坡莫合金简介

      最简单的坡莫合金是铁镍两种元素组成的合金，通过适当的轧制和热处理。

      它们能够具备高导磁率，同时也可以合理搭配铁和镍的含量，获得比较高的饱和磁感应强度。但是，这种坡莫合金的电阻率低，力学性能不好，所以实际应用并不很多。

      目前大量应用的坡莫合金是在铁镍的基础上添加一些其它元素，例如钼、铜等。添加这些元素的目的是增加材料的电阻率，以减小做成铁芯后的涡流损失。同时，添加元素也可以提高材料的硬度，这尤其有利于作为磁头等有磨损的应用。

     坡莫合金指铁镍合金，其含镍量的范围很广，在35%－90%之间。坡莫合金的最大特点是具有很高的弱磁场导磁率。它们的饱和磁感应强度一般在0.6--1.0T之间。

简史

       1913年美国人埃尔门(G.W.Elmen)发现，含镍量为30%～90%的Ni-Fe合金在弱、中磁场下具有良好的软磁特性，其中含镍78%的镍铁合金的起始磁导率μi最高，遂命名为坡莫合金(permalloy)，意即导磁合金。他还发现了进一步提高 50%～90%Ni-Fe合金起始磁导率的特殊热处理工艺，称为“坡莫合金热处理”。1921年78%Ni-Fe合金被用于电话继电器。1924年英国人史密斯(Smith)等发明了添加铜、铬的76%Ni-Fe合金，称为 “Mumetal”(英国Telcon公司生产)。1931年美国人延森(T.D.Yensen)发明了用真空熔炼和氢气高温退火的工艺，以净化合金，并发展了商品牌号为Hipernik的超级镍铁合金。1934年美国人凯萨尔(G.A.Kelsall)发现磁场热处理可明显提高铁镍合金的最大磁导率，65%Ni-Fe(65坡莫合金)经磁场热处理后，μmax提高约10倍。1947年美国人波佐思(R.M.Bozorth)等发明了μi和μm最高的合金，称超坡莫合金。60年代初，中国钢铁研究总院发明了用横向磁场处理和加适量氧气的方法，制得了Br和Hc接近于零，磁导率非常恒定的65%Ni- Fe合金(中国牌号1J66)。70年代以后，为适应高频开关电源和磁记录技术发展的需要，在含高镍的镍铁合金中加入铌、钽、钒、钨、钛、硅和铝等各种元素制得了高硬度、高电阻率、低损耗的高磁导率合金，成为软磁合金中性能类型最多，品种和用途最广，最具代表性的合金。

结构磁性

      坡莫合金是一种在较弱磁场下有较高的磁导率的铁镍合金，镍含量在30%以上的镍铁合金，在室温时都为单相的面心立方(γ)结构，但在30%Ni附近的单相结构很不稳定，因此实用的铁镍软磁合金，含镍量都在 36%以上。铁镍合金在含镍75%(原子分数)附近，在此单相合金中会发生Ni3Fe长程有序转变，这时合金的点阵常数和物理性质，如电阻率和磁性等都会发生变化。因此，要考虑有序转变对性能的影响。通常在Ni3Fe合金中加入少量Mo或Cu等附加元素，以抑制长程有序的生成。

分类性能

      坡莫合金按成分可分为35%～40%Ni-Fe合金、45%～50%Ni-Fe合金、50%～65%Ni-Fe合金和70%～81%Ni-Fe合金4大类。每一类都可做成具有圆形磁滞回线、矩形磁滞回线或扁平磁滞回线材料。

35%～40%

      在含镍35%～40%范围内，磁晶各向异性K1随镍含量增加而减小，并且方形比Br/Bs也变小，显示出圆形磁滞回线。这种圆形回线与高阻率(镍含量为 40%时，ρ=60μΩ.cm;而在48%时，ρ=45μΩ.cm)和细晶粒各向同性微结构相结合，导致较低的铁心损耗。例如厚度0.05mm的 40%Ni-Fe合金带，在0.1T和20kHz下的损耗为9瓦.千克-1;而48%Ni-Fe合金带的相应损耗为14瓦.千克-1.该类合金适用于方波变压器、直流变换器等。

      45%～50%

该成分范围内的合金具有坡莫合金中最高的饱和磁化强度，且K1>O，易磁化方向为。通过形成立方织构可得到矩形磁滞回线，用于磁放大器、扼流圈和变压器。也可通过形成二次再结晶的{210}织构，或借助初次再结晶形成细晶粒各向同性显微组织，得到圆形磁滞回线。这种合金具有高磁导率和低矫顽力，可用于电流变压器、接地故障断路器、微电机和继电器等。

      50%～65%

该成分范围内合金有最高的居里温度，饱和磁化强度也较高，且在有序状态K1≈O，因此磁场热处理效应特别明显，能产生很强的感生磁各向异性。低温(居里点以下约130℃)磁场热处理时，磁滞回线呈矩形，直流最大磁导率高，但动态特性较差;高温(居里点以下约60℃)磁场热处理时，回线的方形比有所下降，直流最大磁导率不高，但动态特性好。含镍约55%的镍铁合金(加2%钼)经高温退火，形成{210}织构或细晶粒二次再结晶组织，然后进行高温纵向磁场热处理，可显著提高μi和μm。具有细晶各向同性微结构的含镍65%的镍铁合金经纵向磁场热处理，可获得良好动态特性的矩形磁滞回线材料，适用于磁放大器。这种合金经横向磁场热处理，可得低Br扁平状回线，磁导率在一定的磁场强度范围内变化很小，被称为恒磁导率合金，适于做电感元件。

      70%～81%

该成分范围的坡莫合金具有最高的磁导率。虽然二元的镍铁合金中K1和λ不可能同时降为零，但在此成分范围内加入适量的合金化元素如钼、铬、铜等，再通过控制热处理的冷却速度，便可以使K1和λ同时趋近于零，从而获得很高的磁导率和很低的矫顽力。一般这种合金的μi可达40～60mH/m。1947年美国波佐思(R.M.Bozorth)等人用较纯的原材料，经真空熔炼并最终在纯净的氢气中于1200～1300℃高温退火，获得了μi和μm极高的 Ni79Mo5合金，称超坡莫合金。其μi可达150mH/m以上，μm可达1130mH/m。20世纪60年代末，日本的增本量等在78%Ni-Fe合金中加入铌、钽，以后又加入第四和第五种元素如钼、铬、钛、铝、锰等，获得了高硬度高磁导率的坡莫合金，其硬度Hv>200，称为硬坡莫合金。这类合金适用于做变压器、扼流圈、磁头、磁屏蔽等。此外，该类合金通过形成立方织构，其回线还可呈矩形;同时控制该合金的有序度，使K1≥O，则显示出良好的动态特性，它很适合于做磁调制器等。添加2%的80%～82%Ni-Fe合金粉末制作的压粉铁心，具有高的电阻和良好的稳定性，可在300Hz的频率下使用。