納米晶軟磁合金

納米晶薄帶主要用于高頻電子信息領(lǐng)域，應(yīng)用重點(diǎn)是作為開關(guān)電源、電磁干擾（EMI）濾波器中的各類高品質(zhì)鐵芯材料。與傳統(tǒng)的鐵芯（如鐵氧體鐵芯）相比，納米晶鐵芯磁感高、損耗小、性能穩(wěn)定，已經(jīng)成為優(yōu)選產(chǎn)品。

自美國率先開發(fā)出實(shí)用的非晶合金帶材以來，由于高效的制備工藝和優(yōu)異的材料性能，非晶合金正在逐步取代硅鋼、玻莫合金和鐵氧體等傳統(tǒng)軟磁材料，在電力、電子、通訊等領(lǐng)域獲得越來越多的應(yīng)用。十年來，傳統(tǒng)軟磁材料已經(jīng)難以滿足電子和通訊技術(shù)向高頻化、小型輕量化方向發(fā)展的要求，而高質(zhì)量非晶和納米晶合金薄帶與其相比具有突出的優(yōu)勢(shì)，因此，其成為了重要的基礎(chǔ)功能材料，對(duì)高新技術(shù)的發(fā)展起著重要的推動(dòng)和支撐作用，是二十一世紀(jì)信息、生物、能源、環(huán)保、空間與高技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵材料。

在電力電子領(lǐng)域，隨著高頻逆變技術(shù)的成熟，傳統(tǒng)大功率線性電源開始大量被高頻開關(guān)電源所取代，而且為了提高效率，減小體積，開關(guān)電源的工作頻率越來越高，這就對(duì)其中的軟磁材料提出了更高的要求。硅鋼高頻損耗太大，已不能滿足使用要求；鐵氧體雖然高頻損耗較低，但在大功率條件下仍然存在很多問題，一是飽和磁感低，無法減小變壓器的體積；二是居里溫度低，熱穩(wěn)定性差；三是制作大尺寸鐵芯成品率低，成本高。采用功率鐵氧體的單個(gè)變壓器的轉(zhuǎn)換功率不超過20kW。納米晶軟磁合金同時(shí)具有高飽和磁感和很低的高頻損耗，且熱穩(wěn)定性好，是大功率開關(guān)電源用軟磁材料的最佳選擇。采用納米晶鐵芯的變壓器的轉(zhuǎn)換功率可達(dá)500kW，體積比功率鐵氧體變壓器減少50﹪以上。在逆變焊機(jī)電源中納米晶合金已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用，在通訊、電動(dòng)交通工具、電解電鍍等領(lǐng)域的開關(guān)電源中的應(yīng)用也正在積極開發(fā)之中。國內(nèi)普通納米晶帶材約6%用于逆變焊機(jī)領(lǐng)域。

納米晶薄帶未來主要應(yīng)用方向是新能源（太陽能、風(fēng)能）、電動(dòng)汽車等新興產(chǎn)業(yè)涌現(xiàn)的新應(yīng)用領(lǐng)域。在新興應(yīng)用領(lǐng)域里，納米晶薄帶主要用作太陽能光伏逆變器、電動(dòng)汽車車載充電機(jī)的共模電感及高頻變壓器鐵芯材料，市場(chǎng)增量巨大。在全球能源形勢(shì)緊張、氣候變暖嚴(yán)重威脅經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活健康的今天，世界各國都在尋求新的能源替代戰(zhàn)略，以求得可持續(xù)發(fā)展并在日后的發(fā)展中獲取優(yōu)勢(shì)地位。太陽能光伏發(fā)電作為一種清潔可再生的新能源產(chǎn)業(yè)，受到世界各國的普遍關(guān)注和重視。許多國家政府都在加大對(duì)該產(chǎn)業(yè)的政策支持力度，將太陽能光伏等新能源產(chǎn)業(yè)作為引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要舉措。并網(wǎng)光伏逆變器是光伏系統(tǒng)的核心功率調(diào)節(jié)器件，以實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電接入電網(wǎng)、負(fù)載。并網(wǎng)光伏逆變器構(gòu)造內(nèi)的主要電磁元件有輸出濾波電感、共模電感及隔離變壓器。其中，輸出濾波電感的主要作用是將PWM調(diào)制波轉(zhuǎn)換為失真很小的正弦波，從而實(shí)現(xiàn)向電網(wǎng)或負(fù)載饋入干凈的正弦波的作用。采用納米晶薄帶制成的共模電感及高頻變壓器鐵芯，具有體積小、重量輕、節(jié)能等特點(diǎn)。

此外，隨著智能電網(wǎng)的全面鋪開，智能電表將逐步替換傳統(tǒng)的機(jī)械式電表。精密電流互感器是智能電表中的關(guān)鍵元件，隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，納米晶剪切帶也將迎來新的增長(zhǎng)需求。

軟磁合金種類繁多，根據(jù)組成合金的元素不同可分為電磁純鐵（工業(yè)純鐵）、鐵硅合金、鐵鎳合金、鐵鋁合金、鐵硅鋁合金及鐵鈷合金等。若以合金的磁特性不同又可分為高磁飽和合金、高磁導(dǎo)率合金、高矩形比合金、電工鋼、恒導(dǎo)磁率合金、高△B合金、耐蝕軟磁合金和熱磁補(bǔ)償合金等。如果按合金的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為結(jié)晶態(tài)軟磁合金、非晶態(tài)軟磁合金和納米晶軟磁合金。表1列出幾種主要軟磁合金的性能。

