铁基软磁合金薄带高频磁导率测量方法研究

给出一种铁基软磁合金薄带高频磁导率的测量方法,详细介绍了该方法的测量原理,并利用Agilent E4991A射频阻抗/材料分析仪研究了退火温度对20μm厚铁基软磁合金薄带高频磁导率的影响。结果表明,随退火温度的提高,磁导率实部单调提高,磁导率虚部则是先升高后降低。尤其是在550℃下退火,在1MHz和10MHz下样品磁导率实部分别为2210和330;比较了不同温度退火样品的磁导率的测量结果,得知550℃是一个比较理想的退火温度。研究结果对以铁基非晶、纳米晶软磁合金薄带为磁心的高频微电感、微变压器等磁性器件的设计具有重要的指导意义。     

触变剂对环氧树脂封装铁基纳米晶磁芯软磁性能的影响

用宽为20 mm、厚为25μm的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶带材绕制成环形磁芯,经550℃×100 min晶化退火处理制成纳米晶磁芯,并对其进行环氧树脂封装,分析了触变剂对磁芯性能的影响。结果表明,与封装前相比,封装后纳米晶磁芯的磁导率μ、饱磁感应强度Bs、磁滞损耗Pu、磁芯电感Ls和感应电动势E随着触变剂含量的减小而减小;而矫顽力Hc和剩磁Br则随着触变剂含量的减小而增大。     

二次横磁场热处理对Fe75.5Si12.9B7Cu1Nb1.8V1.4Co0.4纳米晶磁芯恒电感的影响

采用单辊熔融旋淬工艺制备了Fe_(75.5)Si_(12.9)B_7Cu_1Nb_(1.8)V_(1.4)Co_(0.4)非晶合金薄带,分析了二次横磁场热处理对铁基纳米晶磁芯电感的电感值的影响。结果表明,二次横磁场热处理工艺可以显著改善纳米晶磁芯的恒导磁特性,经过热处理后,纳米晶磁芯电感的电感值在较宽频率范围内保持稳定;在380～510℃对磁芯进行二次横磁场退火,磁芯电感的电感值随着退火温度的升高呈现先增大后减小的趋势;在20～100 A的外加直流电流下,磁芯电感的电感值稳定性随着电流的增大呈现先增大后减小的趋势。控制变量法试验分析得出影响磁芯恒导磁特性的主要因素是二次退火温度和外加的磁场强度,最佳热处理工艺为:二次退火温度410℃,保温时间120 min,外加直流电流60 A。     

不同剩磁铁基纳米晶磁芯脉冲磁化特性

铁基纳米晶材料因其优异的软磁性能被广泛应用于脉冲磁元件中。为更好指导脉冲磁元件的设计与性能分析,需要根据应用环境测试铁基纳米晶磁芯的脉冲磁化特性。该文建立了基于LC铁磁谐振放电型测试平台,选择合适的测量电路,获得高、低剩磁铁基纳米晶材料在不同磁化速率、磁感应增量下的初始磁化曲线和磁滞回线,并获得脉冲磁导率、损耗等关键磁参数的变化趋势。通过曲线拟合的方法建立了脉冲磁导率、损耗与磁化速率、磁感应增量之间的数学关系,全面反映了铁基纳米晶磁芯的脉冲磁化特性。基于铁基纳米晶磁芯的脉冲磁化特性基础数据,能够有效、准确分析典型脉冲磁元件的工作特性并优化其设计。     

