1 金屬磁性的物理基礎(chǔ)
1.1 物質(zhì)磁性分類(lèi)
一切物質(zhì)，無(wú)論處于什么狀態(tài)和條件下，都顯示一定的磁性。磁性來(lái)源于物質(zhì)的原子磁矩，而主要是原子的電子自旋磁矩。在外磁場(chǎng)中，物質(zhì)的原子磁矩或電子磁矩受到作用而變化，因而單位體積的磁矩即磁化強(qiáng)度發(fā)生變化。一般，物質(zhì)的磁化強(qiáng)度M與外磁場(chǎng)強(qiáng)度H成正比：M=xH,比例常數(shù) x 稱(chēng)為磁化率，是反映物質(zhì)磁化本性的一種磁參量或磁性能。根據(jù)磁化率或磁化曲線(xiàn)（圖1)。
▲圖1 物質(zhì)的磁化曲線(xiàn)示意圖
①抗磁體，磁化率為負(fù)（x<0),絕對(duì)值很小（10E-6~10E-4），且與外磁場(chǎng)和溫度無(wú)關(guān)，磁化曲線(xiàn)為直線(xiàn)（曲線(xiàn)1)。磁化時(shí)，物質(zhì)的內(nèi)部產(chǎn)生與外磁場(chǎng)H方向相反的微弱附加磁場(chǎng)H',與外磁場(chǎng)相斥，而使通過(guò)的磁力線(xiàn)減少，磁場(chǎng)減弱。非金屬硅、磷、硫和金屬銅、銀、鎘、汞等，都是典型的抗磁性物質(zhì)。②順磁體，磁化率為正（x>0)，數(shù)值也很小（10E-5~10E-2)，也與外磁場(chǎng)無(wú)關(guān)，但與溫度有強(qiáng)烈的關(guān)系，磁化曲線(xiàn)亦為直線(xiàn)（曲線(xiàn)2)。磁化時(shí)物質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生一與外磁場(chǎng)H方向一致的附加磁場(chǎng)H',與外磁場(chǎng)相吸，使磁場(chǎng)增大。但由于在常溫下磁化很困難，磁場(chǎng)不會(huì)有明顯的增大。稀土金屬、堿金屬和某些過(guò)渡金屬（鈦、釩、鉬等）就是強(qiáng)烈的順磁性物質(zhì)。③鐵磁體，磁化率很高（x=10~10E6)，在弱磁場(chǎng)中即容易被磁化，獲得很高的磁化強(qiáng)度，并很快達(dá)到磁飽和。磁化強(qiáng)度與外磁場(chǎng)呈非線(xiàn)性關(guān)系（曲線(xiàn)3)，但隨溫度的升高而逐漸減小，到居里溫度T.時(shí)鐵磁性消失，轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾朋w。金屬鐵、鈷、鎳是最典型的鐵磁性物質(zhì)，它們?cè)诰永餃囟萒.(相應(yīng)為770℃、1131℃和358℃)以下，為磁性很強(qiáng)的鐵磁體。④亞鐵磁體，與鐵磁體基本相似（曲線(xiàn)4)，但磁化率和飽和磁化強(qiáng)度較低些，是原子磁矩未完全抵消而有凈磁矩的磁體。鐵氧體（由以Fe2O3為主要成分、與另一種或多種金屬氧化物組成的復(fù)合氧化物），為目前應(yīng)用最廣泛的亞鐵磁性材料。⑤反鐵磁體，磁化率非常小（曲線(xiàn)5),一般在10E-5~10E-3之間，是相鄰原子自旋磁矩反平行排列的磁體。其磁化率隨溫度的升高而增大，到奈爾溫度T、時(shí)達(dá)極大值，而后轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判浴＝饘巽t、α-錳、氧化錳、氧化鎳以及過(guò)渡金屬的離子化合物等，是常見(jiàn)的反鐵磁性物質(zhì)。
抗磁體和順磁體以及反鐵磁體皆屬于弱磁性物質(zhì)，也常被稱(chēng)為非磁性物質(zhì)，在一般的磁性材料中較少有實(shí)際應(yīng)用。但現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，它們?cè)谝恍┨厥馄骷校缭谖⒉ǜ哳l條件下，有很好的應(yīng)用前景。鐵磁體和亞鐵磁體屬于強(qiáng)磁性物質(zhì)，是各種工業(yè)中應(yīng)用最廣的磁性材料，其中以鐵、鈷、鎳為基的合金為最重要的和最主要的磁性合金。根據(jù)磁特性和應(yīng)用特點(diǎn)，強(qiáng)磁性合金通常分為軟磁合金和永磁（或硬磁）合金兩大類(lèi)。
鐵磁物質(zhì)在磁場(chǎng)中磁化時(shí)，隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度H值的增大，材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度B值很快增大，當(dāng)磁場(chǎng)達(dá)到Hs 值時(shí)，磁感應(yīng)即達(dá)到飽和值Bs，磁化曲線(xiàn)如圖2中的OaS線(xiàn)所示。磁場(chǎng)H值接近于0時(shí)的磁化曲線(xiàn)的斜率（B/H)H=0稱(chēng)為初始磁導(dǎo)率μi；過(guò)原點(diǎn)的磁化曲線(xiàn)的外切線(xiàn)的斜率為最大磁導(dǎo)率μm；它們反映材料磁化的難易程度，數(shù)值越大，則對(duì)于高導(dǎo)磁率材料的性能越有利。進(jìn)行退磁時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度從Hs 減小，磁感應(yīng)強(qiáng)度也隨之從Bs 減小，但不按磁化曲線(xiàn)OaS回復(fù)，而沿較其更平緩的曲線(xiàn)減小。退磁曲線(xiàn)與磁化曲線(xiàn)的不重合，表明磁化的不可逆性。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度減小到0時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度不降低到0，而還剩余一定的值Br。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的減小滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度H減小的現(xiàn)象稱(chēng)為磁滯。為了使B減小到0，必須施加反向磁場(chǎng)-H,在其強(qiáng)度增大到－Hc 時(shí)，B=0。如果繼續(xù)增大反向磁場(chǎng)，則磁體開(kāi)始在反方向上磁化。－H增大，－B也增大，在－Hs時(shí)反向磁化達(dá)到飽和，B=-Bs。此時(shí)，若減小反向磁場(chǎng)，則與上述過(guò)程相似，－B不斷減小，而在H=0時(shí)，B=-Br；為了使其降低至0，必須再施加正向磁場(chǎng)到He。H繼續(xù)增大到Hs，材料再次達(dá)到磁飽和，B=Bs，所以，隨H由＋Hs→0→-Hs→0→+Hs，B則由＋Bs→Br→0→-Bs→-Br→0→+Bs，形成一個(gè)對(duì)稱(chēng)于原點(diǎn)的回線(xiàn)。此回線(xiàn)即為鐵磁材料的飽和磁滯回線(xiàn)，如圖2 所示。
