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非晶磁性能檢測與標準體系

作者:  瀏覽量:4240  發布時間:2016-06-28

1. 非晶合金簡介

晶體——原子從液體的混亂排列轉變成整齊的排列即成為晶體 

非晶——金屬或合金從熔融狀體迅速冷卻 (每秒一百萬度來不及啟動晶體形成的過程原子排列方式是混亂的這就是非晶合金也成為金屬玻璃

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l  非晶合金的組成主要由鐵磁元素 (FeNiCo) 和非金屬元素 (SiBC) 組合而成

l  非晶合金的種類鐵基鐵鎳基鈷基非晶合金以及鐵基納米晶合金

l  非晶合金的特點低矯頑力高磁導率低損耗低飽和磁感高電阻率

l  經過適當的退火后鐵基非晶片()比取向硅鋼片()表現出更低的比總損耗

l  與其他軟磁材料相比非晶合金表現出更好的高頻特性

1. 常見的非晶合金的性能

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2. 非晶合金與硅鋼的比總損耗典型值( 50 Hz )

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3. 常見軟磁材料的比總損耗典型值 ( 1 T )

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2. 不同磁性材料磁導率與頻率的關系

1.2 非晶合金的應用

       由于非晶高磁導率低損耗及優異的高頻特性使得非晶合金作為新型的節能材料廣泛應用于電力電機電子新能源汽車等行業如在電力變壓器領域非晶變壓器比傳統硅鋼變壓器空載損耗下降約 80%如下表所示

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2. 磁性能檢測的意義

2.1 品質把控

l  國內國際標準均對鐵基非晶的分類進行了明確的規定

l  鐵基非晶的牌號與其詳細的磁性能掛鉤

l  科技的進步促使非晶的應用更加廣泛差異化要求更高

l  市場對非晶磁性能的要求越來越具體化

l  掌握產品詳細參數提高產品一致性和穩定性

l   對產品進行更好的品質控制改進生產工藝

l  更清晰自身產品定位滿足市場差異化需求

 

2.2 提示競爭力

l  2014國內非晶帶材銷售量為 6.4 萬噸

l  日本日立金屬在國內銷售了 4 萬噸占比 60% 以上

l  我國的非晶納米晶生產企業雖已達數百家但大多數是中小規模

l  具有研發能力較大生產規模產品質量穩定可靠的僅有數家

l  很多廠家只能停留在仿制層面更有不少作坊式小企業

l  無論電力還是電子行業主流企業對非晶納米晶材料了解都很少

       掌握非晶磁性能檢測手段有助于生產企業

l  提高質量及研發能力改善工藝/流程使生產更加標準化提高效率

l  更好地對成本進行控制提高產品性價比

l  為下游企業提高仿真設計所需參數的導入

l  對大企業來說提高國內外市場的競爭力擴大市場份額

l  對小企業來說更好地在細分市場搶占先機提高企業自身生存能力

 

2.3 推動行業發展

l  鐵基非晶目前主要應用于電力變壓器電子新能源等諸多行業

l  2014年我國軟磁產量在 60 萬噸左右非晶產量約 9 萬噸占比 15%

l  電力變壓器行業對非晶的要求進一步提高飽和磁感增大非晶帶材寬度提高帶材的一致性和穩定性降低成本

l  由上可見非晶行業的發展潛力巨大

       掌握非晶磁性能檢測手段有助于生產企業

l  研發出損耗更低頻帶更寬的新型非晶材料滿足非晶傳統市場的更高要求

l  掌握產品的詳細數據為下游企業提高仿真設計所需參數的導入使其更廣泛地使用非晶替代傳統的軟磁材料擴大非晶在軟磁中的市場占比

l  掌握產品的詳細數據更好地引導其他領域的企業創新開發出非晶的新用途擴寬非晶的應用范圍增大市場的整體需求

l  最終推動整個非晶和其他相關行業的發展并提供企業自身的市場占有率

3. 國際標準

3.1 IEC標準

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3. IEC/TC68 20159月年會 奧地利 林茨

3.2 美國標準


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3.3 日韓標準 



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3.4 歐洲標準 


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4. 國內標準

4.1 現有標準

國家標準化管理委員會 (SAC)鋼標準化技術委員會(TC183)


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國家標準化管理委員會 (SAC)變壓器標準化技術委員會(TC44) 


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船舶標準化技術委員會


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4.2 新修訂標準 


      GB/T 19345.1非晶納米晶合金 1部分鐵基非晶軟磁合金帶材

      GB/T 19345.2非晶納米晶合金 1部分鐵基納米晶軟磁合金帶材

l  增加了帶材的分類產品牌號命名規則

l  修改了帶材的磁性能指標

l  修改了帶材的尺寸偏差范圍

l  修改了對取樣試樣制備和測量的相關規定

l  修改了帶材韌性的檢驗方法和要求

l  增加了帶材疊片系數和單片試樣交流磁性能的測量方法

l  

 

