磁性能測量之金屬磁粉芯的磁特性測量

2021-01-15 湖南省永逸科技

新冠肺炎給我們一個漫長的假期,同時即使復工配套企業也不一定能順利配合,一切都慢下來!這也給企業更多的時間進行科研實驗。行業中金屬粉芯的測量一直叫得很火,下載一份《金屬磁粉心材料分類》(草案),參考IEC60404-6對其中提到的測試性能方法,利用現有設備進行測量,以加深對測試要求的理解!

一、直流磁化場下的磁特性測量(B-H基本磁化曲線,含初始磁導率和飽和磁通密度)

對粉芯材料的區分最重要的一個指標為初始磁導率,從標準中對鐵粉芯的牌號命名可直接鑑別,只是初始磁導率對應的Hi條件沒有給出。這項指標我們採用FE-2100SD1軟磁材料直流磁性能測量裝置測試就可以完成。例對一KH106-060鐵鎳粉芯,可選取選φ26.9mm×φ14.7mm×11.2mm的標準尺寸樣品,直流最大磁化場為Hm=16000A/m,起始點為Hi=16A/m進行測試初始磁化曲線見下圖:

取測試起始段H=8~120A/m,磁化曲線如下圖所示:

根據測試結果,標準是否能將Hi確定在30A/m-100A/m條件下,對應的ui值作為參考,便於大家統一。金屬粉芯直流磁特性參數,實際在美磁產品的介紹中,給出了更好的曲線圖:

如企業要對材料進行更全面的研究,還是建議將測試直流磁化場的儘可能加到足夠大,至少保證大於40kA/m,這樣基本上可以獲得材料的Bs值。同時使用粉芯材料的企業,也可通過測試較高直流磁化場條件下的磁化曲線(磁導率曲線),對粉芯的材料組分進行判斷。參考美磁樣品對三款不同組份的樣品(KS106-125AE、KF106-026R和KH106-060)進行較高直流磁化場條件下的磁化曲線(磁導率曲線),測試獲得的初始磁化曲線如下:

從測試結果上看,基本可以判斷材料的飽和磁感應強度Bs的大致範圍,同時後期材料可加直流偏磁場的範圍也可根據磁導率曲線一個直接的判斷。儘可能地去發揮設備的測試用途,不教條的為標準所限制,供應商儘可能為用戶企業提供更詳細的測試數據。

二、交流磁化場下的磁特性測量(B-H曲線、P-B損耗曲線和μ-f磁導率頻率特性曲線,含磁通密度Bm、功率損耗密度P和交流磁導率)

1、採用湖南省永逸科技有限公司的FE-2100M軟磁工頻BH儀,參考標準對材料進行工頻條件(f=50Hz)下磁通密度的測量,鎖定Hm=8000A/m樣品是鐵鎳粉芯KH1060-060,為φ26.9mm×φ14.7mm×11.2mm的標準尺寸,獲得Bm=0.4893T。

2、採用湖南省永逸科技有限公司的FE-2100SA軟磁高頻BH儀,參考標準對材料進行工頻條件(f=50kHz)下損耗的測量,鎖定Bm=100mT,樣品是鐵鎳粉芯KH1060-060,為φ26.9mm×φ14.7mm×11.2mm的標準尺寸,獲得Ps=346kW/m3。

同時對於鐵粉行業製造企業,更好的發揮設備的測試能力,我們也建議用戶參考美磁提供的測試數據,測試更多頻率、不同Bm條件下的損耗,當然美磁提供的損耗曲線可能是擬合曲線,並非實測。

1)、採用FE-2100SA,在f=50kHz,B=10-100 mT時的P-B損耗曲線:

2)、採用FE-2100SA,f=50kHz,B=10-100 mT時的B-H磁化曲線和μ-B磁導率曲線:

3)、採用FE-2100SA,鎖定B=50mT,改變測試頻率f=10-100kHz時的μ-f磁導率頻率特性曲線:

儘可能利用好設備測試獲得鐵粉芯材料更多的磁性能參數,總是有益的一項工作。  

三、交直流疊加下的磁導率測量

設備採用湖南省永逸科技有限公司的FE-2100SA軟磁交流BH儀和對FE-2100SD1電源部分進行直流程控恆流輸出(添加隔離電感),可完成對鐵鎳粉芯KH106-060樣品:φ26.9mm×φ14.7mm×11.2mm的標準尺寸,交直流疊加下的磁導率測量。

1、根據標準直流疊加場H=8000A/m,f=20kHz,B=5-50 mT時的磁導率曲線:

2、未疊加直流磁化場時的磁導率曲線:

3、磁導率在未疊加直流磁場或疊加不同的直流磁場時的變化如下:

4、選擇B=50mT,換算為百分比如下圖:

從而完成鐵粉芯交直流疊加下的磁導率考核的測量。對標準中提U=1V條件下的直流疊加性能測量,可能是受限於採用LCR表的測試方法,同時定義也是比較模糊的,可能會引起一些偏差。採用高頻軟磁交流磁性能測量裝置,添加直流偏置應該數據更準確和有溯源性,且適合對不同尺寸的樣品進行測試,更好地滿足用戶的需要。

新冠肺炎疫情是一次大災難!這次災難也表現出很多問題,他的影響也將是顛覆性的!中國作為磁性材料大國,目前熱衷於做標準和根據標準做設備,缺乏基礎和深入的學習和研究。湖南省永逸科技有限公司作為磁測量設備製造企業我們應該花更多的時間去測試、總結和推導,熟練掌握測試方法和原理,為磁測量的發展和進步貢獻綿薄的力量!

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