非晶软磁损耗研究

D0I:10.13374/j.issm1001-053x.1981.02.006 北京钢铁学院学报 1981年第2期 非晶软磁损耗研究 精密合金教研室杨国斌王双全 摘 要 本文对Fe.Co,aSi1。B1o,Fe4aNi4Pi4Bg,(Feo.Nig.36Coo.6s)7s Si。B1非晶在不同状态下的损耗进行了测量。并作了损耗分离，与1J,。(坡莫) 晶态合金的损耗数据进行对比。观察到℉e。Co,oSi1sB:o与1J,。损耗相比，非晶 的反常涡流损耗在总损耗中所占比例大几倍到十倍。Fe,Co,aSii。B1o和Fe4o Hi40P1:B。二种非晶磁场热处理对损耗影响效应相差很大（几倍到十倍）。在部 分淬态非晶样品中，观察到每周损耗随颜率变化在某一频段内出现反常下降现象。 对上述几种实验现象进行了解释 引 言 非晶软磁的电阻率比晶态的坡莫合金高三倍，并且具有低的矫顽力和低的磁各向异性， 因而磁滞损耗应当低。按涡流损耗正比于带厚的平方，反比于电阻率来估算，非晶的总损耗 应比硅钢低100倍，而实际测量的结果仅低2~10倍，与坡莫合金相近，甚至比坡莫合金的略 高。理论估算与实际测量结果相差如此之大的原因，目前尚未搞清楚。 对于这个问题近几年国内外许多作者曾做了一些研究和讨论，但看法不一，有些甚至相 互矛盾。一种看法认为非晶损耗比予计的大是由于粗大畴结构造成的。例如J,Shi1i如g估 算过非晶的畴尺寸比晶态的坡莫合金大几十倍。但是M.Blundell和C.Craham〔l)认为只 是用非晶畴结构粗大这一点不足以说明非晶损耗如此之大的原因。O'Handley(2)用宽的 Fe4。Ni4。B2。非晶带冲成环状片迭成试样，再加上一个垂直方向的磁场进行退火，改变畴壁 能密度，以获得细的寿结构，这样获得的损耗值是Fe,°Ni.oBzo非晶的最低值，在l0赫， 100高斯下的损耗=1.6瓦/公斤，不论是按C.P.Bean和R.Pry关系式m=1.628×(2告) 畴尺寸L与反常因子关系理论予测，还是按文献中的实验数据，受跨尺寸制约的反常涡流所 造成的损耗显然是非晶体损耗大的重要原因之一。 C.Craham,T.Egami〔3)认为，在研究非晶耗损高于予想值问题时，应对于畴壁钉扎 作用的大小与矫顽力予以注意。由于钉扎的作用，畴壁运动是变化的，微涡流大小不仅与脾 结构参数有关，也与畴壁运动速度及畴壁钉扎情况有关。 戴道生(4)，H.Fujimor等〔5)认为，由于非晶态亚稳特点，原子弛予现象所造成的磁 后效是非晶反常损耗的主要原因。这种观点的实验根据是：非晶导磁率的减落比晶态大得 多，结构和磁性稳定的非晶材料损耗低。如FesiB非晶比EeB非晶稳定，损耗也比FeB低 ◆本文1981年1月22日收到。 5