表1 幾種主要軟磁合金的磁性能

電磁純鐵碳含量低于0.04%的鐵和軟鋼，包括電工純鐵、電介鐵和羰基鐵。特點(diǎn)是飽和磁化強(qiáng)度高達(dá)2.15T，價(jià)格低廉，加工性能好等;但電阻率低，交變磁場(chǎng)下使用時(shí)渦流損耗大，只適于在靜態(tài)下使用。主要用于作電磁鐵心、極靴、繼電器和揚(yáng)聲器的磁導(dǎo)體以及磁屏蔽罩等。

鐵硅合金 含硅量為0.5%～4.8%的鐵硅合金，一般以薄板形式生產(chǎn)，包括熱軋硅鋼，無取向冷軋硅鋼和取向冷軋硅鋼等。在鐵中加入硅后可消除純鐵嚴(yán)重的磁時(shí)效現(xiàn)象，隨著硅含量的增加，雖然磁飽和（飽和磁化強(qiáng)度）下降，但其電阻率和磁導(dǎo)率升高，矯頑力和渦流損耗減小，從而可擴(kuò)大其在交流領(lǐng)域中的應(yīng)用。由于價(jià)格低廉，已成為軟磁合金的主導(dǎo)產(chǎn)品，廣泛用于電力工業(yè)、機(jī)械電子和儀表工業(yè)作變壓器、功率放大器、電感線圈、電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子等。通常，將電磁純鐵和硅鋼片統(tǒng)稱為電工鋼。

鐵鋁合金鋁含量為6%～16%的鐵鋁合金，具有較好的軟磁性能，不但磁導(dǎo)率和電阻率高，而且硬度高、耐磨性好。但性質(zhì)較脆，難于軋制和沖壓，使用受到影響。該合金主要用于磁頭鐵心和小型變壓器、磁放大器、繼電器的鐵心等。

鐵硅鋁合金在二元鐵鋁合金中加入硅，可以使磁晶各向異性K₁和磁致伸縮λs同時(shí)趨于零，從而獲得高磁性能的鐵硅鋁軟磁合金，命名為森達(dá)斯特合金。其典型成分為含硅9.6%，含鋁5.4%，其余為鐵。它的特點(diǎn)是具有特高的硬度，高的磁飽和（約為1T），高磁導(dǎo)率和高電阻率等特性;缺點(diǎn)是磁性對(duì)成分的起伏非常敏感，較脆，加工性能較差。該合金主要用于音頻和視頻磁頭。

鐵鎳合金鎳含量為30%～90%的鐵鎳合金，常稱坡莫合金。在這一成分范圍內(nèi)，通過加入適量的合金化元素，并采用適當(dāng)工藝，可獲得高導(dǎo)磁、恒導(dǎo)磁、恒矩磁等不同磁特性的軟磁合金。坡莫合金具有很高的塑性，可以冷軋成1μm的超薄帶，是使用領(lǐng)域最廣泛的一類軟磁合金。它可以用在弱磁場(chǎng)下作鐵芯和磁屏蔽，也可作低剩磁和恒磁導(dǎo)率的脈沖變壓器和電感鐵心，還可作高矩形比合金、熱磁補(bǔ)償合金及磁致伸縮合金等。其缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，在特高頻的磁場(chǎng)下使用時(shí)損耗較大。

鐵鈷合金鈷含量為27%～51%的鐵鈷合金，具有最高的飽和磁化強(qiáng)度，如35Co-Fe合金的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到2.43T，比電磁純鐵的高13%。二元鐵鈷合金的力學(xué)性能不好，電阻率低，加入適量的鉻、釩可改善加工性能，最適合作高飽和磁感材料和高性能軟磁材料，主要用于極靴、電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子、變壓器鐵心等。

非晶態(tài)軟磁合金一種無長(zhǎng)程序、無結(jié)晶粒的合金，又稱無定形金屬或金屬玻璃。具有軟磁特性的非晶態(tài)合金的磁導(dǎo)率高、矯頑力小、對(duì)應(yīng)力不敏感，且有耐蝕和高強(qiáng)度的特點(diǎn)。此外，其電阻率較高，可用于高頻。缺點(diǎn)是它在一個(gè)較低的溫度下會(huì)發(fā)生晶化，而且在更低的溫度下會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)弛豫，使磁性發(fā)生變化，因此工作溫度不宜過高，不宜超過100～150℃。非晶態(tài)軟磁合金主要有兩類：即金屬-類金屬型和金屬-金屬型。前者應(yīng)用較多，它又分為鈷基、鐵基和鐵鎳基3類。非晶態(tài)軟磁合金具有不同類型的磁特性，可取代其他軟磁材料之用。

超微晶軟磁合金80年代以來新發(fā)現(xiàn)的一種軟磁合金。由小于50nm左右的結(jié)晶相和非晶態(tài)的晶界相組成，具有比晶態(tài)和非晶態(tài)合金更好的綜合磁性能，不僅磁導(dǎo)率高、矯頑力低、損耗小，且飽和磁感高、穩(wěn)定性好。如鐵基超微晶合金，主要有FeCuNbSiB和FeZrB兩種，與高鎳的坡莫合金一樣，可采用不同熱處理工藝獲得不同的磁性能。

中文名稱

耐蝕軟磁合金

英文名稱

anticorrosion soft magnetic alloy

定　　義

主要成分為FeNi36、FeCr16或FeCr17NiTi的軟磁合金。常用牌號(hào)是IJ36。

應(yīng)用學(xué)科

機(jī)械工程（一級(jí)學(xué)科），儀器儀表材料（二級(jí)學(xué)科），磁性材料(儀器儀表)（三級(jí)學(xué)科）