热处理对取向多晶Fe-Ga合金磁致伸缩的影响

研究了热处理对<110>轴向取向多晶Fe-Ga合金磁致伸缩的影响.Fe100-xGax(x=16～21)合金经过真空感应熔炼,使用定向晶体生长炉制备出棒状<110>轴向取向多晶Fe-Ga合金样品,样品在1100℃保温1h后,炉冷至730℃保温3h,再分别经过炉冷、空冷和水中淬火三种方式冷却至室温.实验发现,取向多晶Fe-Ga合金经过淬火处理后,磁致伸缩性能有明显的改善.在20MPa预压力作用下,Fe83Ga17的饱和磁致伸缩系数接近300×10-6.     

Fe-Ga合金磁特性测试装置的设计与实验

设计了一种新型Fe-Ga合金磁特性测试装置。建立了该测试装置磁路部分三维有限元磁场分析模型,在该模型基础上通过调整结构和元件尺寸优化了磁路结构,并制作了样机。搭建了磁特性测试装置的实验平台,进行了Fe-Ga合金磁特性测试。实验结果表明,该装置可对Fe-Ga合金磁致伸缩棒材磁致伸缩效应和逆磁致伸缩效应进行静态、准静态和动态测量,测量结果与国外报道的结果一致。设计的磁特性测试装置具有稳定可靠、精度高、操作简单、自动记录等优点。该装置还适用于Fe-Ni、Fe-Co等饱和磁场低的磁致伸缩材料的磁特性测量。     

Fe83Ga17合金的磁致伸缩性能和结构分析

采用定向凝固法制备出<110>轴向取向多晶Fe83Ga17合金样品,研究了热处理对合金磁致伸缩性能的影响。发现Fe83Ga17经过淬火处理后,饱和磁致伸缩系数明显增大。在25MPa预压力作用下,饱和磁致伸缩系数λs超过了300×10-6。中子衍射和差热分析表明,Fe83Ga17合金在炉冷过程中存在相结构变化,从而导致合金磁致伸缩系数的改变,淬火处理能够抑制合金中DO3相的形成,从而使Fe83Ga17合金的磁致伸缩应变增大。     

直流偏磁下单相变压器铁心实验模型局部磁致形变测量与模拟

电工钢片的磁致伸缩效应是变压器振动噪声的主要来源之一,实际工况下变压器铁心的磁致伸缩特性比单片电工钢片的特性更为复杂,而直流偏磁的存在会加剧铁心的形变。为了进一步掌握变压器铁心的磁致形变特征,该文直接对单相变压器铁心局部应变进行实验测试,开发并搭建叠片结构的单相双柱变压器铁心磁致伸缩测试系统,测试并分析不同磁化方式下不同局部区域的磁致伸缩特性,讨论直流偏磁磁场对铁轭以及芯柱磁致伸缩性能的影响,分析夹件位置和夹紧力对变压器铁心磁致伸缩的影响。基于实验测试数据,从工程应用角度提出直流偏磁下基于BP神经网络的叠片铁心磁致伸缩模拟方法。研究结果表明,实际工况下变压器铁心拐角区域由于旋转磁场的存在导致磁致伸缩增大,适当的夹紧位置和夹紧力可有效降低铁心磁致伸缩应变,神经网络法能较好的模拟直流偏磁下变压器铁心局部的磁致形变特性,更适用于工程实践。     

考虑力–磁耦合效应的无取向电工钢片磁致伸缩模型的改进

硅钢铁心结构的振动噪声成为制约电工装备节能化发展的瓶颈问题。采用夹紧措施可抑制铁心振动,但夹紧力会改变铁心磁性能,且施加不当可导致铁心振动加剧甚至损坏,原因为应力使硅钢材料磁畴产生旋转和壁移,引起磁致伸缩饱和,造成振动加剧。因此,为了实现硅钢铁心应力加载问题的准确预测,需建立基于应力下饱和磁畴壁移效应的电工钢片磁致伸缩模型。首先,该文提出基于力–磁耦合效应的磁致伸缩改进模型,并通过耦合Weiss分子场、退磁系数和钉扎效应参数考虑磁致伸缩的滞回特性;然后,测量无取向电工钢片的磁滞和磁致伸缩回线,提取控制饱和磁畴壁移的磁场和形变等模型参数;最后,编程实现模型的仿真,通过对比仿真及实验的磁致伸缩应变曲线,验证模型的准确性。     

