软磁合金种类繁多,根据组成合金的元素不同可分为电磁纯铁(工业纯铁)、铁硅合金、铁镍合金、铁铝合金、铁硅铝合金及铁钴合金等。若以合金的磁特性不同又可分为高磁饱和合金、高磁导率合金、高矩形比合金、电工钢、恒导磁率合金、高△B合金、耐蚀软磁合金和热磁补偿合金等。如果按合金的内部结构可分为结晶态软磁合金、非晶态软磁合金和纳米晶软磁合金。表1列出几种主要软磁合金的性能。
电磁纯铁碳含量低于0.04%的铁和软钢,包括电工纯铁、电介铁和羰基铁。特点是饱和磁化强度高达2.15T,价格低廉,加工性能好等;但电阻率低,交变磁场下使用时涡流损耗大,只适于在静态下使用。主要用于作电磁铁心、极靴、继电器和扬声器的磁导体以及磁屏蔽罩等。
铁硅合金 含硅量为0.5%~4.8%的铁硅合金,一般以薄板形式生产,包括热轧硅钢,无取向冷轧硅钢和取向冷轧硅钢等。在铁中加入硅后可消除纯铁严重的磁时效现象,随着硅含量的增加,虽然磁饱和(饱和磁化强度)下降,但其电阻率和磁导率升高,矫顽力和涡流损耗减小,从而可扩大其在交流领域中的应用。由于价格低廉,已成为软磁合金的主导产品,广泛用于电力工业、机械电子和仪表工业作变压器、功率放大器、电感线圈、电机的定子和转子等。通常,将电磁纯铁和硅钢片统称为电工钢。
铁铝合金铝含量为6%~16%的铁铝合金,具有较好的软磁性能,不但磁导率和电阻率高,而且硬度高、耐磨性好。但性质较脆,难于轧制和冲压,使用受到影响。该合金主要用于磁头铁心和小型变压器、磁放大器、继电器的铁心等。
铁硅铝合金在二元铁铝合金中加入硅,可以使磁晶各向异性K1和磁致伸缩λs同时趋于零,从而获得高磁性能的铁硅铝软磁合金,命名为森达斯特合金。其典型成分为含硅9.6%,含铝5.4%,其余为铁。它的特点是具有特高的硬度,高的磁饱和(约为1T),高磁导率和高电阻率等特性;缺点是磁性对成分的起伏非常敏感,较脆,加工性能较差。该合金主要用于音频和视频磁头。
铁镍合金镍含量为30%~90%的铁镍合金,常称坡莫合金。在这一成分范围内,通过加入适量的合金化元素,并采用适当工艺,可获得高导磁、恒导磁、恒矩磁等不同磁特性的软磁合金。坡莫合金具有很高的塑性,可以冷轧成1μm的超薄带,是使用领域最广泛的一类软磁合金。它可以用在弱磁场下作铁芯和磁屏蔽,也可作低剩磁和恒磁导率的脉冲变压器和电感铁心,还可作高矩形比合金、热磁补偿合金及磁致伸缩合金等。其缺点是价格昂贵,在特高频的磁场下使用时损耗较大。
铁钴合金钴含量为27%~51%的铁钴合金,具有最高的饱和磁化强度,如35Co-Fe合金的饱和磁感应强度达到2.43T,比电磁纯铁的高13%。二元铁钴合金的力学性能不好,电阻率低,加入适量的铬、钒可改善加工性能,最适合作高饱和磁感材料和高性能软磁材料,主要用于极靴、电机转子和定子、变压器铁心等。
非晶态软磁合金一种无长程序、无结晶粒的合金,又称无定形金属或金属玻璃。具有软磁特性的非晶态合金的磁导率高、矫顽力小、对应力不敏感,且有耐蚀和高强度的特点。此外,其电阻率较高,可用于高频。缺点是它在一个较低的温度下会发生晶化,而且在更低的温度下会发生结构弛豫,使磁性发生变化,因此工作温度不宜过高,不宜超过100~150℃。非晶态软磁合金主要有两类:即金属-类金属型和金属-金属型。前者应用较多,它又分为钴基、铁基和铁镍基3类。非晶态软磁合金具有不同类型的磁特性,可取代其他软磁材料之用。
超微晶软磁合金80年代以来新发现的一种软磁合金。由小于50nm左右的结晶相和非晶态的晶界相组成,具有比晶态和非晶态合金更好的综合磁性能,不仅磁导率高、矫顽力低、损耗小,且饱和磁感高、稳定性好。如铁基超微晶合金,主要有FeCuNbSiB和FeZrB两种,与高镍的坡莫合金一样,可采用不同热处理工艺获得不同的磁性能。