坡莫合金1J85介紹

  坡莫合金指鐵鎳合金，其含鎳量的范圍很廣，在35%－90%之間。坡莫合金的最大特點(diǎn)是具有很高的弱磁場(chǎng)導(dǎo)磁率。

它們的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度一般在0.6--1.0T之間。

中文名  坡莫合金   外文名  permalloy   別 名： 鐵鎳合金    含鎳量：35%－90%

特點(diǎn)：很高的弱磁場(chǎng)導(dǎo)磁率；磁感應(yīng)強(qiáng)度：0.6--1.0T

坡莫合金常指鐵鎳系合金，鎳含量在30~90%范圍內(nèi)。是應(yīng)用非常廣泛的軟磁合金。通過(guò)適當(dāng)?shù)墓に嚕梢杂行У乜刂拼判阅?，比如超過(guò)10⁵的初始磁導(dǎo)率、超過(guò)10⁶的最大磁導(dǎo)率、低到2‰奧斯特的矯頑力、接近1或接近0的矩形系數(shù)，具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)的坡莫合金具有很好的塑性，可以加工成1μm的超薄帶及各種使用形態(tài)。常用的合金有1J50、1J79、1J85等。

1J50的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度比硅鋼稍低一些，但磁導(dǎo)率比硅鋼高幾十倍，鐵損也比硅鋼低2~3倍。做成較高頻率(400~8000Hz)的變壓器，空載電流小，適合制作100W以下小型較高頻率變壓器。1J79具有好的綜合性能，適用于高頻低電壓變壓器，漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)鐵芯、共模電感鐵芯及電流互感器鐵芯。1J85的初始磁導(dǎo)率可達(dá)十萬(wàn)（10⁵）以上，適合于作弱信號(hào)的低頻或高頻輸入輸出變壓器、共模電感及高精度電流互感器等。

坡莫合金是一種在較弱磁場(chǎng)下有較高的磁導(dǎo)率的鐵鎳合金，鎳含量在30%以上的鎳鐵合金，在室溫時(shí)都為單相的面心立方(γ)結(jié)構(gòu)，但在30%Ni附近的單相結(jié)構(gòu)很不穩(wěn)定，因此實(shí)用的鐵鎳軟磁合金，含鎳量都在 36%以上。鐵鎳合金在含鎳75%(原子分?jǐn)?shù))附近，在此單相合金中會(huì)發(fā)生Ni₃Fe長(zhǎng)程有序轉(zhuǎn)變，這時(shí)合金的點(diǎn)陣常數(shù)和物理性質(zhì)，如電阻率和磁性等都會(huì)發(fā)生變化。因此，要考慮有序轉(zhuǎn)變對(duì)性能的影響。通常在Ni₃Fe合金中加入少量Mo或Cu等附加元素，以抑制長(zhǎng)程有序的生成。

示出二元鎳鐵合金的飽和磁化強(qiáng)度J_s、居里溫度T_c、磁晶各向異性K₁及磁致伸縮常數(shù)λ與鎳含量的關(guān)系。圖2示出Ni-(Fe+Cu)-Mo合金的 K₁和λ與成分和熱處理冷卻速度的關(guān)系。圖3示出由軋制和磁退火工藝得到的單軸各向異性常數(shù)K_u1、K_u2隨鎳含量的變化。由圖可知，K₁不僅依賴于成分，且與Ni₃Fe的短程有序(為熱處理冷卻速度所控制)有關(guān)。λ基本上由成分決定，僅在Ni₃Fe的成分處，冷卻速度才對(duì)λ₁₁₁和λ₁₀₀有少許影響。低于T_c以下溫度磁場(chǎng)熱處理時(shí)產(chǎn)生的K_u2要比滑移形變(冷軋時(shí))產(chǎn)生的K_u1小一個(gè)數(shù)量級(jí)。K_u1和K_u2都是單軸各向異性，所以當(dāng)沿其擇優(yōu)方向磁化時(shí)可得到矩形磁滯回線，而沿垂直方向磁化可得到低B_r的扁平回線。對(duì)鎳含量為70%~80%的合金，其K₁≤0，易磁化方向?yàn)?lt;111>，需避免{100}<001>立方織構(gòu)、混亂取向的隨機(jī)織構(gòu)。而鎳為45%~68%的合金K₁>0、易磁化方向?yàn)?lt;100>，故為獲得高磁性，應(yīng)盡量獲得立方織構(gòu)。具體可采用大壓下量冷軋和較低溫度(900～1050℃)退火。坡莫合金的最終退火應(yīng)在不含氧，露點(diǎn)在-40℃以下的純氫氣氛中或在真空度達(dá)10^-2～10^-3Pa的氣氛中進(jìn)行。