退火温度对Fe_(73.5)Ni_(0.3)Cu_1Nb_3Si_(14.2)B_8合金带材软磁性能的影响

用单辊法制备的宽20 mm、厚25μm的Fe_(73.5)Ni_(0.3)Cu_1Nb_3Si_(14.2)B_8合金带材,绕制成外径为40 mm,内径为25 mm的环型磁芯。分析了合金带材的晶化行为,研究了退火温度对合金磁芯软磁性能的影响。结果表明,淬火态Fe_(73.5)Ni_(0.3)Cu_1Nb_3Si_(14.2)B_8合金带材为非晶态,一级起始晶化温度Tx1为513.2℃,二级起始晶化温度Tx2为676.9℃,当退火温度升高到550℃,在非晶基体中析出Fe(Si)软磁相,形成了非晶和纳米晶双相共存结构。当退火温度低于550℃时,随着退火温度的升高,合金磁芯的起始磁导率μ_i和饱和磁感应强度B_s增大,矫顽力Hc减小;当最大磁感应强度B_m不变时,合金磁芯的有效幅值磁导率μ_a增大,比总损耗P_s和矫顽力H_c减小;当测试频率f不变时,合金磁芯的电感L_s和品质因数Q增大。     

纳米晶铁芯厚高比对变压器性能的影响

针对铁基纳米晶软磁合金的应用,研究了铁芯的厚高比对变压器性能的影响。采用Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9的铁基纳米晶合金带材,纵向裁剪成各种不同宽度的条带,并卷绕成圆环状铁芯样品,使不同宽度带材所卷绕铁芯样品的横截面积等值,将样品置于氮气保护气氛炉中进行退火处理后,用伏安法测量不同磁通密度下铁芯样品的铁损。结果表明,在保证其具有相同输出功率的前提下,铁芯的厚高比越小,其损耗越低,体积越小,而且表面积越大,因而散热性能也越好。所以厚高比小的铁芯,其铁损小、安全性能高,具有体积小、重量轻,能节约原材料的优势,具有更高的实际应用价值。     

稀土La掺杂和退火温度对非晶磁芯软磁性能的影响

首先制备La掺杂Fe_(78)Si_9B_(13)合金(Fe Si B-La)非晶带材,然后绕制成环型磁芯,在不同温度下进行退火处理,研究La含量和退火温度对其软磁性能的影响。结果表明,随着La含量的增加,Fe Si B-La非晶磁芯的相对起始磁导率μ_i和饱和磁感应强度B_s呈先增大后减小的趋势,而矫顽力H_c呈先减小后增大的趋势。随着退火温度的升高,Fe Si B-La非晶磁芯的μ_i、B_s、H_c、电感L_s和品质因数Q呈先增大后减小的趋势。     

Ni取代对FeCuNbSiB纳米晶磁芯软磁性能的影响

用单辊法制备了宽20 mm、厚25μm的Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9和Fe_(73.5)Ni_(0.3)Cu_1Nb_3Si_(14.2)B_8合金带材,然后绕制成外径为40 mm、内径为25 mm的环型磁芯,并在不同温度下进行退火处理,研究了Ni取代对合金带材的晶化行为以及纳米晶磁芯软磁性能的影响。结果表明,与FeCuNbSiB合金带材相比,Ni取代的FeNiCuNbSiB合金带材,其一级起始晶化温度Tx1和一级晶化峰温度Tp1降低,其二级起始晶化温度Tx2和二级晶化峰温度Tp2升高,两级起始晶化温度之间的差值ΔTx增大。与FeCuNbSiB纳米晶磁芯相比,Ni取代的FeNiCuNbSiB纳米晶磁芯的起始磁导率μi、饱和磁感应强度Bs减小,矫顽力Hc增大;当测试频率f和最大磁感应强度Bm不变时,有效幅值磁导率μa增大,比总损耗Ps和矫顽力Hc减小;当测试频率f不变时,电感Ls和品质因数Q增大。     

热处理对铁基纳米晶薄带高频磁导率的影响

利用单辊快淬法制备Fe Cu Nb Si B铁基纳米晶薄带。分析了热处理温度、热处理时间及冷却条件包括冷却速度与氧化程度对Fe Cu Nb Si B铁基纳米晶薄带高频磁导率的影响。随热处理温度的上升,铁基纳米晶铁芯的磁导率先增大而后出现不同程度的降低;在一定热处理温度,随热处理时间的延长,铁基纳米晶铁芯的磁导率逐渐减小;较快的冷却速度与氧化会降低铁基纳米晶铁芯的高频磁性能。     

铁基纳米晶软磁材料的温度特性

快淬技术制备的铁基纳米晶合金材料组织特征为由晶粒尺寸为十几nm的α-Fe(Si)固溶主相和剩余非晶相所组成的双相组织,处于热力学亚稳定态,用其制成的磁性器件的温度特性问题备受元器件用户的关注.研究了铁基纳米晶变压器铁心的高频损耗Pcm伽和幅值磁导率μa以及磁粉心的电感性能在一定温度范围内随温度的变化情况,结果表明铁基纳米晶合金系列铁心在-55～150℃温度范围内具有良好的温度稳定性.     

