关于软磁材料开路样品的矫顽力的测量

上海圣通电气有限公司进行了大约两年的软磁材料开路样品直流磁特性测试设备的研究，经过数千个测试数据的考核，成功验证了软磁直流螺线管圆柱样品退磁修正法、软磁材料B类磁导计法和软磁材料矫顽力测试仪，并就铁磁圆柱直流磁性能标准样品测定方法、磁导计校正方法申请发明专利，上海圣通电气有限公司是目前唯一一家将3种测试方法进行统一的直流磁性能设备制造企业。

在完成此项目的研究过程中，我们发现软磁开路样品测量中对材料的矫顽力Hc测量并非那么简单，参考GB/T 3656-83《电工纯铁磁性能测量方法》，GB/T 13888-92《在开路样品中测量磁性材料矫顽力的方法》（基本参考IEC 404-7）和GB/T 3656-2008《软磁材料矫顽力的抛移测量方法》均存在较大的问题，即采用标准规范进行软磁材料开路样品的矫顽力测量，可能会存在较大的负偏离，并随材料的长径比增加偏差减小，随材料的矫顽力增大长径比要求降低。

就最新GB/T 3656-2008《软磁材料矫顽力的抛移测量方法》有以下两点是值得推敲的：

1、试样制备：试样应为长条型，长宽（或直径）比小于10mm，薄板试样推荐尺寸为：长（200±0.3）mm，宽（20±0.2）mm，厚1mm~4mm，棒形试样推荐尺寸为：试样长200±0.2mm，直径10±0.2mm（即长径比γ=20），试样平直，截面积均匀，不得有明显的孔洞、毛刺和腐蚀等缺陷。

2、结果表示：测量结果的有效位数应根据不确定度的评估结果确定。若测量符合本标准规定，矫顽力Hc的测量结果再现性以相对标准偏差表示为3%。

我们选取两个矫顽力差异比较大的铁磁圆柱材料棒进行相关分析。

样品一、Q235 钢，直径10mm

长径比γ	Hcj(A/m)	Hmax(A/m)
10.7	865	30000
19.2	908	30000
31.9	930	30000
53.0	940	30000

样品二、德国4015IL（Cr钢），直径8mm

长径比γ	Hcj(A/m)	Hmax(A/m)
12.5	144.1	24000
22.5	163.6	24000
37.5	171.9	24000
62.5	173.8	24000

可以发现对于铁磁材料圆柱棒状样品测试已经超过了标准的要求，参考GB/T 13888-92（或IEC 404-7）测试准确度5%，4015IL材料也将超出。另外GB/T 13888-92附件提到：“具有高矫顽力的试样，长度比常常小于5：1。在这种情况下，采用在磁化时把若干段同样的材料靠在试样两端，使试样加长，有利于磁化到饱和。”实际对矫顽力较低的样品更应考虑采用这方法。

采用标准B类磁导计测试棒状开路样品，矫顽力为正偏差，同时偏差与极靴材料的关联，采用DT4纯铁和1J50会存在差异。通过对磁导计进行校正，可以满足对开路样品的准确测量，这三种方法相辅相成，并可相互验证。

近年的对器件测试Hc的要求越来越多，主要涉及继电器行业、电磁阀和燃油喷嘴等企业用户。意大利LE公司的的Coercimeter-03和日本理研的K-HC1000为世界范围内被大家认可的产品。 LE公司的Cr3参考IEC 404-07标准采用霍尔传感器测试饱和充磁后，进行反向退磁，直到杂散磁场降到零，读取此时的电流计算矫顽力；日本理研的K-HC1000通过对饱和充磁的样品施加不同的退磁磁场，并不断抛移测试感应线圈（或样品），测试磁通为零时对应的电流计算矫顽力，两种方法均可行，在霍尔传感器分辨率满足的条件下，前者测试连续性更好、数据更加准确，因此我们的软磁测试系统也采用了这样的方法来制作。即采用模拟冲击法测试开路样品的磁滞回线，完全计算机自动控制，减少人为或机械的操作误差。国内同行可能对GB/T 13888-92（或IEC404-07）标准不太了解，所以基本上都是采用GB/T 3656磁通法测量。所以我们有必要对这两种方法测试进行一次比较（样品长度100mm，直径8mm）：

编号	测试方法	测试设备	测试材料	Hm（A/m）	Hc（A/m）
1#	磁通法	GM2100SD	国产Cr17	24000	586.0
1#	磁强计法	GM2100HC	国产Cr17	24000	585.0
2#	磁通法	GM2100SD	4015IL	24000	144.10
2#	磁强计法	GM2100HC	4015IL	24000	141.28

相关产品链接：软磁性能测试系统

说明：样品是宁波精益轴业有限公司提供，不代表国产Cr17普遍性能这么差，只是购买到的产品差，国内有好的；但与德国材料比较还是有差距，矫顽力满足要求，硬度和耐磨性有差距，材料行业需要努力！

经过1年多的对三种测试方法的课题研究，阶段性获得结论为：

1、螺线管退磁修正法，可以满足铁磁圆柱长样品的准确测量，矫顽力Hc精度可以控制在-1.0%的范围内，同时可满足磁化曲线和磁滞回线以及包括最大磁导率um、剩磁Br和饱和磁感应强度Bs的精确测量。

2、配置B类磁导计，可以满足长度大于100mm，直径小于30mm，矫顽力大于100A/m的铁磁材料开路样品测量，矫顽力Hc精度可以控制在+3.0%范围内，同时可满足磁滞回线以及包括剩磁Br和饱和磁感应强度Bs的精确测量。

3、可以满足可以满足铁磁圆柱长样品的准确测量，矫顽力Hc精度可以控制在-1.0%的范围内，由于只测试Hc值，无退磁修正。

4、对于异形器件的矫顽力Hc测量，基本上以上三种方法很难达到，除非材料的矫顽力已经超过数千A/m，如硬质合金材料，但这恰恰正是广大企业所急需的设备。如何解决是最关键的问题。

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