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非晶磁性能检测与标准体系

作者:  浏览量:3657  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

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l  非晶合金的组成主要由铁磁元素 (FeNiCo) 和非金属元素 (SiBC) 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()比取向硅钢片()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

1。 常见的非晶合金的性能

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2. 非晶合金与硅钢的比总损耗典型值( 50 Hz )

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3。 常见软磁材料的比总损耗典型值 ( 1 T )

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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。

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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

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3。 IEC/TC68 20159月年会 奥地利 林茨

3.2 美国标准


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3.3 日韩标准 



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3。4 欧洲标准 


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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)


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国家标准化管理委员会 (SAC)变压器标准化技术委员会(TC44) 


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船舶标准化技术委员会


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4.2 新修订标准 


      GB/T 19345.1非晶纳米晶合金 1部分铁基非晶软磁合金带材

      GB/T 19345。2非晶纳米晶合金 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。

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      GB/T 19346.1非晶纳米晶合金 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。

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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

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5.2 单片法

5。2。1 试样

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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

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5。2。3 磁导计

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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 线圈。

l  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


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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 T1。4 T1.5 T50 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

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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

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5.3 环样法

5。3。1 试样

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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) -安法

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b) 使用功率表

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c) 用数字方法测量磁性能

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 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


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6. 天恒非晶测量体系 


6.1 单片法

a) TD8160 单片非晶磁性测量系统

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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 ()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 M.C 

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W10 mm ~ 300 mm

l  长度L280 mm ~ 300 mm

l  厚度H10 μm ~ 500 μm


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