▲圖2 鐵磁物質(zhì)的磁滯回線(xiàn)
由磁滯回線(xiàn)可以確定材料的一些重要磁學(xué)性能。Br為剩磁感應(yīng)強(qiáng)度，也簡(jiǎn)稱(chēng)剩磁，表示鐵磁體磁化到飽和后，去除外磁場(chǎng)時(shí)的感應(yīng)強(qiáng)度；He(或HCB)為矯頑力，表示鐵磁體磁飽和后，為了使剩磁消失所需施加的反向磁場(chǎng)強(qiáng)度，它反映鐵磁體顯示磁性的頑強(qiáng)性。在回線(xiàn)的第二象限的退磁曲線(xiàn)上，有一個(gè)B和H乘積最大的點(diǎn)，
這個(gè)點(diǎn)的（BH)m叫做最大磁能積，是衡量材料內(nèi)部能夠貯存能量大小的尺度。磁滯回線(xiàn)所包圍的面積，表示單位體積材料磁化一個(gè)周期的能量損耗，叫做磁滯損耗。
鐵磁體在反復(fù)進(jìn)行飽和磁化和退磁時(shí)，H和B皆按飽和磁滯回線(xiàn)變化，OaS曲線(xiàn)只在完全退磁狀態(tài)（H,B=0)磁化時(shí)出現(xiàn)，所以叫做起始磁化曲線(xiàn)。在磁化未達(dá)飽和時(shí)，如從起始磁化曲線(xiàn)上任一點(diǎn)進(jìn)行退磁，則磁場(chǎng)經(jīng)由H→0→-H→0→H，B的變化皆形成小磁滯回線(xiàn)（見(jiàn)圖2中的aba'ca小回線(xiàn)）。小回線(xiàn)頂點(diǎn)的Bm叫做最大磁感應(yīng)強(qiáng)度，小回線(xiàn)頂點(diǎn)的連線(xiàn)即構(gòu)成起始磁化曲線(xiàn)。欲使鐵磁體徹底退磁，必須施加不斷降低幅度的周期性磁場(chǎng)。按照磁滯回線(xiàn)的形狀（見(jiàn)圖2)和基本磁特性，磁性合金大體上分為兩大類(lèi)：矯頑力He 大、磁滯回線(xiàn)寬的硬磁合金和矯頑力He小、磁滯回線(xiàn)窄的軟磁合金。
▲圖3 硬磁和軟磁合金的磁滯回線(xiàn)
1.3 磁疇
理論和實(shí)驗(yàn)證明，鐵磁體是由大量的微小磁區(qū)組成的，如圖4所示。
▲圖4 鐵磁合金磁疇示意圖
這些磁區(qū)叫做磁疇，體積約為10E-6mm3含有約10E15個(gè)原子；寬度為0.01-0.1mm，原子有10萬(wàn)個(gè)以上。每個(gè)磁疇內(nèi)原子的磁矩平行排列，皆有一個(gè)永久磁矩。磁疇和磁疇的邊界叫做疇壁。疇壁的厚度約0.1μm，有約1000個(gè)原子層，其取向?yàn)閺囊粋€(gè)磁疇磁化方向逐步向另一磁疇磁化方向的過(guò)渡，如圖5所示。
▲圖5 鐵磁體磁疇壁結(jié)構(gòu)示意圖
鐵磁體的每個(gè)磁疇都是自發(fā)磁化到飽和的小磁鐵。過(guò)渡族元素如鐵、鈷、鎳等的3d層都沒(méi)有填滿(mǎn)電子，相應(yīng)有4, 3, 2個(gè)電子自旋磁矩未被抵消，因此產(chǎn)生原子磁矩。另外，當(dāng)原子相互接近時(shí)，它們的電子發(fā)生相互交換，若自旋反向平行排列比同向平行排列的能量高，即交換能為正值時(shí)，未被抵消的電子自旋磁矩將自發(fā)地排向同一方向，發(fā)生自發(fā)磁化，形成磁疇，如圖6所示。
交換能的正負(fù)決定于原子間距離和未填滿(mǎn)殼層的直徑。計(jì)算表明，只有在原子間距a和3d層半徑r的比值大于3時(shí)，交換能才為正值（鐵、鈷、鎳的交換能均為較大的正值）。因此，原子存在未抵消的電子自旋磁矩和電子交換能為正值，是磁疇形成的必要條件和充分條件，它們同時(shí)也反映了鐵磁材料原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。鐵磁體在完全退磁狀態(tài)下，磁疇的磁化方向混亂分布，磁矩完全相互抵消，因而材料在宏觀上不顯示磁性。當(dāng)施加外磁場(chǎng)時(shí)，那些磁化方向平行于外磁場(chǎng)的磁疇，以由原子磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)所引起的疇壁移動(dòng)的方式（見(jiàn)圖7)，吞并反向磁疇而逐漸長(zhǎng)大，最后使整個(gè)磁疇沿磁場(chǎng)方向排列。在去除外磁場(chǎng)后，如果磁疇的取向不能恢復(fù)
原來(lái)的狀態(tài)，則材料繼續(xù)顯示磁性，而產(chǎn)生剩磁。
▲圖7 疇壁移動(dòng)示意圖
由于存在磁疇，鐵磁體在外磁場(chǎng)中無(wú)需依靠每個(gè)原子磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)，使方向與磁場(chǎng)方向一致，而可由已自發(fā)磁化到飽和的磁疇為磁化單元，借助于所產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)很容易地進(jìn)行磁化。此外，在居里溫度以上，由于熱騷動(dòng)大，磁疇消失，磁化極困難，鐵磁體變成順磁體而不顯示磁性。
1.4 幾種磁能
磁疇除了主要決定于交換能外，它的取向和結(jié)構(gòu)還與原子間磁的相互作用有關(guān)。這種相互作用主要表現(xiàn)為以下三種磁能。
1.4.1 磁品各向異性能
圖8為鐵磁體單晶沿不同晶向磁化時(shí)的磁化曲線(xiàn)。
由于晶體的各向異性，鐵沿［100]、鎳沿［111]、鈷沿C軸方向磁化，在最弱的磁場(chǎng)中也可達(dá)到磁飽和，即達(dá)到磁飽和所需的磁場(chǎng)能最低值。這些方向?yàn)橐状呕较颉６F的［111]、鎳的［100]、鈷的六方底面（0001)的各方向?yàn)殡y磁化方向。沿不同晶向磁化的難易程度不同，即所需能量不同的現(xiàn)象叫做磁晶各向異性。沿難磁化和易磁化方向磁化的磁化功的差稱(chēng)為磁晶各向異性能，其大小等于該兩晶向磁化曲線(xiàn)所包圍的面積。為了使磁能量最低，磁疇自發(fā)磁化趨向于易磁化方向，而鐵磁體沿易磁化方向的磁性最好。