新型磁致伸缩材料FeGa合金研究进展

作为一种新型的功能材料,FeGa合金磁致伸缩材料以其饱和磁致伸缩系数高、饱和场小、机械性能优良、成本低等优点,在诸多领域具有潜在的应用价值,已成为当前该领域科研工作者的热点研究问题之一。主要介绍了近年来在FeGa合金磁致伸缩材料方面的最新研究进展,重点从制备方法、合金成分及后期热处理等方面阐述了提高FeGa合金磁致伸缩材料性能的方法,最后对目前FeGa合金材料存在的问题和发展趋势进行了分析和展望。     

静态偏置磁场强度对铁磁材料电磁超声换能机制的影响

铁磁材料具有磁致伸缩效应,因其磁化具有非线性特性导致其电磁超声换能机制变得复杂。分析不同磁场强度下铁磁材料中电磁超声换能机制的主导因素有利于提高电磁超声换能器(EMAT)的换能效率及信噪比。该文建立了铁磁材料电磁超声Lamb换能器的仿真模型,研究了洛伦兹力、磁致伸缩力和磁化力随外加磁场的变化规律。通过对比洛伦兹力作用下位移、磁致伸缩效应作用下位移和综合作用下总位移来分析影响换能机制的主导因素,并进行了实验研究,实验测得的质点位移、波速与仿真结果一致。研究结果表明,在弱磁情况下,磁致伸缩效应占主导作用;当铁磁材料接近磁饱和时,洛伦兹力逐渐增大并起主要作用;铁磁材料在达到磁饱和后,磁致伸缩效应引起的应变很小且几乎不再改变。     

直流偏磁下叠片铁心磁致伸缩的实验测试与分析

电工钢片磁致伸缩效应是引起变压器铁心振动,并产生噪声的主要原因之一,直流偏磁的存在加剧了铁心的磁致伸缩形变。基于爱泼斯坦方圈装置开发了电工钢片叠片结构磁致伸缩特性测量系统,测量并分析了取向电工钢片叠片结构在不同直流偏磁磁场、磁化角度及磁化强度下磁致伸缩主应变大小和方向的变化情况,对比分析了单片电工钢片与其叠片结构磁致伸缩特性的差异,讨论了直流偏磁磁场对叠片结构磁致伸缩特性的影响,并建立了材料磁致伸缩特性数据库。基于上述测量数据,计算了直流偏磁下单相变压器铁心模型的磁致伸缩应变,并与实测值进行了对比验证,为直流偏磁下变压器铁心振动噪声的研究奠定基础。     

成分变化、快淬速度及热处理温度对Sm(Co_(1-x)Zr_(x))_(7)合金薄带的微观组织及磁性能的影响

采用电弧熔炼和熔体快淬的方法,制备了不同成分与不同快淬速度的Sm(Co_(1-x)Zr_(x))_(7)(x=0.02~0.08)合金薄带。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、振动样品磁强计(VSM)等实验设备,测试了合金快淬薄带的相组成、相结构以及磁性能。实验结果表明:在Sm(Co_(1-x)Zr_(x))_(7)(x=0.02~0.08)合金薄带中,合金薄带的矫顽力随着x含量的增加逐渐变大,在x=0.08(快淬速度为45 m/s)时,合金薄带获得最大矫顽力(Hcj)为7.34 kOe;当快淬速度为45 m/s时,Sm(Co_(1-x)Zr_(x))_(7)(x=0.08)合金薄带在623 K的环境下热处理2 h,合金薄带可获得最优的综合磁性能,其矫顽力(Hcj)为7.67 kOe,剩磁(Br)为2.81 kGs,最大磁能积(BH)max为7.64 MGOe。     

直流偏磁磁场对硅钢片磁致伸缩特性的影响分析

直流偏磁条件下电力变压器铁心的振动噪声明显加剧,铁心的磁致伸缩效应是其主要原因之一。目前有关直流偏磁磁场对硅钢片磁致伸缩特性的影响规律尚不完全清楚,亟需从实验测量角度定性地分析其影响规律,为建立有效地减小电力变压器铁心振动噪声的方法提供参考。该文在一台精度为10nm/m的激光位移磁致伸缩测试系统上,对不同直流偏磁磁场下取向硅钢片的磁致伸缩特性进行实验研究,对比分析交变磁化及直流偏磁磁化在磁场饱和前后对磁致伸缩波形形状、峰峰值的影响规律,并将测量结果应用于一台电力变压器铁心的振动位移分析。结果表明:直流偏磁磁场使磁致伸缩回环失去原有的对称性,这种影响会随着磁场饱和程度的增加逐渐减弱;随着偏磁磁场的增加,磁致伸缩峰峰值增大,硅钢片的形变加剧。     

