分享永磁材料磁性能檢測分析實驗講義

1、磁性材料磁性能檢測分析實驗講義1、實驗?zāi)康牧私庾璧K材料磁性能相關(guān)參數(shù)的要緊因素；把握材料磁化曲線、磁滯回線的測試原理；把握材料磁參數(shù)的測試方式與操作進(jìn)程；了解材料磁性能測試與分析在材料研究中的應(yīng)用領(lǐng)域;2、實驗設(shè)備YSD-10-1半自動油壓機；ST-552型脈沖充磁機；AMT-4型磁化特自動性測量儀。試樣的成型試樣的成型依托外力的緊縮作用而實現(xiàn)。將永磁粉末或混合料粉裝在壓模內(nèi)，然后閉合 模腔通過模沖對物料施壓，保壓一按時刻后卸壓，使其取得模腔的型樣轉(zhuǎn)變成成型物，然后 用適當(dāng)?shù)姆绞矫撃：笕〉帽厝恍螤畹拇朋w制品。壓力通過上模沖傳向粉末時，粉末力圖向各個方向流動，在那個進(jìn)程中，粉末發(fā)生位移 和變形。

2、粉末的位移要緊表現(xiàn)為粉末體內(nèi)的拱橋效應(yīng)受到破壞，粉末顆粒彼此填充孔隙，從 頭排列位置，增加接觸。粉末的變形分為彈性變形、塑性變形和脆性變形：粉末的彈性變形 是指外力卸除后粉末形狀能夠恢恢復(fù)形；粉末的塑性變形是指壓力超過粉末的彈性極限，粉 末的變形不能恢恢復(fù)形；粉末的脆性變形是指壓力超過粉末的強度極限后，粉末顆粒發(fā)生粉 碎性破壞。粉末通過上述變形使粉末之間的孔隙度降低，接觸面積增加，從而形成具有必然 強度的壓坯。壓制后的粉末體具有必然的強度是因為粉末之間的聯(lián)結(jié)力，大致也可分為兩類：一是粉 末之間的機械嚙合力，這是由于具有不規(guī)那么外形的粉末在位移和變形進(jìn)程中彼此楔住和鉤 連，從而形成機械嚙合；二是

3、粉末顆粒表面原子之間的引力，由于粉末的變形和位移，粉末 表面的原子彼此接近，進(jìn)入引力范圍內(nèi)即能夠由引力作用而聯(lián)結(jié)起來。粉末之間的機械嚙合 力是粉末體具有必然強度的要緊緣故。粉末體的密度與成型壓強之間的關(guān)系能夠用黃培云方程來大致表示：d d ）dm log In Qm日方 =log p - log M式中d一壓坯密度；/一壓成原始密度（粉末充填密度）；dm一致密金屬密度；戶一壓制壓 強；M一壓制模量；m一粉末壓制進(jìn)程的非線性指數(shù)。通過施加不同的壓制壓強，能夠取得 不同密度的壓坯。在本實驗中，所用的標(biāo)準(zhǔn)試樣一概為 10 x10mm的圓柱體。、試樣的充磁磁扮裝置由磁軌、極頭和磁化繞組組成。磁軌、極頭

4、和試樣組成閉合回路。磁扮裝置的 簡圖如圖1所示：在該裝置中，極頭的兩極面應(yīng)該平行并與磁場方向垂直。磁化繞組的位置 應(yīng)盡可能靠近試樣并彼此對稱，其軸線與極頭軸線一致。磁扮裝置應(yīng)能產(chǎn)生使試樣磁化到飽 和的磁化場，其值隨永磁材料的種類而轉(zhuǎn)變，并與晶粒的取向有關(guān)。飽和磁場強度乩心的選 擇通常與內(nèi)稟矯頑力有關(guān)，即Hmax=KHcj。系數(shù)K依照永磁材料的種類而轉(zhuǎn)變，一樣在3到 5之間。部份永磁材料的飽和磁場強度見表1。表1部份永磁材料最低飽和磁場強度MaterialsferriteFeCrCoSmCo5Sm2Co17PrSmCo5Ce(CoCuFe)5Sm2(CoCuFeZr)17NdFeBHmax(kA

5、/m)1100240320032002400160016003000磁化組例.場探遍囂兩極面之間的極化場在試樣，測量線圈和磁場探測器所占有的整個空間內(nèi)應(yīng)該足夠均 勻，因此，極面的幾何尺寸必需知足下式：D N d + L(2)D N L(3)式中：D一圓形極面直徑或矩形直徑的最短邊長，m；L一極間距離，m；d一垂直與磁場方向均勻性的最大尺寸，m。工作時，極頭中的磁通密度應(yīng)比其飽和磁通密度低得多，以保證極面近似于磁等位面。 關(guān)于電工純鐵極頭的磁通密度應(yīng)小于，關(guān)于含鉆35%50%的鐵鉆合金極頭的磁通密度應(yīng)小 于。當(dāng)知足上述條件后，在極面間的磁場均勻區(qū)內(nèi)，磁場強度的轉(zhuǎn)變可不能超過1%。熱退磁狀態(tài)的鐵磁