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年 第 期 非 晶 软 磁 损 耗 研 究 ’ 精 密合 金教研 室 杨 国斌 王 双全 摘 要 本 文 对 。 ， 。 ，。 ，。 ， ‘ 。 ‘ 。 ， ‘ 。 ， 。 。 。 。 。 。 ， 。 。 ， ‘ 非晶在 不 同状态下 的损 耗进行 了测遣 。 并作 了损耗 分 离 ， 与 。 坡 英 晶 态合 金 的损 耗数 据进行对 比 。 观 察到’ 。 。 。 。 与 ， 。 损耗 相 比 ， 非晶 的反 常涡 流 损 耗 在 总 损 耗 中所 占 比例 大几 倍 到 倍 。 。 。 ， 。 ，。 和 ‘ 。 ‘ 。 ‘ 。 二 种 非晶磁 场 热处理对 损耗 影 响效应 相 差很 大 几 倍 到十 倍 。 在 部 分 淬 态非 晶 样 品 中 ， 观 察 到每周 损耗 随 颇率 变化 在某一 须段 内出现 反 常下 降现 象 。 对 上 述 几 种 实验 现 象进行 了解释 引 吉口 非 晶 软磁 的 电阻 率 比 晶 态 的 坡莫 合 金高三 倍 ， 并且具 有低 的矫顽 力和低 的磁 各向异 性 ， 因 而磁滞 损耗 应 当低 。 按 涡流 损耗正 比于带 厚 的平方 ， 反 比于 电阻 率 来估 算 ， 非晶 的总损耗 应 比硅 钢低 倍 ， 而 实 际测 量 的 结果仅 低 一 倍 ， 与坡莫 合 金相 近 ， 甚 至 比坡 莫合 金的略 高 。 理论估算 与实际测 量 结果相差如此 之大的原 因 ， 目前尚未 搞清楚 。 对 于这个问题 近几年 国 内外许多作者 曾做 了一 些研 究 和 讨论 ， 但看 法不 一 ， 有些甚 至 相 互矛盾 。 一 种 看 法 认为非晶损耗 比予计 的 大是 由于粗大畴结构造成的 。 例 如 ， 佑 算过 非 晶 的畴 尺 寸 比 晶态 的坡 莫合 金大 几 十倍 。 但是 和 一〕认为只 是用 非 晶畴 结构 粗 大 这一 点不足 以 说 明非 晶损耗 如此 之 大的原因 。 了 烈 〕用 宽的 。 ‘ 。 。 非 晶带冲成环状 片迭 成试样 ， 再加 上一个垂 直方 向的磁 场 进 行 退 火 ， 改 变畴壁 能 密度 ， 以 获得 细 的 涛结构 ， 这样 获 得 的损耗 值 是 ‘ “ ‘ 。 。 非晶 的最 低 值 ， 在 赫 ， 一 一 ， ， 、 ， 一 、 人 。 。 。 、 ， 一 入 ‘ ‘ ” ” ” 高斯下 的损耗 二 “ 瓦 公斤 ， 不论是 按 “ “ “ 和 关 系式 二 ‘ “ “ “ ‘ 一 带 畴 尺寸 与反常 因 子关 系理 论予测 ， 还是 按文 献 中的实验数据 ， 受 畴尺 寸 制 约的反 常涡流所 造成的损耗显 然是 非 晶体损耗大的重 要原 因之一 。 ， 〕认为 ， 在研 究非 晶耗损高于予想 值 问题 时 ， 应 对 于畴 壁钉 扎 作用 的大小 与矫顽 力予 以 注意 。 由于钉 扎 的作用 ， 畴 壁运 动是 变化 的 ， 微 涡流大小不仅 与畴 结构参数 有关 ， 也 与畴壁运 动速度 及畴壁钉 扎情 况有关 。 戴道生 〔 〕 ， 等〔 〕认为 ， 由于 非晶态 亚稳特点 ， 原 子 弛予现 象所 造成的磁 后 效是 非晶 反 常损 耗 的 主 要原 因 。 这 种 观 点的实 验根据 是 非 晶导 磁 率 的减落 比晶态大得 多， 结构和磁 性 稳定 的非 晶 材料 损耗 低 。 如 非晶 比 非 晶 稳定 ， 损耗 也 比 低 本文 年 月 日 收到 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1981．02．006

〔6)，FeBCSi比FeBC稳定，损耗也低三倍(7)。但K,Arai(8)等人研究了Fe6Co,oSi1s B:非晶的损耗，并进行损耗分离，得出的结论是后效很小，涡流损耗占绝对优势，并测量 了不同温度下的导磁率减落，对FesCo7Si1sB:合金在70℃下的减落值最大，在180℃以 上未观察到减落。 本文对FesCo,Si1sB1。、Fe4oNi4oP14B。、(Feo.1Ni。.3sCog.55)7 eSi:B14 非晶在不同状态下的损耗进行了测量，并进行损耗分离，与1J,,晶态坡莫合金的损耗数据作 了对比，对结果进行了分析和讨论。 实验方法和样品制备 本实验所用样品是双辊法制备的非晶带，带厚30~40微米，宽为3~4毫米。选取样品约 ·2克，用Mgo涂层后卷成环状试样。磁损耗的测量是在海氏电桥上进行的。测试频率范围为 400~10千赫，磁感范围为1000~7000高斯。热处理是在氢气保护气氛下进行，以防氧化。 Fe,Co,oSi1。B:。的纵向热处理制度为：375℃，保温2小时，同时加直流磁场50奥。Fe4o Ni4。P1,B。的热处理制度为：325℃，保温2小时，加直流磁场50奥斯特 实验结果及讨论 1,损耗分离的根据： 在本实验条件下（强场、音频），显然Lgg公式已不再适用，因为该公式仅适用于高 频、弱场(B<100高斯。K.I.Arai〔8)曾在高频弱场下对FesCo,Si1sB:非晶损耗进行 分离，认为剩余损耗对所占比例很小。在本实验条件下，我们假定剩余损耗小，可以忽略不 计。这样总损耗主要由磁滞及涡流损耗两大部分组成，可用下式描述： P=nf+ξf2 (1) 式中门一磁滞损耗系数， ξ一涡流损耗系数。 实验得出的P/f~「曲线在一定频段下基本成线性关系，如图1所示。由这一事实出发， 依照(1)式，进行损耗分离。用作图的方法可以求出不同f和Bm下的n与专，根据P/f~f曲线 的直线部分，把f外推到零，得到的纵轴截矩即为直流损耗。在文献〔9)中，Bozorth指出 (1)式一般适用于强场(1000~15000高斯)低频(100赫芝以下)。然而，只要符合下述条 ,件，即是由于涡流的屏蔽效应引起样品中心与表层磁通的位相差不太大时，(1)式仍可适用。 因为在此条件下涡流损耗仍正比于B2,f。为了检验(1)式是否适用于本实验条件，我们计 算了非晶在10千赫下的趋肤深度。趋肤深度如下式计算： d=508V (米) (2) 式中 ds一一样品的趋肤深度，米， μ一导磁率，高/奥， p一样品的电阻率，欧姆·米。 Fe。Co,Si16B1的电阻率p=157微欧·厘米，4=203高/奥，f=10千赫。以此代入(2)式 经计算得到d,≈0.014/厘米，样品两边的趋趺深度为0.028毫米，即大体相当于样品的厚度 56

