非晶超微晶(纳米晶)合金知识简介

1、非晶超微晶(纳米晶)合金知识简介非晶超微晶(纳米晶)合金知识简介铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为1020纳米的微晶,弥散分布在非晶态的基体上，被称为超微晶或纳米晶材料. 纳米晶材料具有优异的综合磁性能:高饱和磁感(1.2)、高初始磁导率(8万)、低Hc(0.32A/M）, 高磁感下的高频损耗低（P0.5T20kHz30W/kg）,电阻率为80 微欧厘米，比坡莫合金(50-60微欧厘米)高,经纵向或横向磁场处理，可得到高Br(0.9)或低Br值(1000Gs). 是目前市场上综合

2、性能最好的材料;适用频率范围：50Hz-100kHz，最佳频率范围：20kHz-50kHz.广泛应用于大功率开关电源、逆变电源、磁放大器、高频变压器、高频变换器、高频扼流圈铁芯、互感器铁芯、漏电保护开关、共模电感铁芯.等非晶合金的特点及分类 非晶合金是一种导磁性能突出的材料，采用快速急冷凝固生产工艺，其物理状态表现为金属原子呈无序非晶体排列，它与硅钢的晶体结构完全不同，更利于被磁化和去磁。典型的非晶态合金含80%的铁，而其它成份是硼和硅。非晶合金材有下列特点：（1）非晶合金铁芯片厚度极薄，只有20至30um，填充系数较低，约为082。（2）非晶合金铁芯饱和磁密低。（3）非晶合金的硬度是硅钢片的

3、5倍。（4）非晶合金铁芯材料对机械应力非常敏感，无论是张引力还是弯曲应力都会影响其磁性能。（5）非晶合金的磁致伸缩程度比硅钢片高约10，而且不宜过度夹紧。非晶合金具有的高饱和磁感应强度、低损耗（相当于硅钢片的1/31/5）、低矫顽力、低激磁电流、良好的温度稳定性等特点。 非晶合金可以从化学成分上划分成以下几类： （1）铁基非晶合金(Fe-based amorphous alloys)铁基非晶合金是由80%Fe及20%Si,B类金属元素所构成,它具有高饱和磁感应强度（1.54T），铁基非晶合金与硅钢的损耗比较：磁导率、激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片的特点，特别是铁损低（为取向硅钢片的1/31

4、/5），代替硅钢做配电变压器可节能6070。铁基非晶合金的带材厚度为0.03mm左右，广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器及逆变器铁芯,适合于10kHz 以下频率使用。 （2）铁镍基、钴基非晶合金(Fe-Ni based-amorphous alloy)铁镍基非晶合金是由40%Ni、40%Fe及20%类金属元素所构成，它具有中等饱和磁感应强度0.8T、较高的初始磁导率和很高的最大磁导率以及高的机械强度和优良的韧性。在中、低频率下具有低的铁损。空气中热处理不发生氧化，经磁场退火后可得到很好的矩形回线。价格比1J79便宜3050。铁镍基非晶合金的应用范围与中镍坡莫

5、合金相对应,但低铁损和高的机械强度远比晶态合金优越；代替1J79，广泛用于漏电开关、精密电流互感器铁芯、磁屏蔽等。（3) 铁基纳米晶合金（Nanocrystalline alloy）铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，纳米晶材料具有优异的综合磁性能：高饱和磁感(1.2T)、高初始磁导率(8104)、低Hc(0.32A/M),高磁感下的高频损耗低（P0.5T20kHz30W/kg），电阻率为80/cm，比坡莫合金(50-60/cm)高,经纵向或横向磁场处理，可得到高Br(0.9)或低Br值(1000Gs)。是目前市场上

6、综合性能最好的材料；适用频率范围：50Hz-100kHz，最佳频率范围：20kHz-50kHz 与传统材料的比较 冷轧硅钢的饱和磁感高，但由于其有效磁导率低，高频损耗大，使用频率达不到kHz频段，即使使用极薄硅钢仍达不到铁基非晶的损耗水平；铁氧体材料的价格低廉，但由于其居里温度低，在100以上时的饱和磁感已经很低，因此其使用温度受到限制，再者，其饱和磁感低于0.5T，制造大功率磁芯时需要较大的体积。至于坡莫合金，尽管其磁性能好，可与非晶纳米晶材料相媲美，但由于它含有50以上的镍，成本高，加工工艺复杂，获得用于高频环境下的极薄带的价格昂贵，两者的性价比是不可比的总体来说，非晶合金具有如下优势：

