《增材制造 传感器用磁芯技术要求》征求意见稿

ICS77.040.10

CCSH22

团体标准

T/CSTMXXXXX—2023

增材制造传感器用磁芯技术要求

Additivemanufacturing—Technicalrequirementsformagneticcoresofsensors

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

中关村材料试验技术联盟发布

T/CSTMXXXXX—2023

引言

磁芯是应力传感器中最重要的核心部件，其品质关系到测量的灵敏度、测量结果的准确性和可靠性

等。增材制造具有无需模具、近净成型和易于制备等优势，在复杂几何形状传感器用磁芯的制造方面潜

力巨大、前景广阔。对传感器用磁芯的增材制造过程及品质进行规范非常紧迫且重要。

本文件的发布机构提醒注意，声明符合本文件时，可能涉及到第4章传感器用磁芯的制造要求与第

5章传感器用磁芯的激光粉末床熔融参数及流程会使用到“一种激光熔融立体成型制作铁基非晶传感器

探头的方法”专利，专利号：ZL201811187473.1。

该专利持有人已向本文件的发布机构承诺，他愿意同任何申请人在合理且无歧视的条款和条件下，

就专利授权许可进行谈判。该专利持有人的声明已在本文件的发布机构备案。相关信息可以通过以下联

系方式获得：

专利持有人：中国矿业大学

地址：江苏省徐州市大学路1号中国矿业大学科研院

本文件的发布机构对于该专利的真实性、有效性和范围无任何立场。

请注意除上述专利外，本文件的某些内容仍可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

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增材制造传感器用磁芯技术要求

重要提示:使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验。本文件并未指出所有可能的安全问

题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。

1范围

本文件规定了激光粉末床熔融制造应力传感器用磁芯相关的术语、人员要求、设备要求、粉末要求、

环境条件、激光粉末床熔融的参数、流程、传感器用磁芯的成品要求以及设备检验与维护等。

本文件适用于以激光粉末床熔融工艺制备的应力传感器用磁芯。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅

该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法

GB/T1480金属粉末干筛分法测定粒度

GB/T2900.60-2002电工术语电磁学

GB/T3500粉末冶金术语

GB/T3850致密烧结金属材料与硬质合金密度测定方法

GB/T7232金属热处理工艺术语

GB/T7665-2005传感器通用术语

GB/T13012软磁材料直流磁学性能的测量方法

GB/T19077粒度分析激光衍射法

GB/T35021增材制造工艺分类及原材料

GB/T35022增材制造主要特性和测试方法零件和粉末原材料

GB/T35351-2017增材制造术语

GB/T37698增材制造设计要求、指南和建议

GB/T39247增材制造金属制件热处理工艺规范

GB/T39252增材制造金属材料粉末床熔融工艺规范

GB/T39254增材制造金属制件机械性能评价通则

HB5220高温合金化学分析方法（系列）

ISO/ASTM52921增材制造术语坐标系统和测试方法（Standardterminologyforadditive

manufacturing—Coordinatesystemsandtestmethodologies）

3术语和定义

GB/T2900.60-2002、GB/T3500、GB/T7665-2005、GB/T7232、GB/T35351-2017、和ISO/ASTM52921

界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

传感器sensors

1

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能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

[来源：GB/T7665-2005，3.1.1]

3.2

磁芯magneticcores

传感器的核心部件，由铁磁性软磁材料制成，通常要求具有高的磁导率和低的矫顽力等。

3.3

增材制造additivemanufacturing;AM

以三维模型数据为基础，通过材料堆积的方式制造零件或实物的工艺。

[来源：GB/T35351-2017，2.1.1]

3.4

粉末床powderbed

增材制造工艺中的成形区域，在该区域中原材料被沉积，通过热源选择性地熔化、烧结或者用粘接剂来

制造零件或实物。

[来源：GB/T35351-2017，2.5.5]

3.5

激光粉末床熔融laserpowderbedfusion

以激光作为热源，选择性地熔化/烧结粉末床区域的增材制造工艺。

[来源：GB/T35351-2017，2.2.5，有修改]

3.6

激光功率laserpower

激光粉末床熔融中所使用激光束的功率，是激光热源的重要参数，是工艺优化中最经常调整的参数之一，

对能量密度及成型质量有重要影响。

3.7

扫描速度scanspeed

激光束沿扫描方向的移动速度，对能量密度及激光粉末床熔融零件的成型质量有重要影响，是激光粉末

床熔融工艺优化中另一个最经常调整的参数。

3.8

扫描策略scanstrategy

激光粉末床熔融工艺过程中激光束在空间移动轨迹和扫描先后顺序的总称。

3.9

扫描间距hatchspace

激光粉末床熔融工艺过程中相邻激光束路径间的距离。

3.10

后处理posttreatment

2

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增材制造成形工艺后的处理工艺，为使最终产品达到预期性能。