超磁致伸缩器件的数值计算模型

为了分析超磁致伸缩器件中的磁机械耦合问题,提出了一个非线性有限元模型,它是建立在能量变分基础上的。在处理磁机械耦合问题时采用了弱耦合解法。该有限元模型的特点是考虑了弹性模量随磁场的变化。用这个模型计算了一组用不同方法制备的超磁致伸缩材料ＴｅｒｆｅｎｏｌＤ的饱和磁致伸缩量值,并与测试结果作了比较,从而证实了这个模型的正确性。     

考虑铁心磁致伸缩与绕组受力的高压并联电抗器振动研究

铁心磁致伸缩效应与绕组受力是高压并联电抗器振动的主要原因。基于晶粒取向型硅钢片的磁致伸缩产生机理,将铁心磁致伸缩本质模型及Jiles磁致伸缩模型与实验数据进行对比分析,结果表明本质计算模型能准确地模拟硅钢片的磁致伸缩应变。在确定磁致伸缩本质计算模型有效性的基础上,用多物理场仿真软件COMSOL建立了一台额定电压为10.5 kV、容量为30 000 kvar高压并联电抗器本体结构的振动计算模型。从磁-机械场耦合的角度分析高压并联电抗器铁心振动与绕组受力特性,结果表明绕组受力很大,引起的振动不容忽略。同时研究了具有不同杨氏模量的气隙垫块对并联电抗器铁心振动的影响,杨氏模量越大的气隙垫块对高压并联电抗器的振动抑制效果越好。     

高能球磨法及其在纳米晶磁性材料制备中的应用(二)

4 高能球磨在纳米晶磁性材料制备中的应用 4.1 纳米晶永磁材料的制备 理论预测纳米晶永磁材料具有很高的磁性能,因此近年来备受人们的关注.目前一般制备纳米晶永磁材料的主要方法有快淬法和高能球磨法两种.快淬法是先制备出非晶快淬薄带,然后用等温退火的方法来获得纳米晶材料.而高能球磨法制造纳米晶永磁材料,由于合金成分连续可调,制得粉体颗粒小,尺寸分布均匀,为软、硬磁相在纳米尺度内产生交换耦合提供了较为理想的微结构,比快淬法具有更高的磁性能,从而使其成为开发和研究高性能永磁材料的重要手段.     

不同铁磁材料变压器铁芯磁致伸缩及振动噪声特性分析

实际运行工况下,非晶合金变压器的振动噪声要明显高于传统取向硅钢铁芯变压器,其原因主要是相同磁化条件下非晶合金的磁致伸缩现象通常高于冷轧取向电工钢片。因此,深入掌握不同铁磁材料的磁致伸缩特性是有效解决变压器铁芯减振降噪问题的前提和基础。本文首先测试了非晶合金带材在交变磁化下的磁致伸缩特性,得到了不同磁化强度下磁致伸缩回环曲线,以及磁致伸缩峰峰值与磁化强度的关系曲线,并与取向电工钢片的磁致伸缩特性进行了对比分析。在此基础上,仿真计算了一台非晶合金变压器铁芯三维主磁场分布,并结合上述磁致伸缩特性曲线,建立了铁芯振动位移数值仿真模型和声场仿真模型,完成了铁芯结构力场和声场的多物理场耦合计算,得到了磁致伸缩效应引起的非晶变压器铁芯振动位移与噪声分布。最后,对比分析了不同铁磁材料变压器铁芯的振动和噪声。研究结果表明,在同样磁化条件下,非晶合金带材的磁致伸缩应变是取向硅钢片的50倍左右,由此引起的非晶变压器铁芯噪声高于传统硅钢变压器铁芯20dB左右。     

电抗器铁芯振动噪声的多场耦合分析方法

针对电抗器铁芯磁致伸缩导致的振动噪声问题,提出在瞬态电磁场方程和结构力场方程及声场方程的基础上建立物理模型。从多物理场耦合的角度,对一台三相串联铁芯电抗器的磁场分布、铁芯磁致伸缩位移、铁饼间的麦克斯韦力、应力和声压级进行计算。对磁致伸缩和麦克斯韦力作用下的振动位移和声场分布分别分析,得出磁致伸缩是电抗器铁芯振动的主要原因。实验研究表明,增加修正系数后的电抗器振动噪声仿真结果与实测得到的电抗器振动噪声基本一致,满足工程需要,证实多场耦合分析方法可用于电抗器设计阶段对铁芯噪声进行预估。     

