鐵基非晶合金簡介

非晶合金，或稱為金屬玻璃，它是20世紀70年代問世的一種新型材料，是利用急冷技術，將鋼液一次成型為厚度為30微米的薄帶，得到的固體合金（薄帶）是不同于冷軋硅鋼材料中原子規(guī)則排列的晶體結構，正是這種合金其原子處于無規(guī)則排列的非晶體結構，使其具有狹窄的B-H回路，具有高導磁性和低損耗的特點；同時非晶合金原子排列的不規(guī)則限制了電子的自由通行導致電阻率比晶體合金高出2-3倍，這樣也有利于減少渦流損耗。以非晶合金為原料制成的變壓器鐵心，其空載損耗與采用硅鋼片的傳統(tǒng)變壓器相比，減少了75%左右，使非晶合金變壓器具有十分顯著地節(jié)能和環(huán)保效果，當非晶合金變壓器鐵心用于油浸變壓器時，可明顯減排多種有害氣體。所以，越來越多的生產廠商采用非晶合金來作為變壓器鐵心的原材料。

替代硅鋼片，作為工頻配電變壓器鐵芯

中頻變壓器鐵芯(400Hz－15KHz)

環(huán)形濾波電感、開口電感鐵芯(15kHz以下)

大功率開關電源、電抗器鐵芯

飽和電抗器、脈沖壓縮器鐵芯

表1 鐵基非晶合金的物理性能（國標牌號1K101）

飽和磁感應強度Bs 1.56T 硬度Hv> 960

居里溫度Tc 410°C 密度d 7.18g/cm3

晶化溫度Tx 550°C 電阻率r 130Wm-cm

飽和磁致伸縮系數ls 27´10-6 熱膨脹系數Dl/l

表2 鐵基非晶合金的典型磁性能

產品類型 橫向磁場退火 無磁場退火 縱向磁場退火

最大導磁率 >2x104 >20´104 >25´104

飽和磁感應強度 1.5 T 1.5 T 1.5 T

剩余磁感應強度 <0.5 T 0.5－1.0 T 1.2 T

矯頑力 <4A/m <2.4 A/m <4A/m

損耗(50Hz, 1.4T) <0.2W/kg <0.13W/kg <0.3W/kg

損耗(400Hz, 1.2T) <1.8W/kg <1.25W/kg <2W/kg

損耗(8kHz, 1.0T) <80W/kg <60W/kg <100W/kg

鐵損變化率(-55°C －125°C) <15% <15% <15%

鐵損變化率(120°C&acute;200小時) <15% <15% <15%

注：上述數據為非晶帶材經過最佳熱處理后的磁性能，但并不代表鐵芯的最終性能。當帶材制造成鐵芯時，由于具體情況發(fā)生某些性能變化屬正常現象。

表3 鐵基非晶合金與硅鋼片的磁性能對比

性能指標 鐵基非晶合金 硅鋼

飽和磁感(T) 1.56 2.03

矯頑力(A/m) <4 <30

最大磁導率 (Gs/Os) 45×104 4×104

鐵損(W/kg) 50Hz,1.3T下<0.2 50Hz, 1.7T下=1.2

激磁功率(VA/kg) 50Hz,1.3T下<0.5 50Hz, 1.7T下<0.83

疊片系數 >0.80 0.95

磁致伸縮(>&acute;10-6) 27 －

電阻率(>mW-cm) 130 45

比重(g/cm3) 7.18 7.65

晶化溫度(℃) 550 －

居里溫度(℃) 415 746

抗拉強度(Mpa) 1500 343

維氏硬度(HV) 900 181

厚度(μm) 30 300

鐵基非晶帶材常用磁性能曲線

產品規(guī)格

產品牌號 帶材寬度 mm 帶材厚度μm

RF1-0050 5±0.2 27±3

RF1-0080 8±0.2 27±3

RF1-0100 10±0.5 27±3

RF1-0150 15±0.5 27±3

RF1-0200 20±1 27±3

RF1-0250 25±1 27±3

RF1-0300 30±1 27±3

RF1-0400 40±1 27±3

RF1-0500 50±1 27±3

RF1-0700 70±1 27±3

RF1-1000 100±1 27±3

RF1-1500 150±1 27±3

RF1-1700 170±1 27±3

RF1-2200 220±1 27±3

非晶軟磁合金材料的種類:

1、鐵基非晶合金鐵基非晶合金:主要元素是鐵、硅、硼、碳、磷等。它們的特點是磁性強(飽和磁感應強度可達1.4-1.7T)、磁導率、激磁電流和鐵損等軟磁性能優(yōu)于硅鋼片，價格便宜，最適合替代硅鋼片，特別是鐵損低(為取向硅鋼片的1/3-1/5)，代替硅鋼做配電變壓器可降低鐵損60-70%。鐵基非晶合金的帶材厚度為0.03毫米左右，廣泛應用于中低頻變壓器的鐵心(一般在10千赫茲以下)，例如配電變壓器、中頻變壓器、大功率電感、電抗器等。

2、鐵鎳基非晶合金鐵鎳基非晶合金:主要由鐵、鎳、硅、硼、磷等組成，它們的磁性比較弱(飽和磁感應強度大約為1T以下)，價格較貴，但磁導率比較高，可以代替硅鋼片或者坡莫合金，用作高要求的中低頻變壓器鐵心，例如漏電開關互感器。

3、鈷基非晶合金鈷基非晶合金:由鈷和硅、硼等組成，有時為了獲得某些特殊的性能還添加其它元素，由于含鈷，它們價格很貴，磁性較弱(飽和磁感應強度一般在1T以下)，但磁導率極高，一般用在要求嚴格的軍工電源中的變壓器、電感等，替代坡莫合金和鐵氧體。

4、納米(超微晶)軟磁合金材料由于非晶合金中原子的排列是混亂無序的這種特殊結構，使得非晶合金具有一些獨特的性質。

鐵基非晶合金(Fe-based amorphous alloys)

特別是鐵損低(為取向硅鋼片的1/3-1/5)，代替硅鋼做配電變壓器可節(jié)能60-70%。鐵基非晶合金的帶材厚度為0.03mm左右，廣泛應用于配電變壓器、大功率開關電源、脈沖變壓器、磁放大器、中頻變壓器及逆變器鐵芯, 適合于10kHz 以下頻率使用

由于超急冷凝固，合金凝固時原子來不及有序排列結晶，得到的固態(tài)合金是長程無序結構，沒有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在，稱之為非晶合金，被稱為是冶金材料學的一項革命。這種非晶合金具有許多獨特的性能，如優(yōu)異的磁性、耐蝕性、耐磨性、高的強度、硬度和韌性，高的電阻率和機電耦合性能等。由于它的性能優(yōu)異、工藝簡單，從80年代開始成為國內外材料科學界的研究開發(fā)重點。

在以往數千年中，人類所使用的金屬或合金都是晶態(tài)結構的材料，其原子三維空間內作有序排列、形成周期性的點陣結構。

而非晶態(tài)金屬或合金是指物質從液態(tài)(或氣態(tài))急速冷卻時，因來不及結晶而在室溫或低溫保留液態(tài)原子無序排列的凝聚狀態(tài)，其原子不再成長程有序、周期性和規(guī)則排列，而是出于一種長程無序排列狀態(tài)。具有鐵磁性的非晶態(tài)金合金又稱鐵磁性金屬玻璃或磁性玻璃(Glassy Alloy)，為了敘述方便，以下均稱為非晶態(tài)合金。