1.4.2 磁彈性能
鐵磁體在磁場(chǎng)中磁化時(shí)尺寸或體積發(fā)生變化的現(xiàn)象稱(chēng)為磁致伸縮。磁化時(shí)鐵沿磁化方向伸長(zhǎng)，鎳則沿磁化方向縮短，而一般鐵磁材料的體積變化很小。磁致伸縮和磁晶各向異性的起源相同，是由電子的自旋和軌道磁矩的耦合作用引起的。
磁致伸縮在磁體內(nèi)造成應(yīng)力，影響磁化過(guò)程的進(jìn)行。沿磁場(chǎng)方向的拉應(yīng)力，促進(jìn)磁化，使磁化所需能量減小；垂直磁場(chǎng)方向的拉應(yīng)力則阻礙磁化，使磁化所需能量增大。由磁致伸縮引起應(yīng)力，導(dǎo)致促進(jìn)或阻礙磁化的能量，叫做磁致伸縮能，或磁彈性能。
1.4.3 靜磁能
鐵磁體與磁場(chǎng)的相互作用能稱(chēng)為靜磁能。它包括外磁場(chǎng)能和退磁場(chǎng)能兩個(gè)方面。外磁場(chǎng)能是鐵磁體與外磁場(chǎng)的相互作用能，它使磁體（或磁疇）的磁化方向趨于磁場(chǎng)方向并達(dá)到磁飽和。退磁場(chǎng)能是鐵磁體與自身退磁場(chǎng)的相互作用能。開(kāi)路狀態(tài)的鐵磁體磁化后，產(chǎn)生磁極，在磁體內(nèi)部形成減退外磁場(chǎng)作用的退磁場(chǎng)。退磁場(chǎng)能與磁體形狀和磁化強(qiáng)度有關(guān)，使退磁因子（取決于磁體的幾何形狀）小的方向成為易磁化方向。
2 軟磁合金的熱處理
軟磁合金主要用于制造電力和電子工業(yè)中的信息變換、傳遞和存儲(chǔ)元件等。對(duì)它的基本要求是：矯頑力He 小（磁滯損耗小，效率高），飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs高（儲(chǔ)能高），初始和最大磁導(dǎo)率μi、μm高（靈敏度高），以及性能的穩(wěn)定性好。軟磁合金的磁滯回線(xiàn)都很窄。在許多具體情況下，還要求合金具有較高的耐蝕性、耐磨性，一定的機(jī)械強(qiáng)度，給定的線(xiàn)膨脹特性等物理、化學(xué)、力學(xué)性能。軟磁合金的磁導(dǎo)率、矯頑力和磁滯損耗等是很強(qiáng)的組織敏感性能，對(duì)合金中的雜質(zhì)和非金屬夾雜、晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的擇優(yōu)取向、晶體缺陷、內(nèi)應(yīng)力等非常敏感，而上述各項(xiàng)又取決于合金的成分、加工方法和熱處理制度。為了保證高的軟磁性能，必須使合金的組織盡可能地趨近于平衡狀態(tài)，獲得大晶粒，并消除各種晶體缺陷。最合適的軟磁合金是純鐵族金屬（特別是純鐵），以及鐵基或其他鐵磁金屬基的單相合金，而熱處理則主要是各種形式的退火操作。主要的軟磁合金有工業(yè)純鐵、硅鋼、鐵鎳合金、鐵鋁合金以及新發(fā)展起來(lái)的非晶態(tài)合金等。
2.1 電工用純鐵
電工用純鐵有原料純鐵（DT1、DT2)、電磁純鐵（DT3、DT4、DT5、DT6)和電子管純鐵（DT7、DT8)等三種。它們的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高，磁導(dǎo)率高，矯頑力小，但電阻率低，鐵損較大，是應(yīng)用最早、易于加工和最便宜的軟磁材料和原料。應(yīng)用最廣的為電磁純鐵，一般用于制造鐵心、磁極、銜鐵、磁屏等，它的成分、性能和應(yīng)用特點(diǎn)見(jiàn)表1。
▼表1 電磁純鐵的牌號(hào)、成分、主要性能和應(yīng)用特點(diǎn)
純鐵的磁性能與純度有關(guān)。純度越高，則軟磁性能越好。影響最大的有害雜質(zhì)是碳。它使磁導(dǎo)率下降，矯頑力提高，鐵損增大，磁化困難（見(jiàn)圖9)。
碳、氧、硅、錳等降低鐵的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度（見(jiàn)圖10）。
▲圖10 雜質(zhì)對(duì)純鐵飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響
溶解在純鐵的α相中時(shí)，間隙固溶雜質(zhì)（如碳、氮、氧）的有害作用比置換固溶雜質(zhì)（如硅、錳等）大。另外，碳、氮、氧還常以碳化物、氮化物、氧化物夾雜的形式出現(xiàn)在純鐵中。這時(shí)雜質(zhì)對(duì)磁性能的影響，不僅與雜質(zhì)的性質(zhì)和數(shù)量有關(guān)，而且還與其顆粒大小、形狀及分布有聯(lián)系。雜質(zhì)性質(zhì)和基體差別越大，數(shù)量越多，顆粒越小，彌散度越大，呈針狀或片狀均勻分布時(shí)，對(duì)純鐵磁性能的破壞作用越大。尤其當(dāng)雜質(zhì)顆粒大小與疇壁厚度相當(dāng)時(shí)，由于能阻礙疇壁的移動(dòng)，使鐵的磁化困難，而更降低其軟磁性能。純鐵的熱處理有以下幾種：
2.1.1 人工時(shí)效
電工用純鐵在常溫或150℃以下長(zhǎng)期使用，特別是當(dāng)溫度較高時(shí)，超過(guò)溶解度的碳從α相中析出，形成細(xì)小彌散的弱磁性相Fe,C,使硬度提高，致使磁導(dǎo)率明顯下降（30%~50%),鐵損增大，矯頑力可能增大若干倍，這種現(xiàn)象叫做磁時(shí)效。氮和氧也能引起磁時(shí)效。為了避免發(fā)生磁時(shí)效，電工用純鐵在退火后，可以在130℃保溫50h后空冷，或在100℃保溫100h后爐冷，進(jìn)行一次人工時(shí)效處理，使組織和性能穩(wěn)定化。
2.1.2 高溫凈化退火
