1J22软磁合金

1J22是高饱和磁感应强度铁钴钒软磁合金，在现有软磁材料中该合金的饱和磁感应强度最高(2.4T)，居里点也很高(980℃)，饱和磁致伸缩系数最大(60~100×10-6)。由于饱和磁感应强度高，在制作同等功率的电机时，可大大缩小体积，在作电磁铁时，在同样截面积下能产生大的吸合力。由于居里点高，可使该合金能在其他软磁材料已经完全退磁的较高温度下工作，并保持良好的磁稳定性。由于有大的磁致伸缩系数，极适于作磁致伸缩换能器，输出能量高，工作效率也高。该合金电阻率低(0.27μΩ·m)，不宜在高频下使用。价格较贵、易氧化、加工性能差，添加适量镍或其他元素，可改善其加工性。

1J22概述

1J22是高饱和磁感应强度铁钴钒软磁合金，在现有软磁材料中该合金的饱和磁感应强度最高(2.4T)，居里点也很高(980℃)，饱和磁致伸缩系数最大(60～100×10-6)。由于饱和磁感应强度高，在制作同等功率的电机时，可大大缩小体积，在作电磁铁时，在同样截面积下能产生大的吸合力。由于居里点高，可使该合金能在其他软磁材料已经完全退磁的较高温度下工作，并保持良好的磁稳定性。由于有大的磁致伸缩系数，极适于作磁致伸缩换能器，输出能量高，工作效率也高。该合金电阻率低(0.27μΩ·m)，不宜在高频下使用。价格较贵、易氧化、加工性能差，添加适量镍或其他元素，可改善其加工性。

1J22相近牌号

50КФ(俄罗斯)，Permendur(英国)，Supermendur(美国)，HiperCo50(美国)，1J22/Co50V2（中国）

1J22材料的技术标准

GB/T 15001-1994 《软磁合金尺寸、外形、表面质量、实验方法和检验规则》

GB/T 15002-1994 《高饱和磁感应强度软磁合金技术条件》

1J22化学成分

C≤0.04% Mn≤0.30% Si≤0.30% P≤0.020% S≤0.020% Cu≤0.20% Ni≤0.50%

Co=49.0～51.0% V=0.80～1.80%Fe=余量

1J22热处理制度

冷轧带材试样：随炉升温到850～900℃，保温3～6h,，以50℃/h速度冷却到750℃，再以180～240℃/h速度冷却至300℃出炉，退火介质为露点不高于－40℃的氢气。

锻坯所取试样：随炉升温到1100℃±20℃，保温3～6h，以50～100℃/h速度冷却到850℃，保温3h，然后以30℃/h速度冷却到700℃，再以200℃/h速度冷却至300℃出炉，退火介质为露点不高于－40℃的氢气。

用于要求在较低磁场下具有较高磁感应强度、较低矫顽力、较高矩形比的材料：随炉升温到850℃±10℃，保温4h，以50℃/h速度冷却到750℃，保温3h,然后以200℃/h速度冷却到300℃出炉，在保温(750℃)开始加1240～1600A/m直流磁场，退火介质为露点不高于－40℃的氢气。

1J22应用概况与特殊要求

已生产、使用多年，性能稳定，材料较成熟。适宜做质量轻、体积小的航空、航天用电器元件，如微电子转子、电磁铁极头、继电器、换能器等。

1J22合金组织结构

该合金组织结构为体心立方晶格的单相固溶体，在900～930℃附近发生γα相转变，当温度低于730℃时，产生有序化，形成FeCo超结构，无序的α相转变为有序α′相。

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<100>。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}<00l>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。

基本特点

      在弱磁场下具有极高磁导率的铁镍系软磁合金。

      为提高电阻率、改善工艺性能，在Fe-Ni二元合金中常加入Mo、Cr、Cu等元素。除Fe-Ni系合金外，属于坡莫合金的还有铁硅铝合金和非晶态钴基合金。

      坡莫合金的软磁性能优异，起始磁导率μi为37.5～125mH/m，最大磁导率μm可达125～375mH/m，矫顽力Hc为0.8A/m，电阻率ρ为60～85μΩ·cm。