〔 〕 ， 比 稳定 ， 损耗也低三 倍〔 〕 。 但 〔 〕等人研究 了 。 。 ，。 非晶 的损耗 ， 并进 行损耗 分 离 ， 得 出的结论是 后 效很 小 ， 涡流损耗 占绝 对 优 势 ， 并测 量 了不 同温度下 的导磁 率减落 ， 对 。 。 了 。 。 。 合 金在 ℃下 的减 落值最 大 ， 在 。 ℃ 以 上未观察到减落 。 本 文对 。 。 。 ， 。 、 。 ‘ 。 ，‘ 。 、 。 。 。 。 。 ， 。 。 ‘ 非晶在不 同状 态下 的损耗 进 行 了测量 ， 并进 行损耗 分 离 ， 与 ， 。 晶态坡莫合 金的损耗数据作 了对 比 ， 对 结果进 行 了分析和 讨论 。 实验 方 法 和 样 品制备 本实验所 用样 品是 双辊法制 备的非 晶带 ， 带 厚 。 微米 ， 宽郁 毫米 。 选取样品约 克 ， 用 。 涂层后 卷成环状 试样 。 磁损耗 的测量是 在 海氏 电桥上进 行 的 。 测 试频率 范围为 。 千赫 ， 磁 感范围为 。 。 高斯 。 热处理是在氢 气保护 气氛 下进行 ， 以 防氧化 。 声 。 ， 。 。 ， 。 的纵 向热 处理 制度为 ℃ ， 保 温 小时 ， 同时加 直流 磁场 奥 。 ‘ 。 ‘ 。 ， ‘ 。 的热 处理 制度为 ℃ ， 保 温 小时 ， ’ 加 直流磁场 奥斯特 实验 结果 及 讨论 损耗分离 的根据 在本实验 条件 下 强场 、 音频 ， 显然 七 弓公 式 已 不 再适 用 ， 因 为 该公式 仅适用 于 高 频 ‘ 弱场 高斯 。 〔 曾在 高频弱 场下对 。 ， 。 ， 。 ， 。 非晶损 耗进 行 分 离 ， 认 为剩 余损 耗对所 占比例很小 。 在 本实验条件下 ， 我 们假定剩 余损 耗小 ， 可 以 忽 略不 计 。 这 样总损 耗主 要 由磁滞 及 涡流 损 耗两 大 部分组 成 ， 可用 下式 描述 月 七 式 中 月－ 磁滞 损耗系数 ， 七－ 涡流 损 耗系数 。 实验得 出的 曲线 在一定频 段 下基本 成线性关系 ， 如 图 所示 。 由这一事实出发 ， 依照 式 ， 进 行损耗 分 离 。 用 作图的方法可 以 求出不 同 和 二 下 的月与 七 ， 根据 曲线 的直线部分 ， 把 外推 到零 ， 得 到的纵轴截 矩即为直 流损耗 。 在 文 献 〔的 中 ， 。 指 出 式一般适 用 于 强场 高斯 低 频 赫芝 以 下 。 然而 ， 只要 符 合下述 条 件 ， 即 是由于 涡流 的屏蔽效应 引起样品 中心 与表层 磁通的位 相差不太大 时 ， 式仍可适用 。 因为在此 条件下 涡流 损耗 仍正 比 于 “ · “ 。 为了检验 式 是否适 用 于本实验条 件 ， 我们计 算了非晶在 千赫 下 的趋肤深度 。 趋肤 深度如 下式 计算 “ ” 丫 一 介 ‘米， 式 中 － 样 品的趋肤 深度 ， 米 件－ 导 磁率 ， 高 奥， － 样品 的 电阻率 ， 欧姆 · 米 。 。 。 。 ， 。 的 电阻 率 微 欧 一 厘 米 卜 高 奥， 千赫 。 以 此 代入 式 经计算 得到 、 厘米 ， 样 品两边 的趋 扶深度 为 毫米 ， 即大体相 当于样品 的厚 度