為了提高電工用鐵的純度，一方面冶煉時(shí)采用強(qiáng)烈的脫氧劑（如用Al或Si脫氧）真空去氧，以及真空重熔等先進(jìn)工藝；另一方面就是在固態(tài)下在氫氣中進(jìn)行高溫凈化處理。在1200~1500℃的高溫下長(zhǎng)時(shí)間保溫時(shí)，溶解在金屬內(nèi)部的碳、氮、氧、硫等雜質(zhì)原子擴(kuò)散到表面而被清除，它們的夾雜物（Fe3C、Fe4N、FeO和FeS)也可被還原而減少。一些不與氫起作用的少數(shù)雜質(zhì)（如硅、錳、銅、鋁）則保留在固溶體內(nèi)，壞作用不大。采用高溫真空退火處理，同樣可得到凈化效果。電工用純鐵經(jīng)凈化退火以后，由于雜質(zhì)含量降低和晶粒粗化，軟磁性能大大提高，最大磁導(dǎo)率可提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。例如，純鐵在氫氣中于1480℃保溫18h后，緩慢冷卻到880℃,再保溫12h后緩慢冷至室溫時(shí)，得到的磁導(dǎo)率μ≈25×10E-3H/m；μm=300×10E-3H/m。
2.1.3 去應(yīng)力退火
冷加工造成純鐵內(nèi)部多種晶體缺陷（位錯(cuò)、層錯(cuò)等），并引起內(nèi)應(yīng)力，增加磁疇壁運(yùn)動(dòng)的難度，使He增大，μm值降低（見(jiàn)圖11)。
▲圖11 冷變形對(duì)工業(yè)純鐵磁性能的影響
為了消除這些不良影響，可以進(jìn)行去應(yīng)力退火或再結(jié)晶退火。退火溫度對(duì)磁性能的影響如圖12所示。
▲圖12 冷加工純鐵的磁性能與退火溫度的關(guān)系
退火溫度高，晶粒粗大，于磁性能有利，所以去應(yīng)力退火一般采用不發(fā)生α-γ相變的最高溫度，避免冷卻時(shí)發(fā)生相變使晶粒細(xì)化。因此，純鐵消除冷加工應(yīng)力通常采用的再結(jié)晶退火工藝制度是：在600℃以下裝爐，隨爐升溫至800℃,再慢速加熱到830~890℃,保溫4h,然后以不大于50℃/h的冷速冷至700℃,最后隨爐冷500℃以下出爐。整個(gè)退火在氫氣或真空中進(jìn)行。退火工藝曲線(xiàn)如圖13所示。
▲圖13 工業(yè)用純鐵的去應(yīng)力退火工藝曲線(xiàn)
2.2 電工用硅鋼
電工用硅鋼實(shí)際上就是工業(yè)純鐵中含w(Si)1%~4.5%的鐵硅合金。它在室溫下具有含硅的單相鐵素體組織。硅溶于鐵中形成置換固溶體，引起晶格畸變，使電阻率增大，渦流損耗減少。晶格畸變也使矯頑力增大，但因硅鋼在高溫下可獲得粗大晶粒，且冷卻時(shí)無(wú)相變引起的晶粒細(xì)化，所以總結(jié)果仍使矯頑力降低。另外，硅能促進(jìn)碳的離析并與氧化合，減輕碳、氧在鐵中間隙固溶的強(qiáng)烈有害作用，增大磁導(dǎo)率，使磁化變得比較容易，并降低磁滯損耗；同時(shí)因減小了磁時(shí)效傾向，也提高了磁性能的穩(wěn)定性。硅對(duì)磁性能的影響如圖14 所示。但硅的加入使鋼的脆性增大，導(dǎo)熱性降低，使材料的成形加工性能變壞，所以含量一般不超過(guò)w(Si)4.5%。
▲圖14 含硅量對(duì)電工用硅鋼磁性能的影響
電工用硅鋼磁感應(yīng)強(qiáng)度較高，鐵損（包括磁滯損耗和渦流損耗）較小，加工性能良好，主要用于制造電機(jī)和變壓器的鐵心，因此也常稱(chēng)電機(jī)鋼或變壓器鋼，是用量最大的一種軟磁材料。影響鐵心硅鋼片磁性能的主要因素，除了硅含量以外，還有成分中的雜質(zhì)、結(jié)構(gòu)的擇優(yōu)取向程度、應(yīng)力狀況和鋼片厚度等。①硅鋼中碳、氧、氮、硫等雜質(zhì)的存在，均使磁性惡化，但少量磷的存在有利于獲得粗晶，對(duì)磁性有益；②鐵素體具有明顯的磁晶各向異性，易磁化方向?yàn)椋?00)。當(dāng)大多數(shù)晶粒的（110)面平行于硅鋼片軋制時(shí)的軋面，［001]方向平行于軋向，形成高斯織構(gòu)（110)[001]時(shí)，硅鋼片沿軋向有良好的磁性，為單取向硅鋼片；而當(dāng)大多數(shù)晶粒的（100)面平行于軋向，一個(gè)［001]方向平行于軋向，另一個(gè)［010]方向垂直于軋向，形成立方織構(gòu)（100)[001]時(shí)，則硅鋼片沿軋向和垂直軋向均有良好的磁性，為雙取向硅鋼片；③磁性對(duì)應(yīng)力比較敏感，加工過(guò)程中產(chǎn)生的任何應(yīng)力均使磁性惡化；④硅鋼片的厚度越大，渦流損耗也越大。所以，為了獲得高磁性，硅鋼片應(yīng)該是雜質(zhì)（特別是碳）少、晶粒大、取向度高的薄鐵硅合金片。這就是硅鋼片生產(chǎn)工藝安排的原則。高性能硅鋼片的生產(chǎn)工藝是：冶煉出給定硅含量和最低碳含量（實(shí)際上一般約為w(C)0.05%)的鋼坯，然后熱軋成約2.5mm厚的鋼帶，最終冷軋為常用厚度0.5-0.35mm的薄鋼片。冷軋之前要進(jìn)行退火，并在此道工序中把碳降到w(C)0.02%以下；最后要進(jìn)行成品的高溫退火，以消除加工硬化和使晶粒粗化。這兩種退火是硅鋼片生產(chǎn)中最典型和最重要的熱處理。如果冷軋變形度較大（45%~60%),得到的是有織構(gòu)的組織，取向度約達(dá)90%;若冷軋變形較小（＜7%~10%)，則獲得取向度小的組織。如果只在熱態(tài)下軋制，則硅鋼片得不到織構(gòu)，沿軋向和垂直軋向的性能一樣。因此，根據(jù)織構(gòu)取向的特點(diǎn)，硅鋼片分為無(wú)取向熱軋硅鋼片、低取向度冷軋硅鋼片和取向冷軋硅鋼片。它們的性能見(jiàn)表2。
▼表2 電工用硅鋼片的磁性能
2.2.1 熱軋硅鋼片的熱處理
熱軋無(wú)取向硅鋼片是含硅的低碳鎮(zhèn)靜鋼板坯，經(jīng)多次加熱連續(xù)熱軋或疊片熱軋制成的。成品在連續(xù)式隧道爐、箱式爐或帶鋼連續(xù)爐中退火。退火溫度和時(shí)間隨硅鋼片品種及生產(chǎn)工藝的不同，一般為700~1200℃和保溫一天到數(shù)天，爐內(nèi)通保護(hù)氣體，通過(guò)去除應(yīng)力、脫碳和品粒長(zhǎng)大，使產(chǎn)品達(dá)到性能要求。熱軋無(wú)取向硅鋼片的性能不如冷軋取向硅鋼片（見(jiàn)圖15)，有逐漸被后者取代的趨勢(shì)。
▲圖15 熱軋和冷軋取向硅鋼片的磁性與取向的關(guān)系
2.2.2 冷軋無(wú)取向硅鋼片的熱處理
