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关于软磁材料开路样品的矫顽力的测量

发布日期:2019-02-12 发布者: 浏览次数:615


       湖南省永逸科技有限公司在巴塞罗那自治大学陈笃行教的指导下,进行了大约两年的软磁材料开路样品直流磁特性测试设备的研究,经过数千个测试数据的考核,成功验证了FE-2100SD软磁直流螺线管圆柱样品退磁修正法、FE-2100SD3软磁材料B类磁导计法和FE-2100HC软磁材料矫顽力测试仪,并就铁磁圆柱直流磁性能标准样品测定方法、磁导计校正方法申请发明专利(申请号:201810169642.2)。湖南省永逸科技有限公司是目前唯一一家将3种测试方法进行统一的直流磁性能设备制造企业。

       在完成此项目的研究过程中,我们发现软磁开路样品测量中对材料的矫顽力Hc测量并非那么简单,参考GB/T 3656-83《电工纯铁磁性能测量方法》,GB/T 13888-92《在开路样品中测量磁性材料矫顽力的方法》(基本参考IEC 404-7)和GB/T 3656-2008《软磁材料矫顽力的抛移测量方法》均存在较大的问题,即采用标准规范进行软磁材料开路样品的矫顽力测量,可能会存在较大的负偏离,并随材料的长径比增加偏差减小,随材料的矫顽力增大长径比要求降低。

        就最新GB/T 3656-2008《软磁材料矫顽力的抛移测量方法》有以下两点是值得推敲的:

       1、试样制备:试样应为长条型,长宽(或直径)比小于10mm,薄板试样推荐尺寸为:长(200±0.3)mm,宽(20±0.2)mm,厚1mm~4mm,棒形试样推荐尺寸为:试样长200±0.2mm,直径10±0.2mm(即长径比γ=20),试样平直,截面积均匀,不得有明显的孔洞、毛刺和腐蚀等缺陷。

       2、结果表示:测量结果的有效位数应根据不确定度的评估结果确定。若测量符合本标准规定,矫顽力Hc的测量结果再现性以相对标准偏差表示为3%。

       我们选取两个矫顽力差异比较大的铁磁圆柱材料棒进行相关分析。

       样品一、Q235 钢,直径10mm



长径比γ

Hcj(A/m)

Hmax(A/m)

10.7

865

30000

19.2

908

30000

31.9

930

30000

53.0

940

30000




样品二、德国4015IL(Cr钢),直径8mm

长径比γ

Hcj(A/m)

Hmax(A/m)

12.5

144.1

24000

22.5

163.6

24000

37.5

171.9

24000

62.5

173.8

24000




      可以发现对于铁磁材料圆柱棒状样品测试已经超过了标准的要求,参考GB/T 13888-92(或IEC 404-7)测试准确度5%,4015IL材料也将超出。另外GB/T 13888-92附件提到:“具有高矫顽力的试样,长度比常常小于5:1。在这种情况下,采用在磁化时把若干段同样的材料靠在试样两端,使试样加长,有利于磁化到饱和。”实际对矫顽力较低的样品更应考虑采用这方法。

       采用标准B类磁导计测试棒状开路样品,矫顽力为正偏差,同时偏差与极靴材料的关联,采用DT4纯铁和1J50会存在差异。通过对磁导计进行校正,可以满足对开路样品的准确测量,这三种方法相辅相成,并可相互验证。

        近年的对器件测试Hc的要求越来越多,主要涉及继电器行业、电磁阀和燃油喷嘴等企业用户。意大利LE公司的的Coercimeter-03和日本理研的K-HC1000为世界范围内被大家认可的产品。 LE公司的Cr3参考IEC 404-07标准采用霍尔传感器测试饱和充磁后,进行反向退磁,直到杂散磁场降到零,读取此时的电流计算矫顽力;日本理研的K-HC1000通过对饱和充磁的样品施加不同的退磁磁场,并不断抛移测试感应线圈(或样品),测试磁通为零时对应的电流计算矫顽力,两种方法均可行,在霍尔传感器分辨率满足的条件下,前者测试连续性更好、数据更加准确,因此我们的FE-2100HC也采用了这样的方法来制作。磁通计法我们采用FE-2100SD来完成,即采用模拟冲击法测试开路样品的磁滞回线,完全计算机自动控制,减少人为或机械的操作误差。国内同行可能对GB/T 13888-92(或IEC404-07)标准不太了解,所以基本上都是采用GB/T 3656磁通法测量。所以我们有必要对这两种方法测试进行一次比较(样品长度100mm,直径8mm):




编号

测试方法

测试设备

测试材料

Hm(A/m

Hc(A/m

1#

磁通法

FE-2100SD

国产Cr17

24000

586.0

1#

磁强计法

FE-2100HC

国产Cr17

24000

585.0

2#

磁通法

FE-2100SD

4015IL

24000

144.10

2#

磁强计法

FE-2100HC

4015IL

24000

141.28




        经过1年多的对三种测试方法的课题研究,阶段性获得结论为:

       1、采用FE-2100SD螺线管退磁修正法,可以满足铁磁圆柱长样品的准确测量,矫顽力Hc精度可以控制在-1.0%的范围内,同时可满足磁化曲线和磁滞回线以及包括最大磁导率um、剩磁Br和饱和磁感应强度Bs的精确测量。

       2、采用FE-2100SD3配置B类磁导计,可以满足长度大于100mm,直径小于30mm,矫顽力大于100A/m的铁磁材料开路样品测量,矫顽力Hc精度可以控制在+3.0%范围内,同时可满足磁滞回线以及包括剩磁Br和饱和磁感应强度Bs的精确测量。

       3、采用FE-2100HC可以满足可以满足铁磁圆柱长样品的准确测量,矫顽力Hc精度可以控制在-1.0%的范围内,由于只测试Hc值,无退磁修正。

       4、对于异形器件的矫顽力Hc测量,基本上以上三种方法很难达到,除非材料的矫顽力已经超过数千A/m,如硬质合金材料,但这恰恰正是广大企业所急需的设备。如何解决是最关键的问题。

       我们在与众多的用户沟通中,以及不断的实验过程中,加工了一些非标的磁导计来对异形器件矫顽力进行测试,目前用户有:苏州聚昶精密五金机械有限公司、新会ABB、宁波万宝电器有限公司、宁波天龙股份有限公司、施耐德电气(上海)有限公司、上海大学材料学院和常州中晶电器厂。获得用户的好评,基本上解决了用户对加工器件的进厂合格检验,以及自己退火工艺的检验。


                                2019.1.9(用户测试样品按要求答疑总结)




贵公司样品采用FE-2100HC和FE-2100SD配置螺线管测试结果如下:

方法

1#

2#

3#

1#+3#

HC

① 67.23A/m

② 66.06A/m

① 45.64A/m

② 44.04A/m

① 66.06A/m

② 66.38A/m

76.17A/m

SD

简易搭接的磁导计无法满足单一样品的测量,取矫顽力基本一致的1#和3#样品采用磁导计法测试三次。

① 82.65 A/m

② 82.78 A/m

③ 82.39 A/m




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