0.03毫米，本实验在10千赫以下，故(1)式还是适用的。 把(1)式中涡流损耗部分「2看作是由经典涡流损耗部份和反常涡流损耗部分组成。经 典涡流损耗可由下式计算： pe=2d:.BV·10-瓦/公斤 (3) 3pM ·用样品的密度v代入(3)式后可改写为： Pe=-2nd2.f2.Bm: 3pv 10-1瓦/公斤 (3)1 ；:式中：2d一一样品的片厚，厘米： 一频率，赫芝； p一电阻率，欧姆·厘米， v一样品密度，公斤/厘米3， Bm一最大磁感应强度，高斯。 这样，由测量得到的总损耗减去按(1)式分离出来的有效交流磁滞损耗n「，再减去按(3)'式 计算得到的经典涡流损耗，即得到反常涡流损耗。按上述方法分离的非晶及1J,合金在不同 f及Bm下的各种损耗的组分及其在总损耗中所占百分比列于表1中。 p/f 。5KG 瓦·秒/公厅 5KGs ×1]79 Fe,COtaSinB 。-1KGs 1K(s 2 10 1kHz 图1.Fe5Co,0Si15B:。(经375℃2小时磁场退火后) 与1J79合金的P/f~f曲线。 2.FesC0,。Si1sB1o与1J7g损耗之比校 ,由图1可以看出，非晶与1J,的P/f~[曲线变化趋势相类似。Bm在1KG,以下P/f~f曲 线呈线性关系，而在较高Bm及频率在1000赫芝以下曲线向下弯曲，在1000赫芝以上呈线性 关系。 在表1中，频率在100~10千赫范围内，非晶的经典涡流损耗在总损耗中所占比例较小， 其数值也较1J,。小得多。这是由于非晶电阻率比1J,g高得多所致。与1J,g相比，非晶的反常 涡流损耗在总损耗中所占比例较大。如在400~1000Hz范围内，Bm=5000高斯时，非晶的 反常涡流损耗所占比例比1J,0大一倍。而在4000~10千赫，Bm=2000高斯下，非晶反常涡 57

毫米 ， 本 实验在 千赫 以 下 ， 故 式还 是适用 的 。 把 式中涡流 损耗 部分 邑 ‘ 看 作是 由经典涡 流 损耗 部 份和反常涡流 损耗 部分组 成 。 经 典 涡流 损耗 可 由下 式计 算 ﹄ 了 ，产、 口哆、 兀 一 “ 一 · · 一 ’ 。 瓦 公 斤 用样品的密 度 。 代 入 式后可 改写 为 兀 么 一 一 “ · 一 ‘ 。 瓦 公 斤 式 中 － 样 品 的片厚 ， 厘 米 － 频 率 ， 赫 芝， － 电阻 率 ， 欧姆 厘 米， － 样品密度 ， 公斤 厘 米 “ － 最 大磁感应 强度 ， 高斯 。 这样 ， 由测量得 到的总损 耗 减去按 式分 离出来 的有效交 流磁 滞损耗 月 ， 再减去按 产 式 计算得到的经 典涡 流 损耗 ， 即得 到反常涡 流损耗 。 按上述方 法分 离的 非晶 及 ， 。 合 金在不 同 及 下 的 各种 损 耗的组 分及 其在 总损耗 中所 占百分 比列 于表 中 。 丈 呢 凡 、 匕七二匕匕二二二二‘ 一 一 ， ‘ ” 图 ‘ 仔 匕 主 ， 。 ， 。 ， 。 经 ℃ 小 时磁 场 退 火后 与 合 金 的 曲线 。 。 ， ， ， 。 与 。 摄耗之 比 较 由图 可 以 看 出 ， 非 晶 与 ， 。 的 曲线变 化趋 势相 类似 。 在 以 下 曲 线里线性关系 ， 而在较 高 。 及频 率在 赫芝 以 下 曲线 向 下弯 曲 ， 在 赫 芝 以 上 呈线性 关系 。 在 表 中 ， 倾率在沈 一 千赫 范 围 内 ， 非晶 的经典 涡流 损 耗在 总损 耗中所 占比例较小 ， 其数值也较 。 小得 多 。 这 是 由于 非 晶 电阻 率 比 ， 。 高得 多所 致 。 与 ， 。 相 比 ， 非 晶的反常 涡流 损耗在 总 损 耗 中所 占比例 较 大 。 如 在 一 范 围 内 ， 高斯时 ， 非 晶 的 反常涡流损 耗所 占比 例 比 。 大一 倍 。 而在 一 千赫 ， 。 高 斯下 ， 非 晶反常 涡