冷軋無(wú)取向?qū)嶋H上是低取向。冷軋硅鋼片的磁性較高，厚度較均勻，表面質(zhì)量較好。許多情況下（如電機(jī)用硅鋼片）要求硅鋼片磁各向同性，所以20世紀(jì)50年代以后出現(xiàn)了冷軋無(wú)取向硅鋼片，并且發(fā)展很快。這種硅鋼片目前一般采用一次冷軋或臨界變形法生產(chǎn)，其工藝流程為：冶煉→鑄錠→初軋開(kāi)坯→熱軋→酸洗→冷軋（→中間退火→臨界變形）→成品熱處理。生產(chǎn)方法的基本思想是：通過(guò)冷軋制度和最終熱處理制度的適當(dāng)配合，破壞擇優(yōu)取向，獲得各向同性。一次冷軋法生產(chǎn)效率高，但因無(wú)中間退火的脫碳過(guò)程，難以保證高磁性。臨界變形法是在冷軋中間退火后進(jìn)行變形，破壞已產(chǎn)生的各向異性，同時(shí)獲得大晶粒。壓下率一般為8%~10%,但此法常保留一定的各向異性。中間退火在800~900℃干氫氣或保護(hù)氣氛中進(jìn)行。①在900℃以下退火時(shí)，二次再結(jié)晶不能顯著進(jìn)行，磁各向異性不大，磁感應(yīng)強(qiáng)度高；②最終退火溫度高于1100℃時(shí)，由于發(fā)生α-γ轉(zhuǎn)變，破壞了晶粒的擇優(yōu)取向，使磁各向異性降低。最終退火均在氫氣或保護(hù)氣氛中進(jìn)行，采用罩式爐或連續(xù)爐處理。
2.2.3 冷軋取向硅鋼片的熱處理
為了獲得高磁性的單取向硅鋼片，鋼中必須含有有利雜質(zhì)。它們?cè)?50℃以下呈細(xì)小顆粒彌散分布在鋼內(nèi)，穩(wěn)定地抑制晶粒長(zhǎng)大；但在850℃以上能溶解于基體中，便于二次再結(jié)晶的進(jìn)行，并可促進(jìn)（110)[001]取向的優(yōu)先長(zhǎng)大，而在高溫下則易分解而被去除。常用雜質(zhì)為硫化物、氮化物和碳化物，如MnS、AlN、VC等。具有高斯織構(gòu)的單取向冷軋硅鋼片的典型生產(chǎn)流程為：冶煉→鑄錠→開(kāi)坯→熱軋（至厚約2.2mm)→退火→酸洗→冷軋（至厚約0.7mm)→中間退火→冷軋→(至最終厚度0.35mm)→脫碳退火→成品退火→涂層→拉伸回火→成品。在這個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，熱處理對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)和最終性能都有極重要的作用，各道熱處理的目的和工藝可以說(shuō)明如下。
（1)黑退火，是將雜質(zhì)（有利雜質(zhì)除外）含量較少的熱軋鋼帶，在冷軋之前，在760~780℃保溫8~15h,然后爐冷。目的是將鋼中的780℃保溫8~15h,然后爐冷。目的是將鋼中的w(C)脫至0.02%以下，以有利于以后促進(jìn)獲得高斯織構(gòu)的雜質(zhì)均勻析出，并獲得細(xì)小的晶粒，為冷軋和后續(xù)工序作組織準(zhǔn)備。
（2)中間退火，經(jīng)第一次冷軋后，鋼帶即成為最后的冷軋坯帶，同時(shí)獲得冷軋（變形）織構(gòu)，為再結(jié)晶織構(gòu)的形成創(chuàng)造條件。中間退火一般在800~900℃進(jìn)行，爐中通濕氫或分解氨，保溫?cái)?shù)分鐘。目的是軟化組織；為高斯織構(gòu)的形成提供一定量的（110)[001]取向晶粒和可變?yōu)榇朔N取向的（111)[112]取向晶粒；同時(shí)進(jìn)一步脫碳，使w(C)降低到約0.01%.第二次冷軋后鋼帶達(dá)到最終尺寸，并獲得更多更強(qiáng)的（111)[112]織構(gòu)。
（3)脫碳退火，退火溫度為780~830℃,一般采用連續(xù)爐通濕氫處理，使鋼中w(C)降低到達(dá)0.008%以下；利用有利雜質(zhì)對(duì)晶粒長(zhǎng)大的阻礙作用；獲得細(xì)小的再結(jié)晶晶粒；并使（110)[001]取向的晶粒增多，為二次再結(jié)晶生成高斯織構(gòu)提供更多的晶核。
（4)成品退火，通常在電熱罩式爐中的氫氣、保護(hù)氣氛或在真空下進(jìn)行，溫度為1150~1200℃或更高。在950~1100℃范圍內(nèi)控制加熱速度，使雜質(zhì)的溶解速度與（110)[001]取向晶粒的長(zhǎng)大速度相適應(yīng)，發(fā)生（110)[001]的擇優(yōu)長(zhǎng)大。通過(guò)這樣的二次再結(jié)晶，獲得完善的、高取向度的高斯織構(gòu)，并在更高的溫度下去除雜質(zhì)，得到粗大晶粒。典型的工藝制度如圖16 所示。
▲圖16 取向硅鋼片最終退火工藝曲線(xiàn)
（5)拉伸回火，硅鋼片涂絕緣層后要進(jìn)行拉伸回火。回火溫度為700~750℃，氫氣保護(hù)，拉伸應(yīng)力不大于10MPa,變形量不超過(guò)0.2%。回火的目的是矯正鋼卷在高溫退火中產(chǎn)生的板面彎曲和軋制時(shí)的翹變，并可使鐵損降低和磁感應(yīng)改善。除單取向外，還有具有立方織構(gòu)的雙取向硅鋼片。其生產(chǎn)方法是，以高純度單取向硅鋼片為原料，采用兩次冷軋（變形率為60%~70%),在1050℃進(jìn)行中間退火，最終退火在1150~1200℃進(jìn)行，保溫7~10h。此法生產(chǎn)的成品取向度高，但厚度不能超過(guò)0.20mm，大厚度雙取向硅鋼片采用柱狀晶法生產(chǎn)。將坯帶順其柱晶軸向熱軋，然后在高真空或干氫中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間高溫（1200~1300℃)退火，使w(C)脫至約0.002%,并以40%的壓下率冷軋。這種方法獲得的立方織構(gòu)的取向度較低。目前，雙取向硅鋼片應(yīng)用還不多。
2.3 鐵鎳合金
鐵鎳軟磁合金常稱(chēng)坡莫合金。與純鐵和電工鋼相比，它的特點(diǎn)是，在弱磁場(chǎng)中有很高的磁導(dǎo)率和很低的矯頑力，磁損也小，常具有矩形磁滯回線(xiàn)；廣泛應(yīng)用于電信、計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)。圖17為鐵鎳合金相圖。w(Ni)<30%時(shí)，合金中有α-γ相變，w(C)>30%時(shí)，合金呈單相γ固溶體狀態(tài)，加熱和冷卻時(shí)不發(fā)生γ→α相變。當(dāng)冷卻經(jīng)過(guò)居里點(diǎn)時(shí)，合金由順磁性γ相轉(zhuǎn)變?yōu)殍F磁性γ相。含約w(Ni)79.5%的合金緩慢冷卻時(shí)，在506℃時(shí)發(fā)生有序化轉(zhuǎn)變，形成“超結(jié)構(gòu)”相FeNi3。此有序化轉(zhuǎn)變與合金中的其他元素和冷卻速度有關(guān)。Mo、Cu、Cr等阻礙有序化過(guò)程的發(fā)展，使有序化轉(zhuǎn)變溫度下降，Mn等則相反。在轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)，改變冷卻速度可以控制有序化發(fā)展的程度。