6、性物質(zhì)M. J和B隨磁化場H的增加而增加的關(guān)系曲線稱為起始磁化 曲線，簡稱為磁化曲線，如圖2所示，它們別離被稱之為MH、BH、JH磁化曲線。 M. J、Bs別離為飽和磁化強度、飽和磁極化強度和飽和磁感應(yīng)強度。儀器所顯示的曲線是 MH曲線或BH曲線。由圖2中的MH曲線可知磁化一樣分為四個時期。第一時期是OA時期，即可逆磁化 時期，磁化曲線是線形的，沒有剩磁和磁滯。這一時期是以磁疇壁的可逆位移為主。第二時 期是AB時期，即不可逆磁化時期。在現(xiàn)在期內(nèi)，M隨磁化場的增加而急劇增加，M與H的 曲線再也不是線形的，M再也不沿原曲線減少到零，顯現(xiàn)剩磁，這種現(xiàn)象稱之為磁滯。1919 年，Barkhausen指

7、出那個時期是由疇壁所產(chǎn)生的不可逆位移所引發(fā)的。第三個時期是BS時 期，即磁化矢量的轉(zhuǎn)動進(jìn)程。在現(xiàn)在期內(nèi)，隨著磁化場的增加，磁矩慢慢轉(zhuǎn)動到與外場方向 夾角最小的易磁化方向，若是外場強度足夠大，磁矩將轉(zhuǎn)動到外場方向。現(xiàn)在取得的磁化強 度為飽和磁化強度Ms。第四個時期是SC時期，即順磁磁化進(jìn)程。自S點以后，MH曲線 接近水平，自S點繼續(xù)增加磁化場，Ms還稍有增加，這是因為磁疇內(nèi)元磁矩排列不整齊的 程度取得改善。試樣在脈沖充磁機中充磁將發(fā)生上述進(jìn)程，若是充磁機功率較小，磁化的第四個時期一 樣可不能發(fā)生。充磁后由于磁矩的有序排列程度很高，鐵磁性試樣顯示出很強的磁性。、磁性能的測量測量裝置的簡圖如圖3所示

8、。繞有測量線圈的樣品裝夾在電磁鐵中，當(dāng)磁化電流在電磁 鐵中產(chǎn)生掃描磁化場的時候，通過樣品的磁通隨之發(fā)生轉(zhuǎn)變，并在測量線圈中感應(yīng)出電壓與。 依照電磁感應(yīng)定律：e廣 % = NS*G其中N為測量線圈匝數(shù)，為通過線圈的磁通，B為磁通密度，S為線圈面積。將e1進(jìn) 行積分運算，e j e dt j2 RC 1 RCdt -業(yè) BRC（5 ）由式(4)知e2正比與磁通密度的轉(zhuǎn)變AB.若是對2做比例變換可得勺 讓e3可直接代表 /B，并通太高精度電子積分器拾取測量線圈所感應(yīng)的B信號。依照霍爾效應(yīng)，若是在電流的垂直方向加以均勻的磁場，那么在電流和磁場都垂直的方 向上將成立起一個電場。當(dāng)霍爾元件垂直于磁通密度B

9、時，霍爾元件的輸出電壓：Vh=(6)式中Kh為霍爾系數(shù)，B為磁通密度，/為空氣磁導(dǎo)率。由霍爾探頭拾取磁場信號，經(jīng) 放大處置后能夠取得VH的值。由于Kh和.為定值，故適本地設(shè)置/H，可使VH直接代表B 或H。把e3和VH的值送入電腦中，按不同的方式改變磁化電流值，就能夠夠繪出樣品的退磁 曲線和磁滯回線等，由這些曲線可進(jìn)一步求出相應(yīng)的參數(shù)來。將鐵磁體在A點磁化狀態(tài)(+MS)經(jīng)CSD點后到E點磁化狀態(tài)(-MS)的進(jìn)程稱之為反磁化進(jìn) 程。與反磁化狀態(tài)進(jìn)程相對應(yīng)的B-H曲線稱之為反磁化曲線。兩條反磁化曲線組成的閉合 回線為磁滯回線，如圖4所示。其中曲線1是內(nèi)稟磁滯曲線，曲線2是B-H磁滯回線。退磁曲線由