7、（1）不存在时效稳定性问题，纳米晶合金在200以下，钴基非晶合金在100以下，经过长期使用，性能无显著变化； （2）温度稳定性比软磁铁氧体好，在55至150范围内，磁性能变化510，而且可逆； （3）耐冲击振动，随电源整机在30g下的振动试验中，均未发生过性能恶化问题； （4）铁基非晶合金脆性大大改善，带材平整度良好，可以剪切加工，也可以制成搭接式卷绕磁芯，经过5次弯折或拆卸，性能无显著变化。 非晶合金的应用领域 （1）替代极薄硅钢产品，从市场需求来看，极薄硅钢（厚度1.5 2.0 0.7 0.50.8 1.2 0.51.5415 730 250 320 560 400 550 410 480

8、 510 电阻率/cm 140 50 125 140 90 55 106密度/(g/cm3) 7.18 7.65 7.5 8.0 7.25 88.84.8硬度/(hg/mm2) 860 640 900 880 120600饱和磁致伸缩系数/106 2030 27 12 0 12 025 14初始导磁率 1000 1000 4000 30000 80000 10000 2000最大导磁率 200000 10000 200000 200000 2000000200000 矫顽力(A/m) 8.0 0.8 2.0 0.4 20铁损/(W/kg) P1/50=0.07P1/400=1.2 P1/500

9、.3P1/400=5.8 P0.2/20k20 P0.2/20k5 P0.2/20k10 P0.2/20k=13 P0.2/20k20 注：铁损的表示方法：如P1/50表示频率为50Hz,磁通密度为1T的铁损。 （3）工作环境温度高和环境恶劣等的一些电子产品，如油田钻探、海洋探测等特殊环境使用的电子产品用的各种磁性器件，选用非晶纳米晶合金材料制作，可以物尽其用，避免选材上的困扰。（4）航空、航天等军工产品用的各种磁性器件需要小而轻、温度稳定性好、磁性要求高，使用非晶纳米晶合金材料远优于其他软磁材料。（5）高频、大电流、大功率电源变压器、电抗器、滤波器等器件的小型化，目前这些器件大都采用铁氧体或

10、冷轧硅钢，工作频率f=20kHz，工作磁感B=0.2T0.3T，如采用非晶纳米晶合金磁芯，可将工作频率提高到f=40kHz50kHz,工作磁感B=0.5T0.6T，可以大大减小磁芯器件的体积和尺寸。（6）各种抗EMI器件、噪声抑制器和尖峰抑制器 市场前景 非晶合金是一种无序原子结构的合金，它代表了冶金学中最新的材料，其典型生产过程是由熔融的合金在最初的冷却速度率接近于每秒100万度的情况下凝固而成。“非晶合金带材”含铁78%-81%、含硼13-5%、含硅3.5%-8%，另外还含微量的镍和钴等金属元素，外表面特征是具有金属色泽的银灰色薄带。 非晶合金的一个重要应用领域是配电变压器。与取向硅钢变压

11、器相比，非晶变压器的主要优势为： 采用非晶合金作为铁芯材料的配电变压器，其空载损耗比同容量的硅钢变压器降低60%-80%，减少了能源消耗，具有很好的经济效益和环境效益。 由于非晶变压器的空载能耗较低，比较适合在我国农村用电和城市配网。我国“十一五”规划的目标中，明确要“实现2010年人均国内生产总值(GDP)比2000年翻一番”，“单位国内生产总值能源消耗比十五期末降低20%左右”。“十一五”规划对节能降耗的明确提出以及具体目标的出台，对国内各行各业将形成现实的压力，对于耗能大户电网公司压力尤其巨大。电网降耗的短期技术实现手段不多，非晶变压器是必选手段。 目前，我国年均生产配电变压器约2.4亿

12、kVA，如30%改用非晶材料，年生产非晶变压器为7200万kVA，以每台变压器300kVA为例，年需求非晶变压器将达24万台。 这将降低变压器空载损耗13万kW，一年可节约用电11.4亿kWh。相当节约电煤43.3万吨，减少燃煤有害气体排放1.1万吨。 据国家有关部门预测，国内变压器厂对非晶配电变压器铁芯的需求按变压器总需求30%的使用率测算，每年至少需要铁基非晶带材15-20万吨。预期2010年需求将达到20万台，因此未来五年非晶合金变压器需求将高速增长，保守估计年复合增长率在50-100%，非晶合金变压器将成为电网设备中增长最快的品种之一。 在价格方面，由于非晶变压器所需要的铜线比冷轧硅钢要多，所以只有非晶合金的价格与冷轧硅钢片的价格保持合理的比例，才能使得非晶合金在变压器产业中占有市场份额。按照总拥有费用法(简称TOC，是一种评价变压器能源效率比较全面的方法)计算，当非晶变压器的价格1.3倍的同容量的冷