▲圖17 鐵鎳合金相圖
圖18 展示各種磁性能與合金鎳含量的關(guān)系。w(Ni)78%~80%的合金的飽和磁致伸縮系數(shù)λ，和磁晶各向異性常數(shù)K1都接近于零，初始及最大磁導(dǎo)率μi和μm都具有極大值；w(Ni)50%的合金的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度B,值高，電阻率ρ也高；含w(Ni)65%的合金的居里點(diǎn)te最高，有利于獲得較好的磁場(chǎng)熱處理效果。這些鐵鎳合金都是優(yōu)良的導(dǎo)磁合金。
▲圖18 鐵鎳合金的各種磁性能與鎳含量的關(guān)系
鐵鎳軟磁合金的種類(lèi)較多，根據(jù)其特性和用途可進(jìn)行表3所示的分類(lèi)。它們的主要成分和性能見(jiàn)表4。▼表3 鐵鎳合金的類(lèi)型、性能特點(diǎn)和用途
▼表3 鐵鎳合金的主要成分和磁性能（厚度0.05-0.09mm）
合金的磁性能除了決定于成分、成分的均勻性和雜質(zhì)狀態(tài)以外，許多組織敏感性能還取決于組織結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的均勻性、結(jié)構(gòu)的取向特性、晶格畸變狀態(tài)和晶粒大小等，所以磁性合金要進(jìn)行熱處理。對(duì)于各向異性合金，特別是矩磁合金和恒磁合金，還要進(jìn)行磁場(chǎng)熱處理。鐵鎳合金的熱處理主要有三種。
2.3.1 中間退火
鐵鎳合金的塑性很好，可以冷軋成薄帶或極薄帶（如高頻用厚0.01~0.005mm的薄帶）。薄帶由多次冷軋獲得，變形量較大，對(duì)于1J50類(lèi)合金，采用中等壓下率，壓下率一般為60%~80%.為了進(jìn)一步變形加工，必須進(jìn)行中間退火。為了改善磁性元件機(jī)械加工的工藝性能，也應(yīng)進(jìn)行預(yù)先熱處理（退火）。這類(lèi)中間退火或預(yù)先熱處理均在真空或氫氣中進(jìn)行。加熱溫度為850~870℃,保溫1~4h，然后以200~300℃/h的冷速冷至600℃,再空冷或爐冷。
2.3.2 高溫退火
軟磁合金的最終熱處理多為高溫退火，目的在于消除應(yīng)力，凈化成分，獲得均勻的組織，調(diào)整和提高磁性能。
（1)退火介質(zhì)。軟磁合金的高溫退火必須在保護(hù)氣氛（通常用氫）或真空中進(jìn)行，以防氧化并去除雜質(zhì)。在氫氣中，溫度越高，薄帶厚度越小，雜質(zhì)越易于從內(nèi)部擴(kuò)散到表面而被清除。氫的純度越高，流量越大，去除雜質(zhì)的效果越好。氫氣應(yīng)干燥，露點(diǎn)在－40℃以下。在真空中，溶解在合金中的氣體較易從表面逸出，一些雜質(zhì)化合物也較易分解揮發(fā)，使合金凈化。真空度和溫度越高，凈化效果越好。一般，真空度應(yīng)不低于1.33Pa。實(shí)踐表明，非真空冶煉的合金，采用真空處理效果較好；而真空冶煉的合金，以采用氫氣處理較為適宜。厚度小于0.05mm的薄帶，特別是含鉻、硅的合金，對(duì)氫純度要求較高，不論真空或非真空冶煉，一般以真空熱處理為好。但若有高純氫氣，由于其高溫下的還原能力很強(qiáng)，則無(wú)論何種方法冶煉的合金，氫氣退火更為適宜。在氫氣中處理時(shí)，要注意合金的滲氫問(wèn)題。為此，必須采取緩冷或氫氣－真空雙聯(lián)處理，以保證磁性能和力學(xué)性能不受影響。
（2)加熱條件。加熱速度對(duì)軟磁合金一般不很重要。為了最好地消除應(yīng)力，凈化成分，獲得要求的組織和較好的磁性能，鐵鎳合金的退火溫度都選定在1000~1300℃之間。提高退火溫度可顯著提高合金的磁導(dǎo)率（見(jiàn)圖19)，明顯地降低矯頑力。
▲圖19 w（ni）45%的鐵鎳合金的磁導(dǎo)率與退火溫度的關(guān)系
但溫度過(guò)高時(shí)會(huì)引起變形。除超低矯頑力合金的退火溫度為1300℃外，一般高導(dǎo)磁鐵鎳合金的退火溫度多在1100℃左右。對(duì)于要求具有矩磁特性的鐵鎳合金，因經(jīng)過(guò)較大的冷軋變形，壓下率常在95%以上，為了避免織構(gòu)的破壞，退火溫度可以低一些，常選在1000℃以下，圖20 和圖21 展示退火溫度對(duì)Ni29Mo4合金的磁導(dǎo)率、矯頑力和矩形比的影響。采用較低的退火溫度，對(duì)合金的力學(xué)性能和防止變形也較為有利。
▲圖20 退火溫度對(duì)Ni79Mo4合金導(dǎo)磁率的影響
▲圖21 退火溫度對(duì)Ni79Mo4合金矯頑力和矩形比的影響
退火保溫時(shí)間與合金的類(lèi)型、元件尺寸、裝爐量、性能的要求等因素有關(guān)，一般為3~6h;矩磁合金的時(shí)間為2h左右。
（3)冷卻制度。退火加熱后的冷卻方法對(duì)鐵鎳軟磁合金的磁性具有極重要的作用。合金的有序化程度直接影響磁晶各向異性常數(shù)K和磁致伸縮系數(shù)λ，因而影響磁導(dǎo)率μ的大小。從退火溫度1100℃到接近有序化轉(zhuǎn)變溫度600℃,一般采用150~200℃/h的冷卻速度，平穩(wěn)地進(jìn)行冷卻。冷速不宜超過(guò)250℃/h,以免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致磁性下降。在有序化轉(zhuǎn)變溫度范圍（600~400℃)內(nèi)，冷卻速度尤須適當(dāng)，以使K值和λ值趨近于零或足夠小，得到盡可能高的磁導(dǎo)率μ。圖22示出不同成分的Ni-Fe-Mo合金磁導(dǎo)率與退火冷卻速度的關(guān)系。它表明隨合金中鋁含量的增加，對(duì)應(yīng)于最大初始磁導(dǎo)率的最佳冷卻速度降低。這是鉗阻止FeNi,有序相形成的結(jié)果。