表1 1J,。与FeCo7Si16B1o损耗之比较 频率 Bm=2000高斯 Bm=5000高斯 损耗项 赫芝 1J79 FesCo7oSi16B10 1J79 FepCo7oSi16BIo 400 P 0.049 0.10 0.22 0.37 Pn 0.04 0.08 0.19 0.28 Vh 85.1 80.4 85.5 76 Ve 7.57 0.76 10 1.3 Ve! 6.04 17 4.8 21.8 1000 P 0.15 0.32 0.72 1.3 Pn 0.10 0.21 0.47 0.71 Vh 66.7 64 65.3 56 ve 14.8 1.5 19.3 2.4 Ve! 11.9 33.7 9.7 40 山44 4000 P 1.0 2.6 4.9 10 Pn 0.64 0.92 2.4 ,6.3 Vh 62.4 35.7 49.8 59.8 Ve 34.9 3.0 45.5 4.65 4.0 55.9 3.6 36.5 10000 P 4.0 11 21 43 Pn 1.6 2.3 6.1 16 Vn 39.5 20.7 28.6 36.9 ve 55.1 4.4 65.3 7.2 Vel 6.95 81 5.2 56 注： P一总比损耗，瓦/公斤， v一一一磁滞摄耗占百分比，%， P。—磁滞损耗，瓦/公斤， V。一经典涡流损耗占百分比，% ve'一反常报耗占百分比，%。 流损耗所占比例比1J,大五倍左右，Bm=5000高斯下，则大10倍左右。 非晶的反常涡流损耗在总损耗中所占比例比晶态软磁大得多的原因，看来与非晶具有粗 大畴结构有关。JW,Shilling1。研究退火样品的磁畴尺寸后指出，退火非晶的畴尺寸比 晶态大几十倍。但应当说明，非晶大的畴尺寸随频率之增加迅速碎化，一般在1000赫芝以下 是非常粗大畴急剧变化的频段。而Fe。Co,。Si1sB,大的反常涡流损耗是在高频段下显示 出来的。我们认为在所分离出的反常涡流损耗中还包括由磁后效引起的损耗。由于非晶态亚 稳的特点，原子弛予所产生的磁后效比晶态软磁大得多。 8。磁场热处理对二种非晶损耗影响之比较 Fe。Co,Si1sB1。和Fe4。Ni4,P14B。淬态及经磁场处理后的损耗值如表2、表3所示。 由表中可以明显地看出，在淬态下Fe4Ni4oP,4B。的损耗均比Fe,Co,。SiteB:o高，特别 58

表 ， 。 与 。 ， 。 。 。 损耗之 比较 频 高斯 高斯 损 耗项 赫 芝 贵 乙 … … … 。 。 ， 。 。 ， 通 任通 一 厅续八才月 自厅‘ … 甘叹﹄ 七八，上 ‘ ‘ 一 一乙﹄一 一 一…… ﹄ 一匕︸八八‘ 一曰匕八丹占 一 一一一 一一 一 一 注 － 总比损耗 ， 天 公 斤 ， 。 － 磁 滞损耗 ， 双 公 斤 。 － 磁 滞棋耗 占百分 比 ， ， － 经 典 涡流 扳耗 占百 分 比 ， ， 产 － 反 常根 耗 占百分 比 ， 。 流 损耗所 占比例 比 ， 。 大五倍左右 ， 。 高斯 下 ， 则 大 倍左右 。 非晶 的反常涡流损 耗在 总损耗中所 占比例 比 晶态 软 磁 大得 多的原因 ， 看来与非晶具 有粗 大畴结构有关 。 · 毛 〔 ’ 。 研 究 退 火样品的磁畴尺 寸后指 出 ， 退火 非 晶的畴尺 寸 比 晶态大几 十倍 。 但应 当说 明 ， 非 晶大的畴尺 寸随频率 之增加 迅速碎化 ， 一般在 。 赫 芝 以 下 是非常粗大畴 急剧 变 化 的频段 。 而 。 工 。 ， 。 大的反 常 涡流损 耗是在 高频段下显示 出来的 。 我们认为在所分 离出的反 常 涡流 损 耗 中还 包括 由磁后 效 引起 的损耗 。 由于 非 晶态亚 稳 的特点 ， 原 子 弛予所产生 的磁后效 比 晶态 软磁大 得多 。 磁 场热处 理对二种 非昌 损耗影 晌 之 比较 。 。 ， 。 ， 。 ， 。 和 ‘ 。 ‘ 。 ‘ 。 淬态 及经磁场 处理后 的损 耗值如 表 、 表 所 示 。 由表 中可 以 明显地看 出 ， 在淬态 下 ‘ 。 ‘ 。 。 的损 耗 均 比 。 ， 。 。 。 高 ， 特 别

表2 二种淬火态非晶损耗比较 频率 损 耗 瓦/公斤 成 分 赫芝 1000高斯 3000高斯 7000高斯 400 FecoNisoPiBa 0.19 1.3 23 FesCooSi1sBIo 0.07 0.36 2.1 800 FesoNi.oP.B。 0.55 3.3 59 FesCo7oSiisBIo 0.16 0.88 42 2000 FesoNisoP1Ba 1.5 10 176 FepCoroSi1eBIo 0.5 2.7 11 10000 FesoNisoP:4Ba 11 70 805 FesCo7oSi16BIo 3.7 20 75 表3 二种经磁场热处理后非晶的损耗 频率 损耗 瓦/公斤 成 分 赫芝 1000高斯 ,3000高斯 7000高斯 400 FesoNiaoP:.Ba 0.04 0.23 1.7 Fe Co7oSi1sBio 0.05 0.3 1.3 800 Fe4oNi4 oP:B。 0.1 0.55 4.7 FeCo7oSi1sBio 0.14 0.89 3.4 2000 FesoNisoP:.Be 0.31 1.8 8.8 FesCoroSiisBIo 0.63 3.6 13 10000 FesoNisoP:4Ba 2.2 15 56 FesCooSiIsB1o 9.6 37 121 是在较高频率和较高磁感下更高。例如在10千赫，7000高斯下高一个数量级。而经磁场处理 后，则恰恰相反。FesCo,oSi,sB:o损耗反而高。在较高频段及较高磁感下FesCo,,Si1 B:损耗比Fe4Ni,。P:B。高2~3倍。就是说这两种非晶的磁场热处理降低损耗的效应有 很大差别。例如Fe4Ni,。P:B。在较高频率和较高磁感下淬态非晶经磁场热处理之后其损 耗可降低一个数量级。而淬态的Fe。Co,。Si16B:经磁场热处理后其损耗改善不大，在较 高频段及较高磁感下损耗甚至升高。如何解释这种现象呢？FsCo,oSi16B:o非晶存在热 处理后磁牲恶化现象，磁牲恶化包括直流磁特牲和损耗。如表4所示的FesCo,。Si1。B:淬 态非晶经氢气热处理(3？5℃，保温2小时)及磁场处理后损耗的比较，可以看出经热处理后 损耗比谇态略有上升，而经磁场热处理的损耗比热处理后的略低。说明这种恶化后的磁性不 是磁场热处理可以挽回的。磁性恶化的原因尚不清楚。最近文献中有报导Co基非晶热处理 后急冷，可以大大改善直流磁特性，这种工艺是否可以改善损耗值得研究。 59