      GB/T 19346.1非晶納米晶合金 1部分環形試樣交流磁性能測試方法

l  增加了增加了名詞術語主要為比總損耗比視在功率的定義

l  增加了通則一節用于描述對試樣繞組測試環境條件的要求修改

l  測試方法增加了功率表調整了對儀表的部分技術指標的要求

l  刪除了伏安相量法增加了伏安法測試磁導率和磁化曲線的描述

l  詳細描述了數字采樣法測磁性能的原理規定了相對幅值磁導率和比總損耗的計算方法

l  增加了比視在功率的計算方法

l  增加了對測試再現性和不確定度的要求

l  

5. 非晶磁性能檢測

5.1 方法分類

      鐵基非晶帶材交流磁性能的主要測量方法單片法環樣法

l  鐵基非晶帶材具有高磁致伸縮和低的磁各向異性

l  在鐵基非晶帶材上易產生應力而使其磁性能惡化

l  因此在工頻 (50Hz~60Hz) 條件下采用單片法

l  在高頻條件下采用環樣法

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5.2 單片法

5.2.1 試樣

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l  寬度10 mm ~ 300 mm 長度280 mm ~ 300 mm

l  有效截面積 A = m / ( lm*ρ )

                           A —試樣的橫截面積單位為平方米 (m2)

                          m —試樣的質量單位為千克 (kg)

                         lm —試樣的長度單位為米 (m)

                                  ρ —材料的密度單位為千克每立方米 (kg/m3)

5.2.2 測試原理H線圈法

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5.2.3 磁導計

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l  對磁軛進行退磁及測試磁軛的損耗時采用雙磁軛

l  測量鐵基非晶樣品時采用單磁軛以避免上磁軛的自重對樣品產生應力而使材料的磁性能惡化

l  線圈包含框架外部的初級繞組內部的次級繞組和位于試樣下方的 線圈

l  線圈用于準確測量試樣的磁場強度

5.2.4 被測磁性能參量

l  磁極化強度J(t)磁場強度H(t)

l  比總損耗 Ps——單位質量的均勻磁化材料所吸收的總功率單位W/kg

l  比視在功率 Ss——傳遞給單位質量的均勻磁化材料的總視在功率單位VA/kg

測試結果應滿足以下不確定度與重復性


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5.2.5 非晶國際比對 

l  發起單位國際電工委員會磁性合金和鋼技術委員會 ( IEC/TC68 )

l  測試樣品鐵基非晶帶材 (2605HB1M由日立金屬提供

l  項目階段共分為二個階段實施 ( 2014.4~2015.5 2015.4~2015.8 )

l  測量參數1.3 T1.4 T1.5 T50 Hz / 60 Hz 條件下的損耗

     80 A/m,50 Hz 條件下 的磁感應強度   

     記錄磁滯回線     

l  寶鋼代表中國參加比對天恒測控參與相關儀器的研發

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比對試驗使用的單片非晶測量系統

l  測量結果紅框內為中方實驗室

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5.3 環樣法

5.3.1 試樣

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l  試樣為由帶材卷繞而成的環形

l  非晶納米晶帶材在卷繞成圓環試樣后帶材會受到彎曲應力而這種應力在退火后只能消除約 90%

l  試樣尺寸過大會使試樣過于柔軟難以保持圓形很容易因外力而變形而尺寸過小又存在繞線困難

l  因而必須嚴格規定試樣的尺寸范圍

      GB/T 19346.1 新修訂版對環樣尺寸做了規定

l  推薦的試樣內徑為 35 mm±2 mm試樣的外徑與內徑之比應小于 1.25

l  試樣在測試前應裝入由非鐵磁性絕緣材料制成的保護盒中

      l 試樣在測試前應進行交流退磁

5.3.2 測試方法

a) -安法

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b) 使用功率表

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c) 用數字方法測量磁性能

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 測量以下磁性能參數

l  相對幅值磁導率 μa

l  比總損耗 Ps

l  比視在功率 Ss

l  繪制磁化曲線

5.3.3 不確定度和重復性

相對幅值磁導率比總損耗和比視在功率的再現性用相對標準差來表示


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6. 天恒非晶測量體系 


6.1 單片法

a) TD8160 單片非晶磁性測量系統

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主要應用

l  測量樣品種類單片非晶單片納米晶單片取向硅鋼單片無取向硅鋼其他薄片 ()狀軟磁測量

l  測量磁特性參數比總損耗 Ps比視在功率 Ss磁通密度 B磁場強度 H磁極化強度 J剩磁 Br矯頑力 Hc幅值磁導率 μa 繪制磁化曲線磁滯回線

 

主要特點

l  單磁軛雙磁軛H-Coil M.C 

l  單片磁導計多種規格可選 (支持定制)

l  支持磁軛退磁樣品退磁

 

樣品規格

l  寬度W10 mm ~ 300 mm

l  長度L280 mm ~ 300 mm

l  厚度H10 μm ~ 500 μm


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