本文开展了某软磁材料在热带海洋环境下的自然环境试验，研究了其性能退化模型。结果表明，由于软磁材料的性能退化速率较慢，电感和磁导率实部均可以用线性模型和指数模型进行较好的拟合。本文的研究成果可以为软磁材料的环境适应性评价和实验室加速试验的开展提供数据支持。

软磁材料作为一类重要的功能材料，具有低矫顽力、低剩磁、高饱和磁化强度等优点，因此在电力电子行业中得到了广泛的应用。软磁材料由于磁滞回线较窄，使用期间易发生退磁，进而导致各项物理性能下降，造成不希望的后果。因此，软磁材料的性能退化是值得关注的问题。目前的文献中对于电子元器件的性能退化研究较多，而对于基础材料的研究则较少。本文以某牌号软磁铁氧体为对象，对其在自然环境下的长期试验数据进行建模，探究其退化规律，为其环境适应性评价和设计改进提供数据支持。

试验方法

01.试验对象 

试验对象为某牌号的软磁铁氧体材料，该材料主要用于大功率电路，如天线阻抗变换器，短波功率检测器等。试验样品为该材料加工的磁环（外径25mm，内径15mm，高10mm），如图1所示。

图1 试验样品

02.自然环境试验

自然环境试验将试验对象暴露在真实的自然环境中，经受多种气象环境因素的综合作用，可以获得接近实际使用状态的数据，这种综合作用一般在实验室难以复现。因此，自然环境试验在考察材料和产品的性能退化方面具有独特的价值和意义。本文在国内热带海洋环境下进行为期36月的自然环境试验，试验方式为棚下暴露。

03.检测参数

在试验期间定期对磁环的电磁性能参数进行检测，检测周期为1、3、6、9、12、18、24、30、36月。测试参数包括品质因数、电感、电容、电阻、磁导率等，测试频率为10kHz。检测设备为WK6500B型阻抗分析仪，配合专用于磁环测试的夹具，如图2所示。

图2  测试设备

常用拟合模型

1993年，学者提出性能退化的一般模型：

式中，

yij—第i个产品在时刻tij的某一特征退化量；

α—固定参数；

βi—随机参数；

εij—为测量误差。

基于式（1），性能退化模型又可进一步表现为不同的数学形式，常用的有线性模型、指数模型和幂律模型，如表1所示。不同材料或产品，不同的性能参数，不同的使用环境，不同的时间长度，一般会导致产品的性能退化模型不同，或者模型形式相同而参数取值不同。

表1 常用的性能退化模型

模型构建

不同性能参数不仅退化轨迹不同，退化的速率也千差万别，因此，在一定时间内，不同性能参数退化的“可观测性”也不同。因此，本文首先对全部检测性能参数在36个月期间的变化情况进行初步筛查，选择变化趋势较明显的参数，即电感（L）和相对磁导率实部（μ），用于后续的性能退化模型研究。为了使不同量纲的参数变化趋势更加直观，本文使用约化的性能参数，即

式中，

pi—第i次测试的性能参数；

p0—该参数的初始值。

01.电感

检测设备为WK6500B型阻抗分析仪，配合专用于磁环测试的夹具，如图2所示。对电感的实测数值进行曲线拟合，分别尝试按照线性模型、指数模型和幂律模型进行拟合，结果见图3。

模型表达式为：

可以看出，电感的性能退化模型可以用指数模型和线性模型进行较好地表达，确定系数R2分别是0.9825和0.9824；幂律模型的确定系数略低，为0.9165。

02.磁导率实部

对磁导率实部的退化情况同样按照3个模型进行拟合，结果见图4，模型表达式为：

可以看出，采用线性模型和指数模型可以较好地对磁导率实部的性能退化趋势进行拟合，确定系数分别为0.9641和0.9674，幂律模型的确定系数为0.8965。

03.讨论

检测设备为WK6500B型阻抗分析仪，配合专用于磁环测试的夹具，如图2所示。对电感和磁导率实部的测试数据进行退化建模，结果表明两者均可以较好地符合线性模型和指数模型的数学形式，对于幂律模型的符合性则相对较差。结合表1可以看出，两者的退化速率是缓慢的（β取值极小），此时线性模型与指数模型的表达结果是非常接近的。