nelle leghe amorfe domestiche. La produzione annua è di circa 200 tonnellate. La lega amorfa a base di ossido di ferro-nichel (1K503) non si presenta nel trattamento termico dell'aria. Brevetti di invenzione e diritti di brevetto USA.
3) Lega nanocristallina a base di ferro (lega nanocristallina)
La lega nanocristallina a base di ferro è un materiale amorfo formato dal rapido processo di solidificazione aggiungendo una piccola quantità di elementi Nb, Cu, Si e B alla lega composta principalmente da elementi di ferro. Questo materiale amorfo è trattato termicamente Si possono ottenere microcristalli con un diametro di 10-20 nm, che vengono dispersi su una matrice amorfa e sono chiamati microcristalli, materiali nanocristallini o materiali nanocristallini. I materiali nanocristallini hanno eccellenti proprietà magnetiche complete: induzione magnetica ad alta saturazione (1,2 T), elevata permeabilità iniziale (8×104), basso Hc (0,32 A/M), bassa perdita ad alta frequenza in condizioni di elevata induzione magnetica (P0 .5T/20kHz=30W/kg), la resistività è 80μΩ/cm, che è superiore a quella di Permalloy (50-60μΩ/cm). Dopo il trattamento del campo magnetico longitudinale o trasversale, è possibile ottenere un valore di Br elevato (0,9) o basso (1000Gs). ). È il materiale con le migliori prestazioni complete sul mercato; gamma di frequenza applicabile: 50Hz-100kHz, migliore gamma di frequenza: 20kHz-50kHz. Ampiamente utilizzato negli alimentatori switching ad alta potenza, negli alimentatori per inverter, negli amplificatori magnetici, nei trasformatori ad alta frequenza, nei convertitori ad alta frequenza, nei nuclei delle induttanze ad alta frequenza, nei nuclei dei trasformatori di corrente, negli interruttori di protezione dalle perdite e nei nuclei degli induttori di modo comune.
Confronto delle caratteristiche dei nuclei magnetici morbidi comunemente usati
1. Confronto delle caratteristiche del nucleo di polvere magnetica e della ferrite: Nucleo MPP: utilizzare ampere-giri 100kHz: μe: 10 ~ 125200,>
Nucleo HF: Usa ampere-giri
Nucleo della polvere di ferro: facendo uso di ampere-giri> 800, non può essere saturo nell'ambito dell'alto campo di magnetizzazione, può assicurare il migliore valore di induttanza della stabilità di sovrapposizione di CA e CC. La caratteristica di frequenza è stabile entro 200kHz; ma la perdita ad alta frequenza è grande, adatta per l'uso al di sotto di 10kHz.
Nucleo magnetico FeSiAlF: invece del nucleo in polvere di ferro, la frequenza operativa può essere maggiore di 8kHz. La capacità di polarizzazione CC è compresa tra MPP e HF.
Ferrite: densità magnetica a bassa saturazione (5000Gs), capacità di polarizzazione CC minima 3. Confronto delle caratteristiche dell'acciaio al silicio, della permalloy e della lega amorfa:
L'acciaio al silicio e i materiali FeSiAl hanno elevati valori di induzione magnetica di saturazione Bs, ma i loro valori di permeabilità magnetica effettiva sono bassi, soprattutto nella gamma delle alte frequenze;
Permalloy ha un'elevata permeabilità iniziale, una bassa coercitività e perdita e proprietà magnetiche stabili, ma Bs non è abbastanza alto. Quando la frequenza è superiore a 20 kHz, la perdita e la permeabilità effettiva non sono ideali, il prezzo è più costoso e la lavorazione e il trattamento termico sono complicati;
La lega amorfa a base di cobalto ha un'elevata permeabilità magnetica, basso Hc, bassa perdita in un'ampia gamma di frequenze, coefficiente di magnetostrizione di saturazione vicino allo zero, insensibile allo stress, ma basso valore Bs e costoso;
La lega amorfa a base di ferro ha un alto valore Bs e un prezzo basso, ma il valore effettivo di permeabilità magnetica è basso.