▲圖22 Ni-Fe-Mo合金的導(dǎo)磁率與冷卻速度和鉬含量的關(guān)系
圖23 示出Ni-Fe-Mo合金的鎳含量對(duì)最佳冷卻速度的影響。可見(jiàn)鎳含量越高，獲得高磁導(dǎo)率的冷卻速度越大。一般，對(duì)于w(Ni)<65%的合金，由于有序化轉(zhuǎn)變不明顯，冷卻速度的作用不大，允許采用較快的冷卻速度，但以不引起較大內(nèi)應(yīng)力為原則。
▲圖23 Ni-Fe-Mo合金中鎳含量對(duì)最佳冷卻速度的影響
2.3.3 磁場(chǎng)退火
有些軟磁合金在高溫退火之后還要進(jìn)行磁場(chǎng)退火。磁場(chǎng)退火有兩種方法：一種是將合金重新加熱到居里點(diǎn)以上約50°C（600℃左右），保溫一段時(shí)間后，在磁場(chǎng)中緩慢冷卻；第二種是加熱到居里點(diǎn)以下一定溫度（400℃左右），加磁場(chǎng)并保溫較長(zhǎng)時(shí)間，再進(jìn)行冷卻。后者叫做等溫磁場(chǎng)退火。經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)退火后，合金中的磁疇采取與外磁場(chǎng)方向一致的分布，形成磁織構(gòu)，顯示出在外磁場(chǎng)方向上的單軸各向異性，沿磁場(chǎng)方向和垂直磁場(chǎng)方向的磁性能產(chǎn)生明顯的差異。圖24是w(Ni)50%的鐵鎳合金經(jīng)一般退火和磁場(chǎng)退火后的磁導(dǎo)率變化曲線(xiàn)。
▲圖24 w（Ni）50%D 鐵鎳合金的導(dǎo)磁率經(jīng)熱處理后的變化
矩磁合金通常進(jìn)行縱向磁場(chǎng)退火，即熱處理時(shí)使磁場(chǎng)方向與應(yīng)用時(shí)的磁化方向一致。退火后合金的μ值和Br值提高（圖24中曲線(xiàn)a在曲線(xiàn)b之上），H,和鐵損降低，矩形比Br/Bm增大，磁滯回線(xiàn)呈矩形，如圖25所示。
▲圖25 w（Ni）65%的鐵鎳合金的磁滯回線(xiàn)
恒磁合金則進(jìn)行橫向磁場(chǎng)退火，使磁場(chǎng)方向與應(yīng)用時(shí)的磁化方向垂直。這時(shí)合金的μ值和Br值下降（圖24 中曲線(xiàn)c在曲線(xiàn)b之下），磁滯回線(xiàn)呈扁平狀，μ值在一定磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍內(nèi)變化不大。必須提出的是，磁場(chǎng)退火前、高溫退火后的合金應(yīng)處于無(wú)序狀態(tài)，以保證隨后在磁場(chǎng)的作用下形成磁織構(gòu)。否則，由于有序狀態(tài)下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定而使磁場(chǎng)火的效果降低。另外，合金的居里點(diǎn)對(duì)磁場(chǎng)退火的效果有影響。居里點(diǎn)低時(shí)，因磁場(chǎng)退火的溫度較低，形成磁織構(gòu)所必需的原子擴(kuò)散較為困難，磁場(chǎng)熱處理的效果較小。對(duì)于依靠磁場(chǎng)熱處理產(chǎn)生磁各向異性的合金，居里點(diǎn)越高效果越大。圖26表明合金的最大磁導(dǎo)率與居里點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
▲圖26 鐵鎳合金最大導(dǎo)磁率范圍與居里溫度的關(guān)系
常用高導(dǎo)率、矩磁和恒磁鐵鎳合金推薦的熱處理工藝見(jiàn)表4。
2.4 鐵鋁合金
鐵鋁合金是一類(lèi)較重要的軟磁合金。它具有較高的磁導(dǎo)率，密度較小，電阻率較高，鐵損小，硬度高，耐磨性好，有較好的防銹和耐銹性能，對(duì)應(yīng)力不敏感，抗振動(dòng)和耐沖擊性能好，磁時(shí)效不嚴(yán)重。價(jià)格也比較便宜。但鋁含量較高（超過(guò)w(Al)10%)時(shí)，合金變脆，塑性降低，加工比較困難。w(Al)<34.4%的鐵鋁合金在高溫下的組織皆為含鋁鐵素體。在這個(gè)成分范圍內(nèi)，隨鋁含量和溫度的變化，合金中發(fā)生FeAl和Fe3Al的有序轉(zhuǎn)變和磁性轉(zhuǎn)變（見(jiàn)圖27)。改變成分和進(jìn)行熱處理，可以顯著改變鐵鋁合金的磁性能。圖28顯示主要磁性能的變化。
▲圖27 鐵鋁合金相圖（左下部分）
▲圖28 鐵鋁合金主要磁性能以及有關(guān)性能（分圖a、b、c、d)隨鋁含量的變化
由圖可見(jiàn)，高導(dǎo)磁合金的鋁含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）應(yīng)為16%或12%(圖28a)；高磁致伸縮合金的鋁含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%(圖28c)；高磁感應(yīng)合金的鋁含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）約為6%(圖28b) 。按照性能特點(diǎn)和用途，我國(guó)生產(chǎn)的鐵鋁磁性合金主要有四種牌號(hào)，其鋁含量范圍、特點(diǎn)和用途見(jiàn)表5;主要性能見(jiàn)表6。▼表5 鐵鋁合金的牌號(hào)、特點(diǎn)和用途
鐵鋁合金的生產(chǎn)工藝流程是：真空冶煉→鋼錠剝皮→鍛造→熱軋→溫軋（1J12、1J13、1J16)或冷軋（1J6)→軟化處理→成品加工→最終熱處理→測(cè)試→包裝。在這個(gè)流程中，熱處理有以下幾個(gè)過(guò)程。
2.4.1 軟化處理
1J6、1J13和1J12經(jīng)溫軋或熱軋制成的帶材，因鋁含量較高而較硬較脆，進(jìn)行沖、剪、彎等加工之前，必須先經(jīng)過(guò)軟化處理，降低硬度，提高塑性。軟化處理的推薦工藝見(jiàn)表7。軟化退火溫度不高，且合金的抗氧化性能較好，加熱可以在空氣中進(jìn)行。鐵鋁合金即使進(jìn)行了軟化處理，其加工還是比鐵鎳合金更耗費(fèi)模具。1J6的加工塑性較好，一般可不進(jìn)行軟化處理。
▼表7 鐵鋁合金帶軟化處理工藝
2.4.2 最終熱處理