表 二种淬火态非晶损耗比较 频 率 损 耗 瓦 公斤 戍 分 一 一 － 一 一下 － 赫 芝 高斯 高斯 高斯 丹 丹八 … 王户 ‘ 。 ‘ 一‘ 。 “八 行口了 二甘 。 。 ， 。 一。 ‘ 。 。 一‘ 。 ， 。 八 一司 尸︵ 一廿口代月 月止 玉丫 厅‘了 曰︸ ‘ 。 ‘ 。 ， ‘ 。 ， 。 。 ， 。 ‘ ‘ ‘ 。 。 。 。 。 表 二种 经磁场热 处理后 非 晶的损耗 频 率 赫 芝 损 耗 瓦 公 斤 高斯 高斯 ‘ ‘ 。 。 。 ， 。 。 ‘ ‘ ‘ ︸︸ 。 ， 。 ， 。 。 ‘ 。 ‘ 。 ‘ 。 。 。 。 。 侧 ‘ 。 ‘ 。 ‘ 。 几 氏了 。 。 是在较高频率 和 较 高磁 感下 更高 。 例如 在 千 赫 ， 高斯下 高一个数量级 。 而 经 磁场处理 后 ， 则恰恰相反 。 。 ， 。 。 ， 。 损耗反 而高 。 在 较 高频段 及较 高磁 感下 。 ， 。 。 ， 。 损耗 比 ‘ 。 ‘ 。 ， ‘ 。 高 倍 。 就 是说这 两种 非 晶 的 磁场 热 处理 降低 损耗的效应有 很大差 别 。 例如 ‘ 。 ‘ 。 。 在 较 高频 率 和 较 高磁 感 下淬态非 晶 经磁场 热 处理 之后其损 耗可降 低一 个数 量级 。 而 淬态 的 。 ， 。 ‘ 。 经磁场热 处 理后 其 损耗 改 善不大 ， 在较 高频段 及较 高 磁感 下损 耗甚 至 升 高 。 如何解释这种 现 象呢 。灯 。 ， 。 。 ， 。 非 晶存在热 处理 后磁牲恶 化现象 ， 磁 牲恶 化包 括 直流 磁特 牲和 损 耗 。 如表 理所 示 的 。 。 ， 。 。 。 淬 态 非晶经 氢 气热 处理 ℃ ， 保 温 小 时 及磁场 处理后损 耗的 比较 ， 可 以 看 出经热处理后 损耗比淬态 略有 上 升 ， 而 经磁 场热 处理 的损 耗 比热 处理后 的略低 。 说 明这种恶 化后 的磁性不 是磁场热处理可 以 挽 回 的 。 磁 性恶 化 的原 因 尚不 清楚 。 最近 文 献 中有报导 。 基非 晶热处理 后急冷 ， 可 以大 大 改善 直流磁特性 ， 这种 工 艺是 否可 以 改 善损耗值得 研 究