[来源：GB/T35351-2017，2.5.4]

3.11

磁芯相对密度relativedensityofmagneticcores

激光粉末床熔融制备的磁芯密度与参考物体密度的比值，本文件中取相同成分的块体致密物为参考物

体。

3.12

饱和磁感应强度saturationmagneticinduction

磁性材料在外加磁场中被磁化时所能够达到的最大磁感应强度。

3.13

磁导率magneticpermeability

磁性材料在介质中的磁通密度与磁场强度的比值，本文件中特指相对磁导率。

[来源：GB/T2900.60-2002，121.12.28，有修改]

3.14

矫顽力coercivity

通过单调降低外加磁场强度，使试件的磁通密度或磁极化强度和磁化强度从磁饱和状态值降为零时，试

件中的矫顽磁场强度。

[来源：GB/T2900.60-2002，121.12.69]

4制造要求

4.1人员要求

增材制造操作人员应身体健康，具有物理学、磁学与力学相关知识背景及高端制造经历；设备维护

和操作人员应经过专业培训，取得操作资格证方可进行增材制造试验。

4.2设备要求

增材制造设备应工作状态良好，并需定期对刮刀、电机、激光振镜、平台状况等进行检修；耗材应

能足够打印出模型；保护气体余量应足够维持打印仓内的气体浓度。

4.3粉末要求

4.3.1化学成分

要求铁磁性金属材料粉末具有较高纯度，实际化学成分相比于标定成分偏差≤0.1%。

附录B中给出了可用于磁芯激光粉末床熔融的铁磁性粉末的化学成分，供参考。

粉末的化学成分分析按照HB5220的规定进行。

4.3.2粒度要求

附录C中表A给出了铁镍粉末和铁硅粉末的粒度分布要求，供参考。

粉末的粒度组成测定按照GB/T1480的规定进行，粉末的粒度分布测定按照GB/T19077的规定进

行。

4.3.3磁学性能

3

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用于磁芯激光粉末床熔融的粉末材质一般应具有较高的磁导率、饱和磁感应强度和较低的矫顽力。

