影响非晶纳米晶材料磁滞损耗的因素
2025-01-08 09:59:48
一、化学成分与合金配比
1、合金元素种类:
不同的合金元素对非晶纳米晶材料的磁滞损耗影响各异。如在铁基非晶纳米晶材料中,添加钴元素可降低磁晶各向异性常数,使磁畴壁移动更易,从而减少磁滞损耗;而添加某些稀土元素可能会增加矫顽力,导致磁滞损耗增大 。
2、合金元素含量:
合金元素的含量也至关重要。合理的含量配比能优化材料的磁性能,降低磁滞损耗。例如,当硼含量在一定范围内增加时,非晶形成能力增强,可获得更均匀的非晶结构,有利于减小磁滞损耗。
二、微观结构特性
1、非晶相和纳米晶相的比例:
非晶纳米晶材料由非晶相和纳米晶相组成。非晶相能提供相对均匀的介质,利于磁畴壁移动;纳米晶相的尺寸和分布影响磁滞损耗,当纳米晶尺寸较小且分布均匀时,晶界对磁畴壁的钉扎作用适中,既能保证一定磁导率,又可降低磁滞损耗 。
2、晶界特性:
纳米晶材料中晶界结构和性质影响显著。晶界处原子排列混乱、能量高,在交变磁场中可作为磁畴壁的钉扎中心。若晶界结构清晰、干净,无过多杂质或缺陷,磁畴壁在晶界处的钉扎和脱钉过程顺畅,磁滞损耗降低;反之则会增大磁滞损耗 。
三、制备工艺与退火处理
1、制备工艺:
不同制备工艺会使材料初始结构不同,进而影响磁滞损耗。如快速凝固法制备非晶材料时,冷却速度不够快会形成部分晶态结构,增加磁滞损耗;机械合金化法中的球磨参数,如球磨时间、球料比等,也会影响材料微观结构和磁滞损耗 。
2、退火处理:
退火处理是调节非晶纳米晶材料性能的重要手段。适当退火可使非晶材料中形成纳米晶,并通过控制退火温度、时间和气氛等条件,优化纳米晶的尺寸、分布和晶界结构,从而降低磁滞损耗。但退火条件不当,如温度过高或时间过长,会导致纳米晶过度生长、晶界粗化等问题,反而增加磁滞损耗 。
四、外部环境因素
1、温度:
温度变化会影响非晶纳米晶材料的磁性能和磁滞损耗。一般而言,温度升高,材料的磁导率会降低,矫顽力也会发生变化,进而影响磁滞损耗。在高温环境下,磁畴壁的运动更加容易,但同时也可能导致材料内部结构的变化,从而对磁滞损耗产生复杂的影响 。
2、应力:
材料受到的应力会改变其内部的微观结构和磁畴结构,进而影响磁滞损耗。例如,在制备过程中产生的残余应力或在使用过程中受到的外部应力,都可能使磁畴壁的移动受到阻碍或促进,从而使磁滞损耗增加或减小 。
五、磁场特性
1、磁场强度:
当磁场强度较小时,磁畴壁的移动相对较小,磁滞损耗也较小;随着磁场强度的增加,磁畴壁的移动加剧,磁滞损耗逐渐增大,直至材料达到饱和磁化状态,此时磁滞损耗达到一个相对稳定的值。
2、磁场频率:
在低频磁场下,磁畴壁有足够的时间跟随磁场的变化而移动,磁滞损耗相对较小;随着磁场频率的升高,磁畴壁的移动跟不上磁场的快速变化,磁滞损耗会显著增加 。