表4 Fe,Co,Si15B1o三种状态损耗比较 频率 损耗 瓦/公斤 状 态 赫芝 1000高斯 3000高斯 7000高斯 400 淬 态 0.07 0.36 2.1 热处 理 0.20 0.50 2.6 磁场 热处 理 0.05 0.30 1.3 800 淬 态 0.16 0.88 4.2 热处 理 0.30 ·1.4 5.9 磁场 热处 理 0.14 0.89 3.4 2000 淬 态 0.50 2.7 11 热处理 0.90 4.6 16 磁 场 热 处 理 0.63 3.6 13 10000 淬 态 3.7 20 75 热处理 6.4 40 1.2×102 磁 场 热 处 理 9.6 37 1.2×102 按磁场热处理机理的N-T-Y模型，单轴感生各向异性K。与X2(1一X)2成正比，其中X 代表元素浓度。当X为0.5左右时K。大，而Co基非晶(Fe1-xCox),Si6B:o中当X=0.93时 为F。Co,Si16B1o。故Fe4 oNiaoP1B,较Fe;Co7Si1B1。有较大磁场热处理效应与 Fe-Ni,Fe-Co原子浓度比有关。 另外，金属磁性材料中磁场热处理效应的一个重要条件是居里点的高低。居里点高的合 金磁场热处理效应大。因为F高，可在较高温度下进行磁场热处理，易于形成原子对的有序 排列。Fe,Co,Si15B1o的Tc=430℃，而Fe4oNi4oP1,B,的Tc=292℃，但磁场热处理效 应却恰恰相反。看来在非晶中磁场热处理的效应，T℃已不再是重要因素了。因为非晶处于亚 稳原状态，在温度相当低的情况下，便可发生由原子位移造成的结构弛予。与K有关的近邻 子对取向排列的激活能很低。(Fe、Co、Ni)SiB系的Ku激活能为l.2电子伏特I5'。甚 至在室温下，由于热激活就可能有相当大的原子迁移产生方向有序几率。这一点可以看作是 非晶磁场热处理效应条件与晶态软磁主要区别。 4,淬态非晶损耗的反常现象 在部分淬态非晶样品中，测量得到的P/f曲线在某一频段内存在随频率增加P/下降 的现象。如图2所示。郭贻诚1和Blu ndell11也曾观察到这种反常现象。是什么原因造 成这种反常，未见文献中有过解释。我们曾用粉纹法观察淬态Fe。B2等非晶的畴结构，淬 态非晶一般存在三种基本畴结构：一是细的迷宫畴，它标志着受压应力区，磁化矢量与带面 相垂直，另一种是状态畴，磁化矢量平行带面。在外场沿带轴磁化过程中既存在条状畴的壁 移过程也有另外二种畴的转动过程，一般说来转动磁化过程的损耗是较小的，在定磁感下转 动磁化过程和壁移磁化过程对磁化贡献的比例对于总损耗大小有不可忽略的影响。在交变磁 化条件下，涡流阻尼随频率增高，畴壁往返振动的振幅下降，壁移过程对磁化的贡献下降。 这就是造成总损耗下降的原因。 60

表 。 。 ， 。 三 种状态 损耗比较 气龙于资 兰 二暑嵘 二 … 一 一 ” ” ” 戈土赞且币 … 淬 态 ” · ” · “ … 热 处 理 ” · · ’ 一一一 琶 场 热 处 臀 …一 · 芝一…一 兰 ‘ 一 一 竺 一 一 ‘ 泽 态 “ · “ 热 处 理 “ · 魂 ‘ · ‘ ‘ 一一一止二生竺二望匕邑… ” · “ … ‘ · “ ’ 按磁场热 处理机理 的 一 一 模 型 ， 单轴感生 各 向异 性 。 与 一 成正 比 ， 其 中 代表元素浓度 。 当 为 左右时 。 大 ， 而 基非 晶 一 ， 。 。 。 中当 时 为 。 。 。 。 。 故 ‘ 。 ‘ 。 ， ‘ 。 较 。 。 ，。 ，。 有较大磁 场热 处 理效应 与 一 ， 一 原 子浓度 比有关 。 另外 ， 金属磁 性材料 中磁场热 处理 效应 的一个重 要条件是居 里点 的高低 。 居里点高的合 金磁场热 处理效应大 。 因 为 高 ， 可 在较高温度下进行磁 场热处理 ， 易于形 成原 子对 的有序 排列 。 。 ， 。 。 。 的 ℃ ， 而 ‘ 。 ‘ 。 ‘ 的 ℃ ， 但磁场热 处理 效 应却恰恰相反 。 看来在非 晶 中磁场热 处理 的效应 ， 已不再是重 要因 素了 。 因为非 晶处于亚 稳原状 态 ， 在 温度相 当低 的情 况下 ， 便可 发生 由原 子位 移造 成 的结构弛予 。 与 。 有关的近 邻 子对取 向排列 的激 活能 很 低 。 、 。 、 系 的 。 激活 能 为 艺电子伏特 ‘ 。 甚 至 在室 温下 ， 由于热 激活 就 可 能 有相 当大 的原 子迁 移产生方 向有序几率 。 这一 点可 以 看作是 非晶磁场热处理效应 条件 与晶态软 磁主 要区 别 。 淬态非 肠 损耗的反常现 象 在部分淬态非晶样 品 中 ， 测 量得 到 的 曲线 在某 一频 段 内存在随频率增加 下降 的现象 。 如 图 所 示 。 郭 贻诚 【 ‘ ’ 和 「‘ 也 曾观 察到这 种反 常现 象 。 是什么原 因造 成这种 反 常 ， 未见文献 中有过解 释 。 我 们 曾用 粉纹 法观察淬态 。 。 。 等非 晶 的畴结构 ， 淬 态非晶一般存在三 种 基本畴 结构 一 是细 的迷 宫畴 ， 它标志 着 受压应 力区 ， 磁 化矢 量 与带 面 相 垂直， 另一种 是状 态畴 ， 磁 化矢 量平 行带 面 。 在 外场 沿带 轴磁 化过程 中既 存在 条状 畴的 壁 移过程 也有另外二种 畴的 转动过程 ， 一般 说 来转 动磁 化过程的 损耗是较小的 ， 在 定磁感下 转 动磁化过程 和壁 移磁 化过 程对磁 化贡献 的 比例对于 总损 耗大 小有不可忽 略的影 响 。 在 交 变磁 化条件下 ， 涡 流阻 尼 随频率增 高 ， 畴壁往 返振 劝的 振幅下降 ， 壁 移过 程对磁 化的 贡 献下 降 。 这就是造 成总损 耗下降的 原因

