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作者： 浏览量：4411 发布时间：2016-06-28
1. 非晶合金简介
晶体——原子从液体的混乱排列转变成整齐的排列，即成为晶体 。
非晶——金属或合金从熔融状体迅速冷却 (每秒一百万度) ，来不及启动晶体形成的过程，原子排列方式是混乱的，这就是非晶合金，也成为金属玻璃。
l 非晶合金的组成：主要由铁磁元素 (fe、ni、co) 和非金属元素 (si、b、c) 组合而成。
l 非晶合金的种类：铁基、铁镍基、钴基非晶合金以及铁基纳米晶合金。
l 非晶合金的特点：低矫顽力、高磁导率、低损耗、低饱和磁感、高电阻率。
l 经过适当的退火后，铁基非晶片(带)比取向硅钢片(带)表现出更低的比总损耗。
l 与其他软磁材料相比，非晶合金表现出更好的高频特性。
表1. 常见的非晶合金的性能
表2. 非晶合金与硅钢的比总损耗典型值( 50 hz )
表3. 常见软磁材料的比总损耗典型值 ( 1 t )
图2. 不同磁性材料磁导率与频率的关系
1.2 非晶合金的应用
由于非晶高磁导率、低损耗、及优异的高频特性，使得非晶合金作为新型的节能材料广泛应用于电力、电机、电子、新能源、汽车等行业。如在电力变压器领域，非晶变压器比传统硅钢变压器空载损耗下降约 80%，如下表所示。
2. 磁性能检测的意义
2.1 品质把控
l 国内国际标准均对铁基非晶的分类进行了明确的规定。
l 铁基非晶的牌号与其详细的磁性能挂钩。
l 科技的进步，促使非晶的应用更加广泛，差异化要求更高
l 市场对非晶磁性能的要求越来越具体化。
l 掌握产品详细参数，提高产品一致性和稳定性。
l 对产品进行更好的品质控制、改进生产工艺。
l 更清晰自身产品定位，满足市场差异化需求。
2.2 提示竞争力
l 2014年，国内非晶带材销售量为 6.4 万吨。
l 日本日立金属在国内销售了 4 万吨，占比 60% 以上。
l 我国的非晶纳米晶生产企业虽已达数百家，但大多数是中小规模。
l 具有研发能力、较大生产规模、产品质量稳定可靠的仅有数家。
l 很多厂家只能停留在仿制层面，更有不少作坊式小企业。
l 无论电力还是电子行业，主流企业对非晶纳米晶材料了解都很少。
掌握非晶磁性能检测手段，有助于生产企业：
l 提高质量及研发能力；改善工艺/流程，使生产更加标准化、提高效率。
l 更好地对成本进行控制、提高产品性价比。
l 为下游企业提高仿真、设计所需参数的导入。
l 对大企业来说，提高国内外市场的竞争力、扩大市场份额。
l 对小企业来说，更好地在细分市场抢占先机，提高企业自身生存能力。
2.3 推动行业发展
l 铁基非晶目前主要应用于电力变压器、电子、新能源等诸多行业。
l 2014年我国软磁产量在 60 万吨左右，非晶产量约 9 万吨，占比 15%。
l 电力变压器行业对非晶的要求：进一步提高饱和磁感、增大非晶带材宽度，提高带材的一致性和稳定性，降低成本。
l 由上可见，非晶行业的发展潜力巨大。
掌握非晶磁性能检测手段，有助于生产企业：
l 研发出损耗更低、频带更宽的新型非晶材料，满足非晶传统市场的更高要求。
l 掌握产品的详细数据，为下游企业提高仿真、设计所需参数的导入，使其更广泛地使用非晶替代传统的软磁材料，扩大非晶在软磁中的市场占比。
l 掌握产品的详细数据，更好地引导其他领域的企业创新，开发出非晶的新用途，扩宽非晶的应用范围，增大市场的整体需求。
l 最终推动整个非晶和其他相关行业的发展，并提供企业自身的市场占有率。
3. 国际标准
3.1 iec标准
图3. iec/tc68 2015年9月年会 奥地利 林茨
3.2 美国标准
4. 国内标准
4.1 现有标准
国家标准化管理委员会 (sac)钢标准化技术委员会(tc183)
船舶标准化技术委员会
gb/t 19345.1《非晶纳米晶合金 第1部分：铁基非晶软磁合金带材》
gb/t 19345.2《非晶纳米晶合金 第1部分：铁基纳米晶软磁合金带材》
l 增加了带材的分类、产品牌号命名规则。
l 修改了带材的磁性能指标。
l 修改了带材的尺寸偏差范围。
l 修改了对取样、试样制备和测量的相关规定。
l 修改了带材韧性的检验方法和要求。
l 增加了带材叠片系数和单片试样交流磁性能的测量方法。
l …