La permeabilità e il valore Hc della lega nanocristallina sono vicini all'alta permalloy cristallina e all'amorfo a base di cobalto e l'induzione magnetica di saturazione Bs è equivalente a quella della permalloy di nichel medio. Il processo di trattamento termico è semplice ed è un materiale magnetico morbido ad alte prestazioni a basso costo ideale; Sebbene il valore Bs delle leghe nanocristalline sia inferiore a quello dell'acciaio amorfo e al silicio a base di ferro, la loro perdita ad alta frequenza in condizioni di elevata induzione magnetica è molto inferiore a loro e hanno una migliore resistenza alla corrosione e stabilità magnetica. Rispetto alla ferrite, la lega nanocristallina ha un'induzione magnetica di lavoro da 2 a 3 volte superiore sulla base di una perdita inferiore quando è inferiore a 50 kHz e il volume del nucleo magnetico può essere più che raddoppiato.
Dagli anni '70, il mio paese ha iniziato la ricerca e lo sviluppo di leghe amorfe. Dopo il completamento di importanti progetti scientifici e tecnologici durante il periodo "Sesto piano quinquennale", "Settimo piano quinquennale" e "Ottavo piano quinquennale", sono stati ottenuti un totale di 134 risultati di ricerca scientifica e il National Invention Award 2 articoli, 16 brevetti e quasi un centinaio di varietà di leghe. L'Istituto centrale di ricerca sul ferro e sull'acciaio ha attualmente quattro linee di produzione di nastri in lega amorfa e una linea di produzione di nuclei di ferro con componenti in lega amorfa. Produzione di strisce e nuclei di ferro a base di ferro di varie forme, a base di ferro-nichel, a base di cobalto e nanocristallini, adatti per componenti con nucleo in ferro di alimentatori per inverter, alimentatori switching, trasformatori di potenza, protezioni contro le perdite e induttori, con un valore di produzione annuo di quasi 2000 diecimila yuan. Durante il "Nono Piano Quinquennale", è in fase di creazione una linea di produzione amorfa a base di ferro da mille tonnellate, che è entrata nei ranghi del livello avanzato internazionale.
I migliori livelli di prestazioni individuali raggiunti dalle leghe magnetiche morbide amorfe sono:
Permeabilità iniziale μo = 14 × 104
Permeabilità massima amorfa a base di cobalto μm = 220 × 104
Coercitività amorfa a base di co-base Hc = 0,001 Oe
Rapporto di ortogonalità amorfa a base di cobalto Br/Bs = 0,995
Magnetizzazione a saturazione amorfa a base di cobalto 4πMs = 18300Gs
Resistività amorfa a base di ferro ρ= 270μΩ/cm
I tipi comunemente usati di leghe amorfe sono: leghe amorfe a base di ferro, a base di ferro-nichel, leghe amorfe a base di cobalto e leghe nanocristalline a base di ferro. I gradi nazionali e le caratteristiche di prestazione sono riportati nella tabella e nella figura. Per comodità di confronto, sono elencate anche le prestazioni corrispondenti della lamiera di acciaio al silicio legato cristallino, permalloy 1J79 e ferrite. Questi tipi di materiali hanno caratteristiche diverse e vengono utilizzati in diversi aspetti.