p/f 瓦·秒/公斤 B=4000Gs 2 淬态 磁场热处理后 6 fkHz 国2F©C0,SiB,淬态及磁场热处理态的-~「曲线 5.交直流碰场热处理对非晶损耗的影响· C.Craham与T.Egami认为在考查非晶损耗时，畴壁钉扎作用应给以注意。我们在实 验中发现采用交流磁场热处理方法，可以显著改善初始导磁率和矫顽力，因而可以推断交流 磁场热处理可以改善畴壁钉扎状态。我们测量了经375℃，保温2小时，加交流磁场(50赫 芝，50奥斯)处理后的FeCo,oSi1B1的损耗，并与直流磁场热处理后的损耗作了比较， 如表所示。由表中看出，两种磁场热处理方法所得到的损耗很接近。实验结果似乎说明改 变钉轧状态对损耗影响不大。这当然还需要用磁场热处理效应大的非晶作进一步的研究。 表5 FesCo,。Si!,B,经交直流磁场热处理后损耗值 频率 损耗 瓦/公斤 状 态 赫芝 1000高斯 3000高斯 7000高斯 400 直 流 磁 场 0.05 0.3 1.3 交流 磁场 0.06 0.34 1.2 800 直 流 磁 场 0.14 0.89 3.4 交 流磁 场 0.17 1.0 3.1 2000 直 流磁场 0.63 3.6 13 交 流 磁场 0.64 4.0 12 10000 直流磁场 9.6 37 1.2×102 交流滋场 9.4 40 1.1×102 61

瓦 · 秒 公 斤 二 ， 痴，砰 ‘ 、 二 ， 图 比 “ 七 。 ， 。 拍 ‘ “ 比 。 浮 态 及 磁 场 热 处 理 态二的 一 曲 线 交直 流磁 场热处 理对非 晶 损耗 的影晌 ‘ 与 认 为在 考 查 非晶损 耗时 ， 畴 壁钉 扎 作用 应 给 以 注 意 。 我们在实 验中发 现采 用 交 流磁场热 处理方 法 ， 可 以 显著 改善初始 导磁率 和 矫顽 力 ， 因 而可 以推 断交流 磁场热 处理 可 以改 善畴壁钉 扎状 态 。 我 们测 量 了经 ℃ ， 保温 小 时 ， 加 交 流 磁场 赫 芝 ， 奥斯 处理 后 的 。 ， 。 ， 。 ， 。 的损 耗 ， 并 与直 流磁场 热 处理 后 的损耗作了比较 ， 如表 艺所示 。 由表 中看 出 ， 两种 磁场热 处理方 法所 得 到 的 损 耗很接近 。 实 验 结果 似 乎说 明改 变钉 轧状 态对 损 耗影 响不 大 。 这 当然还需 要用磁场 热 处 理效 应 大 的非 晶作进 一 步 的研 究 。 表 。 。 。 经 交 直流磁 场热 处理后 损 耗值 频 率 损 耗 瓦 公斤 状 赫 芝 高斯 高斯 高斯 交直 流 磁 场 八 民匕甲任内通月 交直 流 磁 场 交直 流 磁 场 直交 流 磁 场 空 火

参考文献 1.M.Blundell,J.A ppl.Phys.50 (1979)1598. 2.R.O/Handley.IEEE Trans Mag 15 (1979)970. 3.C.Craham and T.Egami.J.MMM 15-18 (1980)1325. 4,戴道生、非晶损耗的研究(1979年全国第四届磁学会议报告) 5.H.Fujimor zrd Rapidlv Quenched Metals 2.232. 6.R.Hasegawa.J.Appl.Phys.50 (79)3603. 7.M.Milera.J.Appl.Phys.50 (79)7609. 8.K.I.A rai and Masumo to,IEEE Trans. Mag-12.6.197e-P939 9.R.M.Bozorth.Ferromagnetism (1951) 10.J.W.Shilling Magnetism and Magnetic Matarials.1975.P222 11.郭贻诚：非晶损耗的研究 (1979年全国第四届磁学会报告) 62

参考文献 日 ， 尸 ， 一 二 绝道生 、 非晶损耗的研 究 年全 国第四 届磁学会议报告 ， 一 ， 他 一 厂 郭贻诚 非 晶损 耗的研 究 年全 国第 四 届磁学会报告 心