鐵基非晶合金應(yīng)用領(lǐng)域

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(guān)電源、電抗器鐵芯

飽和電抗器、脈沖壓縮器鐵芯

非晶合金，或稱為金屬玻璃，它是20世紀(jì)70年代問世的一種新型材料，是利用急冷技術(shù)，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(jié)構(gòu)，正是這種合金其原子處于無規(guī)則排列的非晶體結(jié)構(gòu)，使其具有狹窄的B-H回路，具有高導(dǎo)磁性和低損耗的特點(diǎn)；同時(shí)非晶合金原子排列的不規(guī)則限制了電子的自由通行導(dǎo)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(dāng)非晶合金變壓器鐵心用于油浸變壓器時(shí)，可明顯減排多種有害氣體。所以，越來越多的生產(chǎn)廠商采用非晶合金來作為變壓器鐵心的原材料。

表1 鐵基非晶合金的物理性能（國標(biāo)牌號(hào)1K101）

飽和磁感應(yīng)強(qiáng)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(shù)ls 27´10-6 熱膨脹系數(shù)Dl/l

表2 鐵基非晶合金的典型磁性能

產(chǎn)品類型 橫向磁場退火 無磁場退火 縱向磁場退火

最大導(dǎo)磁率 >2x104 >20´104 >25´104

飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 1.5 T 1.5 T 1.5 T

剩余磁感應(yīng)強(qiáng)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(shí)) <15% <15% <15%

注：上述數(shù)據(jù)為非晶帶材經(jīng)過最佳熱處理后的磁性能，但并不代表鐵芯的最終性能。當(dāng)帶材制造成鐵芯時(shí)，由于具體情況發(fā)生某些性能變化屬正常現(xiàn)象。

表3 鐵基非晶合金與硅鋼片的磁性能對(duì)比

性能指標(biāo) 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(dǎo)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(shù) >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(qiáng)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(chǎn)品規(guī)格

產(chǎn)品牌號(hào) 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(diǎn)是磁性強(qiáng)(飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度可達(dá)1.4-1.7T)、磁導(dǎo)率、激磁電流和鐵損等軟磁性能優(yōu)于硅鋼片，價(jià)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(yīng)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(yīng)強(qiáng)度大約為1T以下)，價(jià)格較貴，但磁導(dǎo)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(guān)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(shí)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(jià)格很貴，磁性較弱(飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度一般在1T以下)，但磁導(dǎo)率極高，一般用在要求嚴(yán)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(jié)構(gòu)，使得非晶合金具有一些獨(dú)特的性質(zhì)。

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(yīng)用于配電變壓器、大功率開關(guān)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(shí)原子來不及有序排列結(jié)晶，得到的固態(tài)合金是長程無序結(jié)構(gòu)，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(xué)的一項(xiàng)革命。這種非晶合金具有許多獨(dú)特的性能，如優(yōu)異的磁性、耐蝕性、耐磨性、高的強(qiáng)度、硬度和韌性，高的電阻率和機(jī)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(nèi)外材料科學(xué)界的研究開發(fā)重點(diǎn)。

在以往數(shù)千年中，人類所使用的金屬或合金都是晶態(tài)結(jié)構(gòu)的材料，其原子三維空間內(nèi)作有序排列、形成周期性的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。

而非晶態(tài)金屬或合金是指物質(zhì)從液態(tài)(或氣態(tài))急速冷卻時(shí)，因來不及結(jié)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。