非晶超微晶(纳米晶)合金知识简介
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什么是纳米晶?非晶是如何制备的?
一、什幺是纳米晶?
首先要知道什幺是非晶。
金属在制备的过程中,从液态到固态是个自然冷却慢慢凝固的过程。
这个过程中原子会自行重新有规则的排列,这时形成的结构就是晶体,实际上是多晶的结构。
如果在它的凝固过程中,用一个超快的冷却速度冷却,这个时候原子在杂乱无序的状态,还来不及重新排列就会瞬间被冻结,这时候形成的结构就是非晶态。
纳米晶是在非晶态的基础上,通过特殊的热处理,让它形成晶核并长大,但要控制晶粒大小在纳米级别,不要形成完全的晶体,这时形成的结构就是纳米晶。
二、非晶是如何制备的?
非晶的制备过程原理非常简单,就是将母合金融化后,通过喷嘴包喷射在一个高速旋转的冷却辊上,瞬间冷却形成像纸一样薄薄的带子,但是整个工艺实现起来难度非常大,它有几个特点:
高温,液态合金的温度基本在1400℃~1500℃,瞬间凝固到接近室温,需要极高的冷却速度,冷却速度达到了每秒百万度的级别。
如果金属或合金的凝固速度非常快(例如用每秒高达一百万度的冷却速率将铁-硼合金熔体凝固),原子来不及整齐排列便被冻结住了,其排列方式类似于液体,是混乱的,这就是非晶合金。
非晶纳米晶软磁材料都有哪些?您可以咨询安徽华晶机械有限公司,下面小编为您简单介绍,希望给您带来一定程度上的帮助。
非晶软磁合金材料的种类:1、铁基非晶合金铁基非晶合金:主要元素是铁、硅、硼、碳、磷等。
它们的特点是磁性强(饱和磁感应强度可达1.4-1.7T )、磁导率、激磁电流和铁损等软磁性能优于硅钢片,价格便宜,最适合替代硅钢片,特别是铁损低(为取向硅钢片的1/3-1/5),代替硅钢做配电 变压器可降低铁损60-70%。
铁基非晶合金的带材厚度为0.03毫米左右,广泛应用于中低频变压器的铁心(一般在10千赫兹以下),例如配电变压器、中频变压器、大功率电感、电抗器等。
2、铁镍基非晶合金铁镍基非晶合金:主要由铁、镍、硅、硼、磷等组成,它们的磁性比较弱(饱和磁感应强度大约为1T以下),价格较贵,但磁导率比较高,可以代替硅钢片或者坡莫合金,用作高要求的中低频变压器铁心,例如漏电开关互感器。
3、钴基非晶合金钴基非晶合金:由钴和硅、硼等组成,有时为了获得某些特殊的性能还添加其它元素,由于含钴,它们价格很贵,磁性较弱(饱和磁感应强度一般在1T以下),但磁导率极高,一般用在要求严格的军工电源中的变压器、电感等,替代坡莫合金和铁氧体。
4、纳米(超微晶)软磁合金材料由于非晶合金中原子的排列是混乱无序的这种特殊结构,使得非晶合金具有一些独特的性质。
安徽华晶机械有限公司位于安庆长江大桥经济开发区。
是人民解放军第4812工厂全资子公司。
公司经营以机械制造为主,拥有各类专业生产、检验试验设备94台(套),涉及铸造、橡胶制品、压力容器、制造等多个行业,主要从事非晶软磁设备、空压机及气源设备、橡胶件(含特种橡胶件)、餐余垃圾处理设备、铸件、机械加工等产品的研制、生产、经营和服务。
金属材料的非晶态与纳米晶态金属材料是工业生产中最重要的材料之一,其特殊性能和优异的物理力学性能已经被广泛应用于各个领域。
随着人们对材料性能的要求越来越高,金属材料的非晶态和纳米晶态也逐渐引起人们的关注。
本文将探讨金属材料的非晶态和纳米晶态的概念、制备方法以及应用前景。
一、非晶态金属材料非晶态金属材料是一种具有非晶结构的材料,其原子排列没有规则的长程周期性。
它的金属原子是以一种无序排列的方式分布于空间中的,因此称为“非晶态”。
它是介于晶态和液态之间的一种结构状态。
一般来说,非晶态材料由高温下迅速冷却而成,这个过程被称为快速凝固或淬火。
这种材料的熔点相对较高,可以达到晶态材料的熔点,但其热膨胀系数小,机械性能优异,导电性能良好。
因此,在很多领域都具有广泛的应用前景。
制备非晶态金属材料的方法有很多种,比如快速凝固法、气冷快速凝固法、感应熔化法、电子束辐照法等等。
其中,最常用的就是快速凝固法,这种方法可以制备出大面积、高稳定性的非晶态金属材料,并且可以制备出很多种不同的金属和合金。
例如,Fe-Si、Fe-Co、Fe-Ni-Cr、Zr-Cu-Ni-Al等合金都可以用快速凝固法制备。
另外,非晶态金属材料的制备技术也在不断发展和改进中。
例如,现在已经出现了一种叫做“烷基辅助快速凝固法”的新方法,该方法利用烷基分子作为快速凝固材料,可以获得非常高的凝固速度和均匀度,从而获得更好的非晶态金属材料。