Composizione di base e caratteristiche dei gradi
1K101 Lega a base magnetica morbida a tempra rapida serie Fe-Si-B
1K102 lega di base magnetica morbida a tempra rapida serie Fe-Si-B-C
1K103 lega di base magnetica morbida a tempra rapida serie Fe-Si-B-Ni
1K104 Fe-Si-B-Ni Mo serie a rapida tempra in lega di base magnetica morbida
1K105 Fe-Si-B-Cr (e altri elementi) serie a rapida tempra in lega di base magnetica morbida
1K106 Lega a base di magneti morbidi a tempra rapida serie Fe-Si-B ad alta frequenza e bassa perdita
1K107 Lega nanocristallina a base di magneti morbidi ad alta frequenza e bassa perdita serie Fe-Nb-Cu-Si-B a rapida tempra
1K201 Lega a base di cobalto magnetico morbido ad alta permeabilità ad alta permeabilità agli impulsi
1K202 ad alto rapporto di rimanenza e lega magnetica morbida a base di cobalto a tempra rapida
1K203 lega a base di cobalto magnetico morbido ad alta induzione, bassa perdita e tempra rapida
1K204 lega a base di cobalto magnetico morbido ad alta frequenza a bassa perdita a bassa perdita
1K205 lega a base di cobalto magnetico morbido ad alta permeabilità iniziale ad alta permeabilità rapida
1K206 lega magnetica morbida a base di cobalto ad alta permeabilità temprata
1K501 Lega a base di nichel a magnete morbido a tempra rapida serie Fe-Ni-P-B
1K502 Lega a base di nichel a magnete morbido a tempra rapida serie Fe-Ni-V-Si-B
400Hz: anima in acciaio al silicio, anima in ferro amorfo
Potenza (W) 45 45
Perdita del nucleo (W) 2.4 1.3
Potenza di eccitazione (VA) 6.1 1.3
Peso totale (g) 295 276
(1) Leghe amorfe a base di Fe
La lega amorfa a base di ferro è composta per l'80% da Fe e per il 20% da Si, elementi metallici di tipo B. Ha un'elevata intensità di induzione magnetica di saturazione (1,54 T). La perdita di lega amorfa a base di ferro e acciaio al silicio viene confrontata con la permeabilità magnetica, la corrente di eccitazione e la perdita di ferro e altri aspetti sono superiori alle caratteristiche della lamiera di acciaio al silicio, in particolare la bassa perdita di ferro (1/3-1/5 di lamiera di acciaio al silicio orientata), sostituendo l'acciaio al silicio come trasformatore di distribuzione può risparmiare energia del 60-70%. Lo spessore della striscia in lega amorfa a base di ferro è di circa 0,03 mm, ampiamente utilizzata nei trasformatori di distribuzione, negli alimentatori switching ad alta potenza, nei trasformatori di impulsi, negli amplificatori magnetici, nei trasformatori di frequenza intermedia e nei nuclei degli inverter, adatti per l'uso a frequenze inferiori a 10 kHz
2) Lega amorfa a base di Fe-Ni
La lega amorfa a base di ferro-nichel è composta per il 40% da Ni, per il 40% da Fe e per il 20% da elementi metallici. Ha un'intensità di induzione magnetica a saturazione media (0,8T), un'elevata permeabilità iniziale e un'elevata permeabilità massima e un'elevata resistenza meccanica e un'eccellente tenacità. Ha una bassa perdita di ferro alle medie e basse frequenze. Il trattamento termico in aria non si ossida e dopo la ricottura del campo magnetico è possibile ottenere un buon anello rettangolare. Il prezzo è del 30-50% più economico rispetto a 1J79. Il campo di applicazione della lega amorfa a base di ferro-nichel corrisponde a quello della permalloy a medio nichel, ma la sua perdita di ferro e l'elevata resistenza meccanica sono di gran lunga superiori alle leghe cristalline; invece di 1J79, è ampiamente utilizzato negli interruttori di dispersione, nei nuclei dei trasformatori di corrente di precisione e nello schermo magnetico e così via. La lega amorfa a base di ferro-nichel è la prima sviluppata in Cina ed è attualmente la varietà amorfa più utilizzata nelle leghe amorfe domestiche. La produzione annua è di circa 200 tonnellate. La lega amorfa a base di ossido di ferro-nichel (1K503) non si presenta nel trattamento termico dell'aria. Brevetti di invenzione e diritti di brevetto USA.