坡莫合金按成分可分為35%～40%Ni-Fe合金、45%～50%Ni-Fe合金、50%～65%Ni-Fe合金和70%～81%Ni-Fe合金四大類。每一類都可做成具有圓形磁滯回線、矩形磁滯回線或扁平磁滯回線材料。

35%～40%在含鎳35%～40%范圍內(nèi)，磁晶各向異性K₁隨鎳含量增加而減小，并且方形比B_r/B_s也變小，顯示出圓形磁滯回線。這種圓形回線與高阻率（鎳含量為 40%時(shí)，ρ=60μΩ·cm；而在48%時(shí)，ρ=45μΩ·cm）和細(xì)晶粒各向同性微結(jié)構(gòu)相結(jié)合，導(dǎo)致較低的鐵心損耗。例如厚度0.05mm的 40%Ni-Fe合金帶，在0.1T和20kHz下的損耗為9瓦每千克；而48%Ni-Fe合金帶的相應(yīng)損耗為14瓦每千克。該類合金適用于方波變壓器、直流變換器等。

45%～50%該成分范圍內(nèi)的合金具有坡莫合金中最高的飽和磁化強(qiáng)度，且K₁>0，易磁化方向?yàn)?lt;100>。通過(guò)形成立方織構(gòu)可得到矩形磁滯回線，用于磁放大器、扼流圈和變壓器。也可通過(guò)形成二次再結(jié)晶的{210}織構(gòu)，或借助初次再結(jié)晶形成細(xì)晶粒各向同性顯微組織，得到圓形磁滯回線。這種合金具有高磁導(dǎo)率和低矯頑力，可用于電流變壓器、接地故障斷路器、微電機(jī)和繼電器等。

50%～65%該成分范圍內(nèi)合金有最高的居里溫度，飽和磁化強(qiáng)度也較高，且在有序狀態(tài)K₁≈0，因此磁場(chǎng)熱處理效應(yīng)特別明顯，能產(chǎn)生很強(qiáng)的感生磁各向異性。低溫(居里點(diǎn)以下約130℃)磁場(chǎng)熱處理時(shí)，磁滯回線呈矩形，直流最大磁導(dǎo)率高，但動(dòng)態(tài)特性較差;高溫(居里點(diǎn)以下約60℃)磁場(chǎng)熱處理時(shí)，回線的方形比有所下降，直流最大磁導(dǎo)率不高，但動(dòng)態(tài)特性好。含鎳約55%的鎳鐵合金(加2%鉬)經(jīng)高溫退火，形成{210}<001>織構(gòu)或細(xì)晶粒二次再結(jié)晶組織，然后進(jìn)行高溫縱向磁場(chǎng)熱處理，可顯著提高μ_i和μ_m。具有細(xì)晶各向同性微結(jié)構(gòu)的含鎳65%的鎳鐵合金經(jīng)縱向磁場(chǎng)熱處理，可獲得良好動(dòng)態(tài)特性的矩形磁滯回線材料，適用于磁放大器。這種合金經(jīng)橫向磁場(chǎng)熱處理，可得低B_r扁平狀回線，磁導(dǎo)率在一定的磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍內(nèi)變化很小，被稱為恒磁導(dǎo)率合金，適于做電感元件。

70%～81%該成分范圍的坡莫合金具有最高的磁導(dǎo)率。雖然二元的鎳鐵合金中K₁和λ不可能同時(shí)降為零，但在此成分范圍內(nèi)加入適量的合金化元素如鉬、鉻、銅等，再通過(guò)控制熱處理的冷卻速度，便可以使K₁和λ同時(shí)趨近于零，從而獲得很高的磁導(dǎo)率和很低的矯頑力。一般這種合金的μ_i可達(dá)40～60mH/m。1947年，美國(guó)人波佐思(R.M.Bozorth)等人用較純的原材料，經(jīng)真空熔煉并最終在純凈的氫氣中于1200～1300℃高溫退火，獲得了μ_i和μ_m極高的 Ni₇₉Mo₅合金，稱超坡莫合金。其μ_i可達(dá)150mH/m以上，μ_m可達(dá)1130mH/m。20世紀(jì)60年代末，日本的增本量等在78%Ni-Fe合金中加入鈮、鉭，以后又加入第四和第五種元素如鉬、鉻、鈦、鋁、錳等，獲得了高硬度高磁導(dǎo)率的坡莫合金，其硬度H_v>200，稱為硬坡莫合金。這類合金適用于做變壓器、扼流圈、磁頭、磁屏蔽等。此外，該類合金通過(guò)形成立方織構(gòu)，其回線還可呈矩形;同時(shí)控制該合金的有序度，使K₁≥0，則顯示出良好的動(dòng)態(tài)特性，它很適合于做磁調(diào)制器等。添加2%的80%～82%Ni-Fe合金粉末制作的壓粉鐵心，具有高的電阻和良好的穩(wěn)定性，可在300Hz的頻率下使用。permalloy 在弱磁場(chǎng)下具有極高磁導(dǎo)率的鐵鎳系軟磁合金。

