高温退火条件铁镍软磁合金的磁性能研究

摘要

软磁材料是指剩磁和矫顽力均很小的铁磁材料,它们是电机工程和高新技术领域的重要功能材料。软磁材料包括铁和磁钢,铁-镍合金,铁-钴合金,非晶态合金,软磁铁氧体。它们主要用于制造电动机的定子和转子,变压器、电感器的铁芯,磁记录的磁头与磁介质,磁屏蔽,电磁铁的铁芯,磁路的导磁体等。磁性铁-镍合金一般称为坡莫合金。50％镍的坡莫合金(1J50)具有高磁通密度,它们对磁场热处理有高的响应性。1J50主要作为铁芯用于小功率变压器、微电机继电器、扼流圈、电磁离合器中,也用作磁屏蔽罩、话筒振动膜、电磁衔铁和磁导体。
　　软磁合金1J50具有饱和磁感应强度高、矫顽力小、灵敏度高、热处理后的力学性能较好等优点,是选作导磁零件的理想材料。1J50的磁性能对高温退火热处理工艺非常敏感,同一家供应商采用相同热处理工艺,不同批次高温退火后的1J50试件,其直流磁性能可能存在较大散差。因此,理解热处理工艺(气氛、参数等)关键因素对1J50合金磁性能的作用机理与规律,有着重要的科研价值与工程意义,是获得满足设计且合格稳定的磁性能的基础。
　　本论文研究背景来源于航天用软磁合金零件的性能控制与优化,通过设计完成1J50软磁合金高温退火热处理实验,对试样的直流磁性能、静态力学性能和微观组织进行测定,解释了热处理对1J50直流磁性的影响规律与机理,确定了晶粒尺寸-磁性能-工艺参数的定量关系,为工艺优化与指导奠定了基础。论文主要研究工作有:
　　1)根据国标,设计1J50高温退火实验,包括两种炉内气氛、三组保温温度、三组保温时间,设计实验所需试样,并完成所有实验。对经过热处理后的试样进行直流磁性能测试和静态力学拉伸实验,总结热处理工艺(气氛,温度和时间)对1J50直流磁性能和静态力学性能的影响规律。随着保温时间增长和保温温度的提高,磁性能随之提高,并且氢气保护环境的退火所得1J50磁性能优于真空退火。
　　2)制备原始试样和不同退火工艺后试样的金相样,在光学显微镜下观察微观组织。计算不同试样的晶粒大小,分析晶粒尺寸对直流磁性能,静态力学性能的影响。根据所观察的金相和计算的晶粒尺寸大小,从宏观和微观上分析了1J50晶粒变化趋势。引用经典的晶粒长大模型,建立了1J50晶粒长大模型。随着退火温度提高和保温时间的增长,晶粒尺寸随之增大。在相同工艺参数下,氢气退火所得试样的晶粒尺寸大于真空退火。
　　3)分析了磁性能各参数之间的相互关系,磁导率与矫顽力之间存在一定的反比例关系。在不同的退火工艺下所得的1J50磁性能参数,矫顽力越大,磁导率越低。
　　4)分析磁性能参数与晶粒尺寸的关系,从微观上说明了矫顽力与晶粒尺寸的关系。晶粒尺寸越大,矫顽力越小,磁导率越大。
　　5)综合分析所有实验数据,建立退火工艺参数(温度,时间),直流磁性能参数和晶粒尺寸之间的模型,得到他们之间关系的数学表达式。

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1 绪 论

1.1研究背景

1.2国内外研究进展

1.3课题的研究内容

1.4本章小结

2 软磁合金1J50热处理工艺实验设计与性能测试方法

2.1软磁合金1J50热处理工艺实验设计

2.2直流磁性能测试方法

2.3硬度测量方法

2.4静态力学测试方法

2.5金相试样制备及微观组织观察

2.6本章小结

3 氢气气氛退火工艺参数对1J50组织及其性能的影响与分析

3.1工艺参数对静态力学性能的影响

3.2直流磁性能结果与分析

3.3热处理后微观组织分析

3.4热处理过程1J50晶粒长大模型建立

3.5矫顽力与磁导率间定量关系

3.6矫顽力与晶粒尺寸间定量关系

3.7本章小结

4 真空气氛退火工艺参数对1J50组织及其性能的影响与分析

4.1 工艺参数对静态力学性能的影响

4.2直流磁性能结果与分析

4.3真空热处理微观组织分析

4.4真空气氛下的晶粒长大模型建立

4.5真空气氛下1J50矫顽力与磁导率定量关系

4.6真空气氛下1J50矫顽力与晶粒尺寸间定量关系

4.7本章小结

5 保护气氛对1J50材料性能影响的分析与讨论

5.1保护气氛对直流磁性能及材料力学性能的影响

5.2保护气氛对表面微观组织的影响

5.3保护气氛对1J50杂质元素的作用机理讨论

5.4本章小结

6 结 论

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录：

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目：