附录B中给出了可用于磁芯激光粉末床熔融的铁磁性粉的磁学性能，供参考。

粉末的磁学性能测定按照GB/T13012的规定进行。

4.4环境条件

仪器在常规温度、湿度环境下均可正常工作，建议环境温度：（25±15）℃、相对湿度：（60±20）%。

增材制造设备应在地面或稳固平台上进行，增材制造区域内应无可察觉的机械动。

设备四周留有足够空间，保证通风和散热。

须谨防磁场对铁磁性粉末的影响，设备四周应无强磁场（不大于0.1T）。

5激光粉末床熔融参数及流程

5.1激光粉末床熔融参数

影响激光粉末床熔融制造效果的参数主要有扫描策略、激光功率、扫描速度等，附录C中表B给出

了铁磁性材料激光粉末床熔融参数供参考，实际激光粉末床熔融参数由于粉末原料种类多样，应通过实

验进一步探究确定。

5.2激光粉末床熔融流程

传感器用磁芯的激光粉末床熔融一般可按以下步骤进行：

（1）使用三维建模软件设计、建立磁芯模型；

（2）使用与3D打印机相配套的切片软件对磁芯模型进行切片、添加支撑；

（3）通过3D打印机的控制面板调试激光粉末床熔融的工艺参数（扫描策略、激光功率、扫描速度

等）；

（4）将粉末用干燥箱烘干后加入3D打印机的粉末仓内，调试粉末仓平台高度并用刮刀刮去表面多

余的粉末；

（5）将切片文件导入3D打印机；

（6）打印仓充保护气体（氩气），完成充气后开始打印；

（7）打印完成后收集废粉，使用筛粉机对废粉进行回收处理；

注：上述流程所使用的3D打印机型号为GE公司生产的Mlabcusing200R金属3D打印机，其他型号

的3D打印机可参考使用。

5.3后处理

5.3.1表面处理

对成形后的磁芯进行表面处理以达到规定的尺寸、表面粗糙度等指标。

常用的表面处理方法有喷砂、打磨、抛光、磨粒流、精磨、机械加工、电化学腐蚀等。

5.3.2热处理

对成形后的磁芯进行去应力退火处理。

去应力退火通常在磁芯从成形平台去除前进行。

去应力退火宜在磁芯成形后24h内进行。

传感器用磁芯的热处理按照GB/T39247的规定进行。

6成品要求

4

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6.1化学成分

传感器用磁芯的化学成分相比于粉末成分偏差≤1%。

传感器用磁芯的化学成分分析按照HB5220的规定进行。

6.2力学性能

传感器用磁芯的力学性能应保证使用过程中不易损坏，有一定塑性，耐用性高。建议传感器用磁芯

的力学性能满足屈服强度≥100MPa。

传感器用磁芯的力学性能测定按照GB/T228.1的规定进行。

6.3磁学性能

传感器用磁芯的磁学性能应能保证使用过程中的测量结果准确，测量灵敏度高。磁学性能应满足：

饱和磁感应强度为0.1~2.5T，矫顽力为0.1~200A/m。

传感器用磁芯的磁学性能测定按照GB/T13012的规定进行。

6.4密度

最终成形的传感器用磁芯的相对密度应不小于99%。

传感器用磁芯的密度测定按照GB/T3850的规定进行。

6.5尺寸及允许偏差

传感器用磁芯的尺寸按照实际实验要求确定，尺寸允许偏差≤50μm/100mm。传感器用磁芯的尺寸

采用相应精度的量具测量，检验位置及方法按照实际试验需要进行。

6.6外观质量

6.6.1传感器用磁芯不得有缺损、掉块、裂纹等缺陷。传感器用磁芯的外观质量采用目视检查，必要

时，结合相应精度的量具进行检验。

6.6.2在不超出尺寸允许偏差的前提下，允许采用喷砂、打磨、机加工等方法改善表面质量。

7仪器设备及其检验与维护

7.1仪器设备：干燥箱、激光粉末床熔融设备及配套软件、氩气瓶等气体源设备、筛粉机、喷砂机。

7.2仪器设备检验与维护：

7.2.1每次开启激光粉末床熔融设备前检查各部分连接线是否正常、平台是否校准、耗材是否足够等；

7.2.2定期（建议1-2个月一次）检查冷却模块是否缺冷却水、有无零件老化现象、设备螺母是否有松

动或过紧等；

7.2.3定期（建议1-2个月一次）清洁激光粉末床熔融设备的平台、导轨、电机、风扇、刮刀、激光器

振镜等上的污垢；

注：设备维护应由具有资质的人员使用合适的方法、合适的工具与合格的零部件进行。

7.2.4每次进行激光粉末床熔融设备之前检查气体源设备气体余量，气体余量应足够完成本次增材制

造；

7.2.5定期（建议2-4个月一次）检查筛粉机筛网，更换老化失效的筛网；

7.2.6每次使用喷砂机之前检查储砂箱内砂料余量，砂料余量应足够完成本次喷砂处理；

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7.2.7每次使用喷砂机之前检查喷砂枪、喷嘴、砂管、气管的磨损情况，若出现磨损严重及破损现象

立即更换。

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附录A

（规范性）

试验记录卡

表A磁芯激光粉末床熔融设备制造记录卡

编号12345678备注

粉末成分

粒度分布

(μm)

粉末矫顽力

情况(A/m)

磁导率

饱和磁感应

强度(T)

激光功率

(W)

增材扫描策略

制造扫描速度

参数(mm/s)

扫描间距

(μm)

环境温度(℃)

条件湿度

密度(kg/m3)

力学性能

(MPa)

打印矫顽力

质量(A/m)

磁导率

饱和磁感应

强度(T)

打印人员

后处理

后处理人员

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附录B

（资料性）

表A可用于磁芯激光粉末床熔融制造的铁磁性材料及其电磁学性能(1)

材料成分饱和磁化强度(T)最大相对磁导率矫顽力(A/m)

PureFe2.162000-4000010-200

Fe-3%Si–nongrain

1.90-2.102000-1200020-90

oriented

Fe-3%Si–grainoriented1.95-2.0510000-900005-20

表B可用于磁芯激光粉末床熔融制造的铁磁性材料及其电磁学性能(2)

饱和磁化强度

材料系列材料成分相对磁导率电阻率(μΩcm)

(T)