坡莫合金

為提高電阻率、改善工藝性能，在Fe-Ni二元合金中常加入Mo、Cr、Cu等元素。除Fe-Ni系合金外，屬于坡莫合金的還有鐵硅鋁合金和非晶態(tài)鈷基合金。

坡莫合金的軟磁性能優(yōu)異，起始磁導(dǎo)率μ_i為37.5～125mH/m，最大磁導(dǎo)率μ_m可達(dá)125～375mH/m，矯頑力H_c為0.8A/m，電阻率ρ為60～85μΩ·cm。

合金采用真空感應(yīng)爐熔煉，經(jīng)熱冷塑性變形制成冷軋帶材、冷拉線材或熱軋（鍛）板材和棒材。

用于制作音頻變壓器、互感器、磁放大器、磁調(diào)制器、扼流器、音頻磁頭等。

坡莫合金的生產(chǎn)過(guò)程比較復(fù)雜。例如，板材軋制的工藝、退火溫度、時(shí)間、退火后的冷卻快慢等都對(duì)材料最終的磁性能有很大影響。

坡莫合金

我國(guó)的坡莫合金牌號(hào)是1JXX。其中，J表示“精密合金”，“1”表示軟磁，后面的數(shù)字為序號(hào)，通常表示合金中的含鎳量。例如1J50、1J851等。坡莫合金具有高的導(dǎo)磁率，所以常常用在中高頻變壓器的鐵芯或者對(duì)靈敏度有嚴(yán)格要求的器件中，例如高頻（數(shù)十kHz）開(kāi)關(guān)電源變壓器、精密互感器、漏電開(kāi)關(guān)互感器、磁屏蔽、磁軛等。

采用磁控濺射的方法制備了Ta/NiFe/Ta磁電阻薄膜，分別將CoFe-NOL和Al₂O₃插層引入NiFe薄膜，研究納米氧化。

層(NOL)對(duì)NiFe薄膜性能的影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明；將CoFe-NOL引入NiFe薄膜，CoFe-NOL對(duì)NiFe薄膜性能有重要影響，并且CoFe-NOL在薄膜中的位置不同影響效果也不同；CoFe-NOL處于Ta/NiFe界面時(shí)，由于破壞了NiFe薄膜的織構(gòu)，導(dǎo)致了NiFe薄膜的各向異性磁電阻(AMR)值的減小和矯頑力的上升CoFe-NOL處于NiFe/Ta界面時(shí)，則不會(huì)破壞NiFe薄膜的織構(gòu)，其AMR值和矯頑力基本沒(méi)有變化。將Al₂O₃插層引入NiFe薄膜，由于Al₂O₃插層的“鏡面反射”作用，合適厚度的Al₂O₃插層可以改善薄膜的微結(jié)構(gòu)，提高薄膜的磁電阻值，改善薄膜的磁性能。當(dāng)Al₂O₃插層厚度為1.5 nm時(shí)，NiFe薄膜有最佳的微結(jié)構(gòu)和性能。

 高初導(dǎo)1J85坡莫合金居里溫度=410℃，飽合感應(yīng)強(qiáng)度=0.8T, 電阻率=55μΩ㎝，具有高導(dǎo)磁（74-82）的磁性能，極低的矯頑力低的損耗值，對(duì)微弱信號(hào)反應(yīng)靈敏，電阻率比1J79類高，但飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度低（這是技術(shù)上可實(shí)現(xiàn)的最高磁導(dǎo)率和非常低的矯頑力值），應(yīng)力對(duì)磁性的影響很明顯，所以在做好產(chǎn)品后應(yīng)該要做最終磁性能熱處理，在干燥氫氣或裂化氨氣（露點(diǎn)溫度＜-40℃）中進(jìn)行。

高初磁導(dǎo)率軟磁合金

牌號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)

化學(xué)成分

力學(xué)性能