10、四部份組成。第一部份是AC時期。當(dāng)磁化場由A點減少到零的時候，每一 個晶粒的磁矩都轉(zhuǎn)動到該晶粒最靠近外磁場的易磁化方向。在磁化場減少到零的進(jìn)程中鐵磁 體內(nèi)部可能會產(chǎn)生新的反磁化疇。第二部份是CS時期，該時期既可能是磁矩的轉(zhuǎn)動進(jìn)程， 也可能是疇壁的小Barkhausen跳躍。第三部份是SD時期，它是不可逆的大Barkhausen跳躍。 第四部份是DE時期，它是磁矩轉(zhuǎn)動到反磁化場方向的進(jìn)程。在測量計算中，為了簡便起見， 測量儀用第二象限的退磁曲線代表整個退磁曲線并在運算機上將其顯示。4實驗步驟實驗步驟如圖5所示：樣品制備一M脈沖充磁M儀器調(diào)漂M輸入?yún)?shù)M極型判別處理結(jié)果f取出樣品卜| -向充磁寫|

11、 +向充磁寫裝夾樣品圖5測試永磁樣品的流程圖試樣的制備一、將模具裝置在液壓機上。二、設(shè)定適合的成型壓強，并在壓機上調(diào)整好相應(yīng)的成型壓力。3、將粉末均勻地裝進(jìn)壓模內(nèi)。4、啟動壓機，壓制粉末，壓力達(dá)到要求后保壓一按時刻，然后卸壓。五、脫模并掏出標(biāo)準(zhǔn)試樣。6、清洗模具，預(yù)備進(jìn)行下一次壓制。一、將模具放入電磁鐵兩級間，調(diào)整好兩級間的距離，使之能恰好掏出模具為止。二、合上電源開關(guān)，打開充磁機操縱柜電源操縱開關(guān)，按下綠色按鈕“向前”，充磁機 開始充磁。3、待35秒后，按下紅色按鈕“停止”，掏出模具，在壓機上進(jìn)行壓制，然后將模具 從頭放回充磁機內(nèi)。4、按下黑色按鈕“向后”，充磁機進(jìn)行退磁，待35秒后按下紅色

12、按鈕“停止”，掏出 模具。五、關(guān)充磁機操縱柜電源開關(guān)，關(guān)上總電源。退磁曲線的測量一、打開測試儀電源，預(yù)熱20分鐘以上，以保證電磁體能正常工作。二、硬件校準(zhǔn)：a、掏出霍爾探頭和測試線圈，將其移出磁場。b、按以下圖讀鍵后，按住清零鍵的同時調(diào)劑測量儀后背的Br旋鈕，使其顯示為零。c、調(diào)劑Hcj旋鈕，使其顯示也為零。d、調(diào)零(BH)max：按下校準(zhǔn)II鍵，按住清零鍵的同時調(diào)劑背后的(BH)max旋鈕，使其為零。e、把標(biāo)準(zhǔn)線圈的值拔入面板，后，將霍爾探頭和測量線圈放入磁場當(dāng)中，壓下電磁鐵 的極頭，線圈與極頭之間的距離應(yīng)該與被測樣品的高度相近。f、按下校準(zhǔn)I鍵后，進(jìn)入校準(zhǔn)軟件。電流檔按下鐵氧體低檔后進(jìn)行硬

13、件調(diào)漂，通過調(diào)劑 漂移鍵使測量儀的漂移盡可能減小。g、將測量儀顯示的值請零后按下啟動鍵，用Br/Hcb的值來調(diào)劑Hcj,3、軟件校準(zhǔn)：a、將面板上的電流鍵和校準(zhǔn)鍵抬起，按下電腦鍵，進(jìn)入自動測試軟件。進(jìn)入校準(zhǔn)菜單。旋轉(zhuǎn)電磁鐵的極頭，掏出探頭，點自動調(diào)整探頭零點鍵，假設(shè) Hcj 未達(dá)到零點，那么點手動鍵，使其顯示為零。c、探頭調(diào)零后，輸入校準(zhǔn)線圈數(shù)據(jù)，按確認(rèn)鍵。將校準(zhǔn)線圈和探頭放在磁場中部，壓 下電磁鐵的極頭，線圈與極頭之間的位置仍是與被測樣品的高度相近。d、按復(fù)位鍵，開始軟件調(diào)漂。若是漂移不嚴(yán)峻，那么用自動調(diào)整積分漂移鍵；若是漂 移嚴(yán)峻，那么用手動調(diào)漂。當(dāng)漂移穩(wěn)固后，點擊復(fù)位鍵，進(jìn)行半程校準(zhǔn)。4、測量樣品：a、進(jìn)入輸入菜單，輸入被測樣品形狀、尺寸；所用線圈類型、線圈數(shù)據(jù)（線圈面積和線 圈匝數(shù)）。一樣充磁電