3) Lega nanocristallina a base di ferro (lega nanocristallina)
La lega nanocristallina a base di ferro è un materiale amorfo formato dal rapido processo di solidificazione aggiungendo una piccola quantità di elementi Nb, Cu, Si e B alla lega composta principalmente da elementi di ferro. Questo materiale amorfo è trattato termicamente Si possono ottenere microcristalli con un diametro di 10-20 nm, che vengono dispersi su una matrice amorfa e sono chiamati microcristalli, materiali nanocristallini o materiali nanocristallini. I materiali nanocristallini hanno eccellenti proprietà magnetiche complete: induzione magnetica ad alta saturazione (1,2 T), elevata permeabilità iniziale (8×104), basso Hc (0,32 A/M), bassa perdita ad alta frequenza in condizioni di elevata induzione magnetica (P0 .5T/20kHz=30W/kg), la resistività è 80μΩ/cm, che è superiore a quella di Permalloy (50-60μΩ/cm). Dopo il trattamento del campo magnetico longitudinale o trasversale, è possibile ottenere un valore di Br elevato (0,9) o basso (1000Gs). ). È il materiale con le migliori prestazioni complete sul mercato; gamma di frequenza applicabile: 50Hz-100kHz, migliore gamma di frequenza: 20kHz-50kHz. Ampiamente utilizzato negli alimentatori switching ad alta potenza, negli alimentatori per inverter, negli amplificatori magnetici, nei trasformatori ad alta frequenza, nei convertitori ad alta frequenza, nei nuclei delle induttanze ad alta frequenza, nei nuclei dei trasformatori di corrente, negli interruttori di protezione dalle perdite e nei nuclei degli induttori di modo comune.
Confronto delle caratteristiche dei nuclei magnetici morbidi comunemente usati
1. Confronto delle caratteristiche del nucleo di polvere magnetica e della ferrite: Nucleo MPP: utilizzare ampere-giri 100kHz: μe: 10 ~ 125200,>
Nucleo HF: Usa ampere-giri
Nucleo della polvere di ferro: facendo uso di ampere-giri> 800, non può essere saturo nell'ambito dell'alto campo di magnetizzazione, può assicurare il migliore valore di induttanza della stabilità di sovrapposizione di CA e CC. La caratteristica di frequenza è stabile entro 200kHz; ma la perdita ad alta frequenza è grande, adatta per l'uso al di sotto di 10kHz.
Nucleo magnetico FeSiAlF: invece del nucleo in polvere di ferro, la frequenza operativa può essere maggiore di 8kHz. La capacità di polarizzazione CC è compresa tra MPP e HF.
Ferrite: densità magnetica a bassa saturazione (5000Gs), capacità di polarizzazione CC minima 3. Confronto delle caratteristiche dell'acciaio al silicio, della permalloy e della lega amorfa:
L'acciaio al silicio e i materiali FeSiAl hanno elevati valori di induzione magnetica di saturazione Bs, ma i loro valori di permeabilità magnetica effettiva sono bassi, soprattutto nella gamma delle alte frequenze;
Permalloy ha un'elevata permeabilità iniziale, una bassa coercitività e perdita e proprietà magnetiche stabili, ma Bs non è abbastanza alto. Quando la frequenza è superiore a 20 kHz, la perdita e la permeabilità effettiva non sono ideali, il prezzo è più costoso e la lavorazione e il trattamento termico sono complicati;
La lega amorfa a base di cobalto ha un'elevata permeabilità magnetica, basso Hc, bassa perdita in un'ampia gamma di frequenze, coefficiente di magnetostrizione di saturazione vicino allo zero, insensibile allo stress, ma basso valore Bs e costoso;
La lega amorfa a base di ferro ha un alto valore Bs e un prezzo basso, ma il valore effettivo di permeabilità magnetica è basso.
La permeabilità e il valore Hc della lega nanocristallina sono vicini all'alta permalloy cristallina e all'amorfo a base di cobalto e l'induzione magnetica di saturazione Bs è equivalente a quella della permalloy di nichel medio. Il processo di trattamento termico è semplice ed è un materiale magnetico morbido ad alte prestazioni a basso costo ideale; Sebbene il valore Bs delle leghe nanocristalline sia inferiore a quello dell'acciaio amorfo e al silicio a base di ferro, la loro perdita ad alta frequenza in condizioni di elevata induzione magnetica è molto inferiore a loro e hanno una migliore resistenza alla corrosione e stabilità magnetica. Rispetto alla ferrite, la lega nanocristallina ha un'induzione magnetica di lavoro da 2 a 3 volte superiore sulla base di una perdita inferiore quando è inferiore a 50 kHz e il volume del nucleo magnetico può essere più che raddoppiato.