最終熱處理為高溫退火，由它保證產(chǎn)品的性能。（1)退火介質(zhì)。處理在保護(hù)氣氛中進(jìn)行。這除了使合金進(jìn)一步凈化外，還可防止鋁的滲氨和高溫?fù)]發(fā)。目前較多采用氫氣氣氛，效果較好。爐內(nèi)氣氛的露點(diǎn)應(yīng)在－60℃以下。也可采用真空。在空氣中處理時(shí)，合金的磁性能下降。
（2)加熱條件。升溫速度對(duì)磁性影響不大，多隨爐升溫，時(shí)間約2h.在再結(jié)晶溫度（約750℃)附近放慢升溫速度對(duì)晶粒長(zhǎng)大有利，于磁性也有好處。高溫退火的目的是使軋制后的合金發(fā)生再結(jié)晶，消除加工硬化；通過(guò)擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)凈化；獲得無(wú)序的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和粗化品粒，為使產(chǎn)品最終獲得高磁性創(chuàng)造條件。加熱溫度應(yīng)遠(yuǎn)高于圖27中FeAl的有序無(wú)序轉(zhuǎn)變溫度。例如，1J16和1J13的退火溫度多定在1100℃左右，保溫時(shí)間一般采用2h;溫度低時(shí)采用3h。
（3)冷卻規(guī)范。加熱后進(jìn)行爐冷，冷卻速度約為100℃/h.爐冷比控制降低的效果好。冷卻規(guī)范對(duì)合金的性能有重要作用。各種牌號(hào)鐵鋁合金的性能要求相差較大，它們的冷卻方法有明顯的不同。1J16要求高的磁導(dǎo)率和低的矯頑力，希望各向異性常數(shù)Ki和飽和磁致伸縮系數(shù)λs同時(shí)具有較低值。根據(jù)圖27,可由快冷（或淬火）來(lái)控制合金的有序度。關(guān)鍵是掌握快冷開(kāi)始溫度。溫度過(guò)高應(yīng)力太大，過(guò)低則有序度過(guò)高，一般以600~700℃開(kāi)始快冷較為適宜。實(shí)踐表明，在650℃淬火μi和μm都最大。為了保證淬火速度，可采用冰水作冷卻介質(zhì)，生產(chǎn)上也可采用冰鹽水、水、油或其他冷卻劑。
1J13要求高的飽和磁致伸縮系數(shù)λ。所以合金冷卻時(shí)，在730℃附近必須緩慢進(jìn)行，使α相有序化；而在520℃左右更緩慢進(jìn)行，以使其轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3Al有序結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)表明，這個(gè)合金在氫氣中以小于250℃/h的速度冷卻通過(guò)520℃時(shí)，可以獲得最大的磁致伸縮系數(shù)。
1J12要求兼有較高的磁導(dǎo)率和磁感應(yīng)強(qiáng)度。根據(jù)圖27,冷卻時(shí)合金在約470℃發(fā)生磁性α無(wú)序固溶體向磁性Fe3Al有序固溶體的轉(zhuǎn)變。如果從470℃以上緩慢冷卻，當(dāng)有序化較充分時(shí)，各向異性常數(shù)Ki 趨于零值（見(jiàn)圖28c),有利于獲得高磁導(dǎo)率（見(jiàn)圖28a).如果較快冷卻（淬火），則Ki 值較大，磁導(dǎo)率降低。飽和磁致伸縮系數(shù)λs 的情況與磁導(dǎo)率相反（見(jiàn)圖128c)。可見(jiàn)Ki與λs 不能同時(shí)都趨于零。為了獲得最佳磁性能，確定最佳冷卻制度，特別是Fe3Al有序化溫度以下的冷卻速度或冷卻溫度，具有重要意義。目前主要依靠試驗(yàn)來(lái)確定。
1J6要求具有高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。合金在熱處理過(guò)程中不發(fā)生有序化轉(zhuǎn)變。一般采用比較簡(jiǎn)單的緩慢冷卻方法。出爐溫度較低，以降低矯頑力和提高磁導(dǎo)率。為了提高磁性，退火后進(jìn)行一次磁場(chǎng)熱處理。其工藝為：在氫氣中重新加熱至700-750℃,外加1200~1600A/m的磁場(chǎng)，保溫2~4h，然后以50℃/h的速度冷卻到250℃出爐。
以上四種鐵鋁合金的熱處理工藝見(jiàn)表8 。
2.4.3 時(shí)效處理
1J16的溫度穩(wěn)定性不夠理想。為了改善其溫度穩(wěn)定性，方法之一是進(jìn)行人工時(shí)效處理。工藝為50~150℃保溫10~20h。
2.5 非晶態(tài)合金
20世紀(jì)50年代出現(xiàn)非晶態(tài)合金（又稱(chēng)金屬玻璃）。之后不久一直到現(xiàn)在，非品態(tài)合金都是研究和開(kāi)發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)。由鐵族金屬（Fe、Co、Ni等）和類(lèi)金屬（B、Si、P等）用液態(tài)急冷（冷速達(dá)10°℃/s以上）法等制備的非晶態(tài)合金，由于無(wú)晶界和磁晶各向異性，不存在磁疇壁移動(dòng)的障礙，容易磁化；同時(shí)因?yàn)殡娮杪矢撸瑴u流損耗也小，所以表現(xiàn)出優(yōu)良的軟磁特性，以及良好的耐蝕、耐磨性能。目前已取得實(shí)用的金屬玻璃有兩類(lèi)：
①高磁感應(yīng)強(qiáng)度的非晶態(tài)軟磁材料，主要是Fe-B系或Fe-B-Si系合金，為了提高磁導(dǎo)率和磁感應(yīng)強(qiáng)度，并降低矯頑力，加入一定量的Co,這類(lèi)合金多用于電力變壓器和電機(jī)，以及電源變壓器、開(kāi)關(guān)電源、脈沖變壓器和電抗器等；
②高磁導(dǎo)率的非晶態(tài)軟磁材料，基本上是Co-Fe-B系和Ni-Fe-B系合金，主要用于無(wú)線(xiàn)電和儀器儀表工業(yè)中的信息敏感器件和小功率器件，如磁屏蔽、磁頭、高頻開(kāi)關(guān)電源、磁彈傳感器、漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)、磁調(diào)節(jié)器、小功率脈沖變壓器和小功率瓦特表等。以上兩類(lèi)非晶態(tài)軟磁合金的基本電磁性能見(jiàn)表9。
▼表9 非晶態(tài)軟磁合金的基本電磁性能
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