柔性固化剂固化工艺对纳米晶铁芯性能的影响

用非晶带材绕制成圆环铁芯,经退火制备纳米晶铁芯,再放入环氧树脂柔性固化剂中进行真空浸渍后于干燥箱中固化。采用正交试验研究了固化工艺对纳米晶铁芯可切割性和磁性能的影响。结果表明,真空浸渍条件下,固化剂能够充分填充铁芯带材间隙,铁芯固化后具有优异的可切割性;铁芯损耗的主要影响因素是固化温度,最佳固化工艺为:固化温度353 K,固化时间180 min,填料比例10%。该工艺固化的铁芯损耗相对较低:P1/1k=7.319W/kg,P0.5/10k=20.888 W/kg,磁感应强度(H=7 A/m)下降20%,起始磁导率μi下降55%,最大磁导率μmax下降40%;在f=50Hz～1 kHz范围内,固化剂的固化收缩对铁芯电感影响较大,通过调整固化工艺能够有效降低固化收缩对铁芯电感的影响;而在f=1～100 kHz范围内,固化剂对铁芯电感影响较小,对电感变化率影响甚小。     

超微晶磁芯及其在开关电源中的应用

超微晶亦称纳米非晶，它是一种新型磁性材料。超微晶磁芯具有高磁导率、高矩形比、磁芯损耗低、高温稳定性好等优点而倍受人们青昧。以德国VAC公司生产的铁基超微晶磁芯VITROPERM 500F、钴基超微晶磁芯VITROVAC 6025Z为例，介绍其性能特点以及在开关电源中的应用。     

退火温度对FeCoTiO纳米颗粒膜软磁性能的影响

采用射频磁控溅射法制备FeCoTiO纳米颗粒膜,在不同温度下进行退火处理,研究退火温度对其磁性能的影响.结果表明,随着退火温度的升高,在低于200℃时薄膜受应力变化机制影响较大,体现为矫顽力Hc、各向异性场Hk、截止频率fr降低,磁导率实部μ′增大;在高于200℃时以晶粒长大机制为主,体现为Hc、Hk、fr增高,μ′减小.综合考虑FeCoTiO纳米颗粒膜磁性能在各退火温度下的表现,在制备集成磁膜微电感的过程中,确定250℃是聚酰亚胺的最佳高温胶联化温度.     

μs级脉冲激励下磁开关磁芯磁特性

为测试磁开关磁芯在μs级脉冲激励下的磁特性,设计并制作了基于没有附加磁芯复位电路的单级磁脉冲压缩系统,3块被测磁芯分别代表铁基非晶、Ni-Zn和Mn-Zn 3种软磁材料。磁芯的磁滞回线由测量所得的磁开关两端电压和电流数据经计算得到,由磁滞回线可知这3种软磁材料在μs脉冲激励下的各种特性参数。通过分析比较这些特性参数可知:铁基非晶磁芯具有最大的磁通跳变,同样的V-s积和匝数时,铁基非晶磁芯所需体积最小;Mn-Zn铁氧体磁芯具有最小的能量损耗,适合高重复频率下的应用;Ni-Zn铁氧体磁芯饱和后的相对磁导率最低,适用于较高压缩增益的磁压缩电路中。     