直流偏磁对变压器振动噪声的影响

取向硅钢片的磁致伸缩特性是引起变压器振动噪声的主要原因,并且直流偏磁在很大程度上加剧了变压器的振动噪声。本文首先测量了取向硅钢在不同磁密下的磁致伸缩蝴蝶曲线族,研究了轧制方向(RD)和垂直轧制方向(TD)磁致伸缩的特性,同时研究了直流偏磁对磁致伸缩特性的影响,然后用平均磁致伸缩曲线来模拟取向硅钢片的磁致伸缩特性,并将其应用到直流偏磁条件下一台160k V·A干式变压器空载振动的有限元计算。最后实验测量了直流偏磁条件下变压器铁心不同位置的空载振动,以及随着直流偏磁的增大,噪声声压级的值。综合有限元计算和实验测得的空载振动噪声值,分析了直流偏磁对变压器振动噪声的影响。     

Mg2+-Zr4+复合取代对CoFe2O4磁致伸缩材料性能的影响

为了实现钴铁氧体在低磁场下有较高的应变灵敏度,采用Mg2+-Zr4+协同取代的方式,通过固相合成法制备了CoFe2O4磁致伸缩材料,并研究了Mg2+-Zr4+复合取代对材料的微观结构、饱和磁化强度、磁致伸缩性能及应变灵敏度的影响.结果表明,在1300℃烧结的样品均为纯净的尖晶石相,并且随着Zr4+离子取代量的增加,材料的饱和磁化强度与磁晶各向异性常数呈现增大趋势,磁致伸缩系数减小,应变灵敏度先增大后减小.在Mg2+取代量为0.05、Zr4+取代量为0.02时,低磁场域下CoFe2O4磁致伸缩材料的应变灵敏度达到最高值,为4.3×10–9 A/m,可应用于磁传感器等领域.     

机械应力下无取向电工钢片磁致伸缩特性研究

电工钢片的磁致伸缩现象是引起电机、变压器铁心产生振动和噪声的主要原因之一。铁心的裁剪、冲压、装配等加工工艺会在电工钢片中产生残余应力，进而改变电工钢片的磁致伸缩特性，加剧铁心的振动噪声。该文基于三轴应变计方法，研制并开发了应力下电工钢片磁致伸缩特性测量系统，测量并分析了不同应力下无取向电工钢片的磁致伸缩应变，讨论电工钢片三种切割方式对磁致伸缩特性的影响，并分析了退火前后磁致伸缩特性的变化，给出三种切割方式产生的残余应力和测量方法。最后基于上述实验测量得到的应力下磁致伸缩数据，对一台永磁电机定子铁心的磁致伸缩效应进行了仿真计算，分析了残余应力对铁心形变的影响。研究表明，压应力会使电工钢片磁致伸缩效应加剧，激光切割方式会产生更大的残余应力使得电机振动增大，该研究为进一步分析铁心的振动噪声提供了科学依据。     

磁致伸缩引起的径向磁通电机定子铁心振动精确解析模型

铁磁材料的磁致伸缩效应是引起电机振动噪声的主要原因之一。为了计算磁致伸缩引起的径向磁通电机定子铁心振动,基于压磁方程和牛顿第二定律分别建立磁致伸缩引起的电机定子铁心振动精确解析模型。利用解析模型确定了各物理量之间的关系。得出磁致伸缩引起的电机定子铁心振动与磁致伸缩系数成正比,定子铁心轭部和齿部的振动位移分别与轭部圆环半径、齿高近似呈线性关系,弹性模量对磁致伸缩引起的电机定子铁心振动影响很小。利用有限元法和实验测试验证了磁致伸缩引起的电机定子铁心振动精确解析模型的准确性。最后,利用定子铁心振动实验和有限元法对解析模型进行验证,通过解析计算值、有限元计算值与实验测试值的对比,验证了解析模型的准确性。     

扭转力作用下Fe-Ga磁致伸缩位移传感器的 输出特性

为提高磁致伸缩位移传感器的测量精度,需要从理论和实验上分析传感器的输出特性。针对扭转力作用下波导丝发生磁化状态的改变进而影响传感器的输出特性这一问题,基于材料力学求解扭转应力,并从磁畴角度分析扭转力对魏德曼效应的影响,结合Fe-Ga合金的非线性本构模型和磁致伸缩逆效应等建立磁致伸缩位移传感器的输出电压模型,计算不同螺旋磁场和扭转力下的输出电压。搭建预加扭转应力下输出电压的测试平台,从理论和实验上确定输出电压随扭转应力的增大呈非线性减小的变化规律。研究还表明:在同一磁场下,正向扭转应力导致的电压降小于反向扭转应力导致的电压降,提高偏置磁场或激励磁场可以从一定程度上抵消扭转应力对电压的影响。研究可为设计大量程高精度的位移传感器提供理论依据与指导。