gb/t 19346.1《非晶纳米晶合金 第1部分：环形试样交流磁性能测试方法》
l 增加了增加了名词术语，主要为比总损耗、比视在功率的定义。
l 增加了通则一节，用于描述对试样、绕组、测试环境条件的要求修改。
l 测试方法增加了功率表，调整了对仪表的部分技术指标的要求。
l 删除了伏安相量法，增加了伏安法测试磁导率和磁化曲线的描述。
l 详细描述了数字采样法测磁性能的原理，规定了相对幅值磁导率和比总损耗的计算方法。
l 增加了比视在功率的计算方法。
l 增加了对测试再现性和不确定度的要求。
l …
5. 非晶磁性能检测
5.1 方法分类
铁基非晶带材交流磁性能的主要测量方法：单片法、环样法
l 铁基非晶带材具有高磁致伸缩和低的磁各向异性。
l 在铁基非晶带材上易产生应力而使其磁性能恶化。
l 因此，在工频 (50hz~60hz) 条件下，采用单片法
l 在高频条件下，采用环样法
5.2 单片法
5.2.1 试样
l 宽度：10 mm ~ 300 mm ；长度：280 mm ~ 300 mm
l 有效截面积： a = m / ( lm*ρ )
a —试样的横截面积，单位为平方米 (m2)；
m —试样的质量，单位为千克 (kg)；
lm —试样的长度，单位为米 (m)；
ρ —材料的密度，单位为千克每立方米 (kg/m3)）
5.2.2 测试原理（h线圈法）
5.2.3 磁导计
l 对磁轭进行退磁及测试磁轭的损耗时，采用双磁轭
l 测量铁基非晶样品时，采用单磁轭，以避免上磁轭的自重对样品产生应力而使材料的磁性能恶化。
l 线圈包含框架、外部的初级绕组、内部的次级绕组和位于试样下方的 h 线圈。
l h 线圈用于准确测量试样的磁场强度
5.2.4 被测磁性能参量
l 磁极化强度j(t)、磁场强度h(t)
l 比总损耗 ps——单位质量的均匀磁化材料所吸收的总功率，单位：w/kg
l 比视在功率 ss——传递给单位质量的均匀磁化材料的总视在功率，单位：va/kg
测试结果应满足以下不确定度与重复性
5.2.5 非晶国际比对
l 发起单位：国际电工委员会磁性合金和钢技术委员会 ( iec/tc68 )
l 测试样品：铁基非晶带材 (2605hb1m) ，由日立金属提供
l 项目阶段：共分为二个阶段实施 ( 2014.4~2015.5； 2015.4~2015.8 )
l 测量参数：1.3 t、1.4 t、1.5 t，50 hz / 60 hz 条件下的损耗
80 a/m,50 hz 条件下 的磁感应强度
记录磁滞回线
l 宝钢代表中国参加比对，天恒测控参与相关仪器的研发
比对试验使用的单片非晶测量系统
l 测量结果（红框内为中方实验室）
5.3 环样法
5.3.1 试样
l 试样为由带材卷绕而成的环形。
l 非晶纳米晶带材在卷绕成圆环试样后，带材会受到弯曲应力，而这种应力在退火后只能消除约 90%。
l 试样尺寸过大会使试样过于柔软，难以保持圆形，很容易因外力而变形；而尺寸过小又存在绕线困难。
l 因而必须严格规定试样的尺寸范围。
gb/t 19346.1 （新修订版）对环样尺寸做了规定：
l 推荐的试样内径为 35 mm±2 mm，试样的外径与内径之比应小于 1.25
l 试样在测试前应装入由非铁磁性绝缘材料制成的保护盒中。
l 试样在测试前应进行交流退磁
5.3.2 测试方法
a) 伏-安法
b) 使用功率表
c) 用数字方法测量磁性能
测量以下磁性能参数：
l 相对幅值磁导率 μa
l 比总损耗 ps
l 比视在功率 ss
l 绘制磁化曲线
5.3.3 不确定度和重复性
相对幅值磁导率、比总损耗和比视在功率的再现性，用相对标准差来表示
6.1 单片法
a) td8160 单片非晶磁性测量系统
主要应用：
l 测量样品种类：单片非晶、单片纳米晶、单片取向硅钢、单片无取向硅钢、其他薄片 (带)状软磁测量
l 测量磁特性参数：比总损耗 ps、比视在功率 ss、磁通密度 b、磁场强度 h、磁极化强度 j、剩磁 br、矫顽力 hc、幅值磁导率 μa 、绘制磁化曲线、磁滞回线
主要特点：
l 单磁轭、双磁轭、h-coil 法、m.c 法
l 单片磁导计多种规格可选 (支持定制)
l 支持磁轭退磁、样品退磁
样品规格：
l 宽度w：10 mm ~ 300 mm
l 长度l：280 mm ~ 300 mm
l 厚度h：10 μm ~ 500 μm