CuO掺杂对高磁导率MnZn软磁铁氧体性能的影响

采用传统的氧化物湿法工艺制备CuO掺杂的高磁导率MnZn软磁铁氧体。研究了CuO掺杂对材料烧结特性、微观结构及电磁性能的影响。结果表明,适量的CuO掺杂在确保材料起始磁导率的条件下,有效降低烧结温度,改善温升曲线,提高截止频率,提高阻抗特性。1325℃烧结、掺杂0.1wt%CuO的Mn0.48Zn0.47Fe2.05O4材料具有较好的综合性能:μi=10860,TC=125℃,fr=250kHz,样环T25×15×10磁芯线圈的阻抗Z=1420?。     

能源模块磁开关工作特性分析

为保证气体开关可靠触发和其他器件的绝缘安全,神光III能源模块的主放电回路采用磁开关来隔离触发电压,能源模块选择铁基纳米晶环形磁芯作为磁开关。为验证磁开关在能源模块中的工作特性,建立了与工况类似的基于电容放电型测试平台,获得高、低铁基纳米晶材料在一定磁化速率、磁感应增量下的平均相对脉冲磁导率和伏秒积,理论推导了磁开关在能源模块中的平均非饱和电感、饱和电感和饱和时间。理论计算和实测结果表明,能源模块中磁开关的平均非饱和电感约为14 H、饱和电感约为0.6 H、饱和时间约为0.70 s,满足工程设计要求。低剩磁铁基纳米晶材料较高剩磁铁基纳米晶材料更适合作为能源模块磁开关的磁芯。     

节能灯用环形磁芯研究

研究环形磁芯的初始磁导率、振幅磁导率、饱和磁感应强度和磁芯的温度特性以及磁芯的有效截面积对节能灯的影响。     

Fe基纳米晶软磁合金的制备与性能研究

采用单辊快淬法制备成分为Fe_(73.5)CulNb_3Si_(13.5)B_9与Fe_(71.9)Cu_1Nb_1V_2Si_(13.5)B_9N_(1.6)两种非晶合金带材,经540℃晶化退火热处理后得到Fe基纳米晶软磁合金带材。利用差热分析(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和振动样品磁强计(VSM)分别研究非晶合金的晶化温度以及纳米晶软磁合金的表面形貌和磁性能。实验结果表明,添加N元素后非晶合金的晶化温度降低,经过同一温度退火后,纳米晶合金B(Fe_(71.9)Cu_1Nb_1V_2Si_(13.5)B9N_(1.6))的饱和磁感强度Bs为142.8 emu/g,比合金A(Fe_(73.5)Cu_lNb_3Si_(13.5)B_9)的饱和磁感强度(Bs=101.2 emu/g)提高了41%。     

B含量对FeSiBMoCrCuP系铁基纳米晶合金结构和软磁性能的影响

用单辊甩带机在大气环境下制备了Fe81-xSi13BxMo2Cr1Cu1P2(x=8.6~9.6)非晶合金带材。结果表明,对于淬态材料,当x9.5时,XRD谱中除了一个宽的漫散射峰外,还有少量的晶体衍射峰,当x≥9.5时,XRD谱只呈现了宽的漫散射峰,表明合金为非晶态。经过520℃×30min退火后,纳米晶合金的XRD谱中主要出现α-Fe(Si)相的晶体衍射峰,仅在x=8.6的样品中还出现了FeSi相的衍射峰。由DTA图谱可知,样品的一次晶化峰起始温度Tx1随B含量的增大而降低,同时第一、二次晶化峰起始温度的温差ΔTx随B含量的增加而略有减小。磁性能检测结果显示,退火后合金的起始磁导率随B含量的增加而增大,B含量为9.5和9.6的样品表现出了优异的软磁性能。     

磁场热处理对非晶/纳米晶软磁材料性能的影响

磁场热处理能够明显改变非晶/纳米晶软磁材料的磁性能。分别从矫顽力、磁导率、饱和磁致伸缩系数及铁损等方面总结纵向磁场处理、横向磁场处理和旋转磁场处理对非晶纳米晶材料软磁性能的影响。通过对比分析,为非晶纳米晶软磁材料选择合适的处理工艺提供参考依据。横磁处理可降低铁损,作为制备高效非晶纳米晶变压器铁心处理工艺,有望促进全球能源互联网建设,推动经济和社会可持续发展。