      合金采用真空感应炉熔炼，经热冷塑性变形制成冷轧带材、冷拉线材或热轧（锻）板材和棒材。

      用于制作音频变压器、互感器、磁放大器、磁调制器、扼流器、音频磁头等。

生产过程

      坡莫合金的生产过程比较复杂。例如，板材轧制的工艺、退火温度、时间、退火后的冷却快慢等都对材料最终的磁性能有很大影响。

      我国的坡莫合金牌号是1JXX。其中，J表示“精密合金”，“1”表示软磁，后面的数字为序号，通常表示合金中的含镍量。例如1J50、1J851等。坡莫合金具有高的导磁率，所以常常用在中高频变压器的铁芯或者对灵敏度有严格要求的器件中，例如高频（数十KHz）开关电源变压器、精密互感器、漏电开关互感器、磁屏蔽、磁轭等。

纳米影响

      采用磁控溅射的方法制备了Ta/NiFe/Ta磁电阻薄膜，分别将CoFe-NOL和Al2O3插层引入NiFe薄膜，研究纳米氧化。

      层(NOL)对NiFe薄膜性能的影响.实验结果表明；将CoFe-NOL引入NiFe薄膜，CoFe-NOL对NiFe薄膜性能有重要影响，并且CoFe-NOL在薄膜中的位置不同影响效果也不同；CoFe-NOL处于Ta/NiFe界面时，由于破坏了NiFe薄膜的织构，导致了NiFe薄膜的各向异性磁电阻(AMR)值的减小和矫顽力的上升CoFe-NOL处于NiFe/Ta界面时，则不会破坏NiFe薄膜的织构，其AMR值和矫顽力基本没有变化。将Al2O3插层引入NiFe薄膜，由于Al2O3插层的“镜面反射”作用，合适厚度的Al2O3插层可以改善薄膜的微结构，提高薄膜的磁电阻值，改善薄膜的磁性能。当Al2O3插层厚度为1.5 nm时，NiFe薄膜有最佳的微结构和性能。

镍合金的应用和分类：

      A.镍基高温合金。主要合金元素有铬、钨、钼、钴、铝、钛、硼、锆等。其中铬起抗氧化和抗腐蚀作用，其他元素起强化作用。在650～1000℃高温下有较高的强度和抗氧化、抗燃气腐蚀能力，是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。该方面人才较稀缺主要集中在钢铁英才网。用于制造航空发动机叶片和火箭发动机、核反应堆、能源转换设备上的高温零部件。

      B.镍基耐蚀合金。主要合金元素是铜、铬、钼。具有良好的综合性能，可耐各种酸腐蚀和应力腐蚀。最早应用的是镍铜合金，又称蒙乃尔合金；此外还有镍铬合金、镍钼合金、镍铬钼合金等。用于制造各种耐腐蚀零部件。

      C.镍基耐磨合金。主要合金元素是铬、钼、钨，还含有少量的铌、钽和铟。除具有耐磨性能外，其抗氧化、耐腐蚀、焊接性能也好。可制造耐磨零部件，也可作为包覆材料，通过堆焊和喷涂工艺将其包覆在其他基体材料表面。

      D.镍基精密合金。包括镍基软磁合金、镍基精密电阻合金和镍基电热合金等。最常用的软磁合金是含镍80%左右的玻莫合金，其最大磁导率和起始磁导率高，矫顽力低，是电子工业中重要的铁芯材料。镍基精密电阻合金的主要合金元素是铬、铝、铜，这种合金具有较高的电阻率、较低的电阻率温度系数和良好的耐蚀性，用于制作电阻器。镍基电热合金是含铬20%的镍合金，具有良好的抗氧化、抗腐蚀性能，可在1000～1100℃温度下长期使用、本文由东莞市赫钢钢铁有限公司提供。

      E.镍基形状记忆合金。含钛50（at)%的镍合金。其回复温度是70℃，形状记忆效果好。少量改变镍钛成分比例，可使回复温度在30～100℃范围内变化。多用于制造航天器上使用的自动张开结构件、宇航工业用的自激励紧固件、生物医学上使用的人造心脏马达等。

可应用于以下行业

1.热处理工业。如炉辊、钟式炉及退火炉等。

2. 煅烧炉。如用其来煅烧生产高性能刚玉，煅烧铬铁矿，以生产铬铁合金，回收在石油化工中用作催化剂的镍。

3.化工和石油化工，用其制备新的蒸汽裂化粗汽油炉，以生产氢等。

4.自动化装置。如催化支撑系统，火花塞。

5.核工业用清洗设备，如核废料清除。

6.钢铁工业。如直接还原铁矿石工艺，生产海绵钛。