關于軟磁材料開路樣品的矯頑力的測量
在完成此項目的研究過程中,我們發現軟磁開路樣品測量中對材料的矯頑力Hc測量并非那么簡單,參考GB/T 3656-83《電工純鐵磁性能測量方法》,GB/T 13888-92《在開路樣品中測量磁性材料矯頑力的方法》(基本參考IEC 404-7)和GB/T 3656-2008《軟磁材料矯頑力的拋移測量方法》均存在較大的問題,即采用標準規范進行軟磁材料開路樣品的矯頑力測量,可能會存在較大的負偏離,并隨材料的長徑比增加偏差減小,隨材料的矯頑力增大長徑比要求降低。
就*新GB/T 3656-2008《軟磁材料矯頑力的拋移測量方法》有以下兩點是值得推敲的:
1、試樣制備:試樣應為長條型,長寬(或直徑)比小于10mm,薄板試樣推薦尺寸為:長(200±0.3)mm,寬(20±0.2)mm,厚1mm~4mm,棒形試樣推薦尺寸為:試樣長200±0.2mm,直徑10±0.2mm(即長徑比γ=20),試樣平直,截面積均勻,不得有明顯的孔洞、毛刺和腐蝕等缺陷。
2、結果表示:測量結果的有效位數應根據不確定度的評估結果確定。若測量符合本標準規定,矯頑力Hc的測量結果再現性以相對標準偏差表示為3%。
我們選取兩個矯頑力差異比較大的鐵磁圓柱材料棒進行相關分析。
樣品一、Q235 鋼,直徑10mm
長徑比γ |
Hcj(A/m) |
Hmax(A/m) |
10.7 |
865 |
30000 |
19.2 |
908 |
30000 |
31.9 |
930 |
30000 |
53.0 |
940 |
30000 |
樣品二、德國4015IL(Cr鋼),直徑8mm
長徑比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 |
可以發現對于鐵磁材料圓柱棒狀樣品測試已經超過了標準的要求,參考GB/T 13888-92(或IEC 404-7)測試準確度5%,4015IL材料也將超出。另外GB/T 13888-92附件提到:“具有高矯頑力的試樣,長度比常常小于5:1。在這種情況下,采用在磁化時把若干段同樣的材料靠在試樣兩端,使試樣加長,有利于磁化到飽和。”實際對矯頑力較低的樣品更應考慮采用這方法。
采用標準B類磁導計測試棒狀開路樣品,矯頑力為正偏差,同時偏差與極靴材料的關聯,采用DT4純鐵和1J50會存在差異。通過對磁導計進行校正,可以滿足對開路樣品的準確測量,這三種方法相輔相成,并可相互驗證。
近年的對器件測試Hc的要求越來越多,主要涉及繼電器行業、電磁閥和燃油噴嘴等企業用戶。意大利LE公司的的Coercimeter-03和日本理研的K-HC1000為世界范圍內被大家認可的產品。 LE公司的Cr3參考IEC 404-07標準采用霍爾傳感器測試飽和充磁后,進行反向退磁,直到雜散磁場降到零,讀取此時的電流計算矯頑力;日本理研的K-HC1000通過對飽和充磁的樣品施加不同的退磁磁場,并不斷拋移測試感應線圈(或樣品),測試磁通為零時對應的電流計算矯頑力,兩種方法均可行,在霍爾傳感器分辨率滿足的條件下,前者測試連續性更好、數據更加準確,因此我們的FE-2100HC也采用了這樣的方法來制作。磁通計法我們采用FE-2100SD來完成,即采用模擬沖擊法測試開路樣品的磁滯回線,完全計算機自動控制,減少人為或機械的操作誤差。國內同行可能對GB/T 13888-92(或IEC404-07)標準不太了解,所以基本上都是采用GB/T 3656磁通法測量。所以我們有必要對這兩種方法測試進行一次比較(樣品長度100mm,直徑8mm):
編號 |
測試方法 |
測試設備 |
測試材料 |
Hm(A/m) |
Hc(A/m) |
1# |
磁通法 |
FE-2100SD |
國產Cr17 |
24000 |
586.0 |
1# |
磁強計法 |
FE-2100HC |
國產Cr17 |
24000 |
585.0 |
2# |
磁通法 |
FE-2100SD |
4015IL |
24000 |
144.10 |
2# |
磁強計法 |
FE-2100HC |
4015IL |
24000 |
141.28 |
說明:樣品是寧波精益軸業有限公司提供,不代表國產Cr17普遍性能這么差,只是購買到的產品差,國內有好的;但與德國材料比較還是有差距,矯頑力滿足要求,硬度和耐磨性有差距,材料行業需要努力!
經過1年多的對三種測試方法的課題研究,階段性獲得結論為:
1、采用FE-2100SD螺線管退磁修正法,可以滿足鐵磁圓柱長樣品的準確測量,矯頑力Hc精度可以控制在-1.0%的范圍內,同時可滿足磁化曲線和磁滯回線以及包括*大磁導率um、剩磁Br和飽和磁感應強度Bs的**測量。
2、采用FE-2100SD3配置B類磁導計,可以滿足長度大于100mm,直徑小于30mm,矯頑力大于100A/m的鐵磁材料開路樣品測量,矯頑力Hc精度可以控制在+3.0%范圍內,同時可滿足磁滯回線以及包括剩磁Br和飽和磁感應強度Bs的**測量。
3、采用FE-2100HC可以滿足可以滿足鐵磁圓柱長樣品的準確測量,矯頑力Hc精度可以控制在-1.0%的范圍內,由于只測試Hc值,無退磁修正。
4、對于異形器件的矯頑力Hc測量,基本上以上三種方法很難達到,除非材料的矯頑力已經超過數千A/m,如硬質合金材料,但這恰恰正是廣大企業所急需的設備。如何解決是*關鍵的問題。
我們在與眾多的用戶溝通中,以及不斷的實驗過程中,加工了一些非標的磁導計來對異形器件矯頑力進行測試,目前用戶有:蘇州聚昶精密五金機械有限公司、新會ABB、寧波萬寶電器有限公司、寧波天龍股份有限公司、施耐德電氣(上海)有限公司、上海大學材料學院和常州中晶電器廠。獲得用戶的好評,基本上解決了用戶對加工器件的進廠合格檢驗,以及自己退火工藝的檢驗。
2019.1.9(用戶測試樣品按要求答疑總結)
貴公司樣品采用FE-2100HC和FE-2100SD配置螺線管測試結果如下:
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 |
簡易達接的磁導計無法滿足單一樣品的測量,取矯頑力基本一致的1#和3#樣品采用磁導計法測試三次。 |
① 82.65 A/m ② 82.78 A/m ③ 82.39 A/m |