81%Ni-17%Fe-2%Mo0.7014-55060

铁-镍基合金50%Ni-50%Fe1.5014-160–

80%Ni-20%Fe1.088000-120000–

Fe-3%Si2.152520-60

铁-硅基合金Fe-6.5%Si1.801070082

85%Fe-9%Si-6%Al1.0014-125–

铁-钴基合金49%Fe-49%Co-2%V2.4020000-6600040

Finemet73.1%Fe-13.5%Si-9%B-1%Cu-3%Nb0.53-1.246000-100000130

Metglass80%Fe-9%Si-11%B0.57-1.5120000-1000000130

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附录C

（资料性）

表A铁镍、铁硅粉末粒度要求（供参考）

粒度分布(μm)

粉末成分粉末规格(μm)粒度组成

D10D50D90

≤10μm不大于5%，

铁镍10~6020±335±560±3

＞60μm不大于5%

≤15μm不大于5%，

铁硅15~5515±330±555±3

＞55μm不大于5%

表B铁磁性材料激光粉末床熔融参数（供参考）

增材制造参数

粉末成分

切片层厚(μm)激光功率(W)扫描速度(mm/s)扫描间距(μm)保护气体

50%Ni-50%Fe40195800100氩气

80%Ni-20%Fe30160800100氩气

79%Ni-16%Fe-5%Mo25400500–氩气

Fe-6.7%Si5030050060氩气

Fe-6.9%Si257050060氩气

注：本表为激光粉末床熔融打印铁磁性材料时的理想参数，仅供参考。

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附录D

（资料性）

起草单位和主要起草人

本文件起草单位：中国矿业大学、北京理工大学、钢研纳克检测技术股份有限公司、美光(江苏)

三维科技有限公司、哈尔滨工业大学、大连交通大学、中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中国兵

器工业第五九研究所、北京科技大学、中南大学、无锡强力环保科技有限公司、湛江科技学院、徐州工

程学院。

本文件主要起草人：刘海顺、徐春广、杨卫明、殷春浩、张建卫、李帅、霍军涛、黄永江、吕云

卓、韩陈康、魏明、孙茂峰、李富强、裴宁、郑林、张津、焦杨、祝昌军、张雷、薛志强、马严、李文

宇、李宏扬、刘李晨。

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参考文献

[1]GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法

[2]GB/T1480金属粉末干筛分法测定粒度

[3]GB/T2900.60-2002电工术语电磁学

[4]GB/T3500粉末冶金术语

[5]GB/T3850致密烧结金属材料与硬质合金密度测定方法

[6]GB/T7232金属热处理工艺术语

[7]GB/T7665-2005传感器通用术语

[8]GB/T13012软磁材料直流磁学性能的测量方法

[9]GB/T19077粒度分析激光衍射法

[10]GB/T35021增材制造工艺分类及原材料

[11]GB/T35022增材制造主要特性和测试方法零件和粉末原材料

[12]GB/T35351-2017增材制造术语

[13]GB/T37698增材制造设计要求、指南和建议

[14]GB/T39247增材制造金属制件热处理工艺规范

[15]GB/T39252增材制造金属材料粉末床熔融工艺规范

[16]GB/T39254增材制造金属制件机械性能评价通则

[17]HB5220高温合金化学分析方法（系列）

[18]ISO/ASTM52921增材制造术语坐标系统和测试方法（Standardterminologyforadditive

manufacturing—Coordinatesystemsandtestmethodologies）

[19]E.A.Périgo,J.Jacimovic,F.GarcíaFerré,L.M.Scherf.Additivemanufacturingofmagnetic

materials.AdditiveManufacturing,2019,30(C).

[20]T.N.Lamichhane,L.Sethuraman,A.Dalagan,H.Wang,J.Keller,M.P.Paranthaman.Additive

manufacturingofsoftmagnetsforelectricalmachines—areview.MaterialsTodayPhysics,2020,15.

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前言

本文件参照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》和GB/T

20001.4—2015《标准编写规则第4部分：试验方法标准》的规定起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中国材料与试验标准化委员会综合标准化领域委员会（CSTM/FC99）提出。

本文件由中国材料与试验标准化委员会综合标准化领域委员会（CSTM/FC99）归口。

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增材制造传感器用磁芯技术要求

重要提示:使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验。本文件并未指出所有可能的安全问

题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。

1范围

本文件规定了激光粉末床熔融制造应力传感器用磁芯相关的术语、人员要求、设备要求、粉末要求、

环境条件、激光粉末床熔融的参数、流程、传感器用磁芯的成品要求以及设备检验与维护等。

本文件适用于以激光粉末床熔融工艺制备的应力传感器用磁芯。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅

该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法

GB/T1480金属粉末干筛分法测定粒度

GB/T2900.60-2002电工术语电磁学

GB/T3500粉末冶金术语

GB/T3850致密烧结金属材料与硬质合金密度测定方法