鎳鐵軟磁合金是在低磁場下磁導率(μ)很高和矯頑力(Hc)很低的軟磁合金，含鎳30～90%或含有少量其他元素。
基本介紹
- 中文名：鎳鐵軟磁合金
- 外文名：Nickel-iron soft magnetic alloy
- 時間：1917年
- 闡述：磁場下磁導率高和矯頑力低的合金
- 成分：含鎳30～90%或含有少量其他元素
1917年埃爾門(G.W.Elmen)發現(30～90)Ni-Fe合金在低、中磁場下具有較好的軟磁性能,其中78Ni-Fe的起始磁導率(μ0)最高,稱為坡莫合金(Permalloy)。1921年他又發現了含一定量鈷的Ni-Fe合金Perminvar，其剩磁(Br)和矯頑力低，在低磁場下磁導率幾乎不變,磁滯回線為蜂腰狀。1924年史密斯(W.S.Smith)製成了含銅的高Ni-Fe合金Mumetal。1931年埃爾門又在78Ni-Fe合金中加入4%Mo以提高電阻率(ρ)，並改進了磁性能,簡化了熱處理操作，製成4-79鉬坡莫合金。1933年德國達爾 (O.Dahl)等製成Isoperm（50Ni-Fe）恆導磁合金。1934年埃利斯(W.G.Ellis)等製成 81 Ni-2 Mo-Fe 壓粉磁芯。第二次世界大戰初期德國製成具有矩形回線的晶粒取向50 Ni-Fe合金，稱為Permenorm 5000 Z(美國稱為Deltamax)。1947年布斯利(O.L.Boothly)等製成起始磁導率和最大磁導率 (μm)最高的5-79鉬坡莫合金，稱為超坡莫合金(Super-malloy)。1956年美國豪 (G.H.Howe)製成矩形回線的65Ni-2 Mo-Fe合金，磁導率很高,矯頑力很低,稱為Dynamax。Ni-Fe系合金因鎳含量不同而具有不同的磁性。圖1和圖2表示鎳含量對 Ni-Fe合金的飽和磁感(Bs)、居里溫度 (Tc)和起始磁導率的影響。Ni-Fe系軟磁合金品種多、用途廣；各國和各生產廠家都有自己的牌號。從1961年起,中國開始陸續生產具有各種性能的Ni-Fe軟磁合金。
Ni-Fe合金大致可分為以下幾類(典型磁性見表)：
高電阻率36Ni-Fe合金 電阻率約達75μΩ·cm，渦流損耗低、起始磁導率較低(2000～3000)且在低磁場下幾乎不變。34.5 Ni-Fe合金加入2%Mo，經壓下率90%以上的冷軋和退火，獲得二次再結晶織構（見擇優取向），可使飽和磁致伸縮降低，起始磁導率明顯提高 (55000)，電阻率也提高到90μΩ·cm，適於在中頻下套用。
高飽和磁感(45～60)Ni-Fe合金 飽和磁感約1.6T，起始磁導率較高(3000～6000)。通過約95%壓下率的冷軋和退火,得到二次再結晶織構，μ0可提高到10000。最常用的(47～50)Ni-Fe合金,磁場熱處理可使μ0和μm值進一步提高3～4倍。
高導磁(74～82)Ni－Fe合金 起始磁導率為30000～100000，最大磁導率可達100000～300000以上，矯頑力很低。退火後的冷卻速度對磁晶各向異性和磁導率有很大影響,這和有序轉變形成FeNi3有序結構有關。為了降低有序轉變速度和提高電阻率，常加入少量鉬、鉻和銅。鉬和鉻原子代替部分鐵原子,銅原子代替部分鎳原子,這些都可阻止FeNi3的形成，從而使熱處理操作簡化,以便增高磁導率。最常用的高導磁 Ni-Fe合金是4-79鉬坡莫合金，Mumetal(5%Cu,2.75%Cr和77%Ni或4%Mo,5%Cu和77%Ni)和含5%Mo的超坡莫合金。在高導磁Ni-Fe合金中加入2～3%Ti或3～7%Nb,形成極細的析出物,阻礙位錯運動,可提高硬度和耐磨性,並保持高磁導率，稱為硬坡莫合金，常用作磁頭材料。
高矩形比Ni－Fe合金 晶粒取向（增強磁晶各向異性）、磁場熱處理（感生單軸各向異性）和大形變數冷加工(引致滑移感生各向異性)都可使磁滯回線形狀改變，影響磁性。晶粒取向 50 Ni-Fe合金 (Deltamax和 Per-menorm 5000Z)是最重要的矩形回線材料。經95%壓下率的冷軋和1000～1200℃初次再結晶退火得{100}立方織構，其矩形比(Br/Bm)值很高。65Ni-Fe和65Ni-2.5Mo-Fe（Dynamax）合金經冷軋和退火後，再經磁場熱處理，其回線呈矩形，Br/Bm和μ 值很高，Hc值很低。合金中存在微量氧對磁場處理感生各向異性的形成有很大影響。因為氧可以阻止FeNi3長程有序結構的形成，有利於FeNi3原子對擇優地按某一方向排列。4-79鉬坡莫合金或Mumetal合金經磁場熱處理後也可以具有矩形回線。4-79鉬坡莫合金經大於93%的壓下率冷軋成薄帶或99%的壓縮比冷拉成細絲，所形成的滑移感生各向異性也可使磁滯回線變成矩形。
恆導磁Ni－Fe合金 特點是低磁場下的磁導率不隨磁場強度變化，磁滯回線呈斜形,剩磁很低。50Ni-Fe的Isoperm合金（有時加入少量銅或鋁）經90%以上的壓下率冷軋和1000℃退火，再經50%壓下率的冷軋，沿軋向磁化，回線為斜形，Br值很低，磁導率幾乎不隨磁場大小而變,即具有恆導磁性。65Ni-Fe合金(或加入1%Mn)、Perminvar型合金【(34～45)Ni-(25～29)Co－Fe或加入2～3%Mo和Nb】和79Ni-4Mo-Fe合金經橫向磁場熱處理後回線也呈斜形,磁導率更高而且恆定。含1%Mn的65Ni-Fe合金（中國牌號1J66）的磁導率穩恆性、溫度穩定性和有效磁導率等綜合性能最佳。
81Ni－2Mo－Fe合金壓粉磁芯 電阻率較高，可在300kHz頻率下使用，溫度穩定性好，但磁導率較低。
Ni-Fe軟磁合金通常以帶材形式使用。0.15～0.35mm厚的帶材主要用來製作使用頻率為 50～400Hz的疊片鐵芯；0.10～0.25mm厚的,主要製作使用頻率低於25kHz的卷繞切割鐵芯和卷繞鐵芯；0.003～0.025mm的極薄帶則可用於製造使用頻率高達500kHz的軸繞鐵芯（圖3）。
Ni-Fe合金的塑性很好,可軋成厚度為0.0025mm的超薄帶（見箔材軋制）或拉成直徑為0.01mm的細絲。
參考書目
R.M.Bozorth, Ferromagnetism,Nostrand,Princeton,N.J.,1951.
G.Y.Chin & J.H.Wernick, Soft Magnetic Metallic Materials in Ferromagnetic Materials,Vol.2,pp.57～188,North-Holland,Amsterdam,1980.