二、纳米晶态金属材料纳米晶态金属材料是一种由纳米晶组成的材料,其晶粒尺寸一般小于100纳米,因此也被称为“纳米材料”。
这种材料相比于普通金属材料具有更好的力学性能、电学性能、热学性能和光学性能等等,可能成为未来各种领域的重要材料。
目前制备纳米晶态金属材料的方法有很多种,包括机械碾磨、高温球磨、溶液化学合成、气相合成等等。
其中,机械碾磨和高温球磨是比较常用的制备方法。
这两种方法可以通过机械剪切和冲击力对金属粉末进行加工,形成纳米晶态金属材料。
非晶合金特点
非晶合金,也称为玻璃态合金,是一类具有非晶结构的金属材料。
它们的特点主要体现在以下几个方面:
1. 非晶结构:非晶合金的最显著特点是其原子结构没有长程有序的晶体结构,而是呈现出无规则的、类似于液体的原子排列方式。
这使得非晶合金具有类似玻璃的脆性。
2. 优异的机械性能:非晶合金具有高的强度和硬度,以及良好的韧性。
这是因为它们的微观结构决定了材料在受到外力时,原子间的滑动受到限制,从而抵抗变形的能力强。
3. 耐腐蚀性:非晶合金通常具有良好的耐腐蚀性,这是因为它们的无定形结构不容易形成原电池,从而减少了腐蚀的发生。
4. 独特的热性能:非晶合金具有较宽的熔点范围,有时甚至表现出超塑性,即在特定条件下,材料在高温下可以发生显著的塑性变形而不断裂。
5. 良好的电磁性能:非晶合金通常具有优异的磁性能,如铁磁性或顺磁性,这使得它们在电子、电器领域有广泛的应用。
6. 易加工性:虽然非晶合金硬度高,但它们可以通过热处理和加工技术进行成型加工,如铸造、锻造、挤压和轧制等。
7. 轻质:非晶合金的密度通常较低,这对于航空航天、汽车制造等要求减轻自重的行业来说是一个重要的优势。
非晶合金的这些特点使它们在许多领域都有广泛的应用,如电机、变压器、录音磁头、高速切削工具、汽车发动机部件等。
随着材料科
学的发展,非晶合金的应用范围还将进一步扩大。
非晶合金材料非晶合金材料是一种具有非晶结构的金属材料,也称为非晶态合金。
与晶体材料相比,非晶合金材料具有更高的硬度、强度和耐腐蚀性能,因此在工业领域具有广泛的应用前景。
本文将从非晶合金材料的特点、制备方法、应用领域等方面进行介绍。
首先,非晶合金材料的特点是具有非晶结构。
非晶结构是指材料的原子排列呈现无序状态,而非晶合金材料的原子排列方式是无规则的、无序的。
这种结构使得非晶合金材料具有较高的硬度和强度,同时还具有优异的弹性和耐磨损性能。
此外,非晶合金材料还具有较好的导电性和磁性,因此在电子、磁性材料领域也有着广泛的应用。
其次,非晶合金材料的制备方法主要包括快速凝固法、溅射法和机械合金化法。
快速凝固法是通过在高温状态下迅速冷却金属熔体来制备非晶合金材料,这种方法可以有效地抑制原子的有序排列,从而形成非晶结构。
溅射法是将金属靶材置于真空室中,通过离子轰击的方式将金属原子沉积到基底上,形成非晶合金薄膜。
机械合金化法则是通过机械方法将不相容的金属元素混合制备成非晶合金材料。
这些制备方法为非晶合金材料的大规模生产提供了可行的途径。
非晶合金材料在工业领域具有广泛的应用。
首先,在航空航天领域,非晶合金材料可以用于制造航天器的结构部件和发动机零部件,因其具有较高的强度和耐腐蚀性能。
其次,在电子领域,非晶合金材料可以用于制造集成电路封装材料和磁性存储介质,以提高电子产品的性能和稳定性。
此外,在医疗器械和生物材料领域,非晶合金材料也有着广泛的应用前景,可以用于制造人工骨骼和植入式医疗器械。
综上所述,非晶合金材料具有独特的结构和优异的性能,制备方法多样且成熟,应用领域广泛。
随着科学技术的不断发展,非晶合金材料在工业领域的应用前景将会更加广阔,为人类社会的发展做出更大的贡献。
什么是超微晶磁芯?
什么是超微晶磁芯?
超微晶(亦称纳米非晶)磁芯是一种新型软磁材料,它因具有高磁导率、高矩形比、磁芯损耗低、高温稳定性好等优点而备受人们的青眯。
用超微晶磁芯取代传统的铁氧体磁芯,能减小开关电源的体积。
超微晶磁芯具有以下特点:
1、极高的初始磁导率,u=30000~80000,且磁导率随磁通密度和温度的变化非常小。
2、磁芯损耗极低,并且在-40~+120℃范围内不随温度而变化。
3、非常高的饱和磁通密度(Bs=1.2T),允许选择较低的开关频率,能降低开关电源及EMI滤波器的成本。
4、磁芯采用环氧树脂封装,机械强度高,无磁滞伸缩现象,能承受强振动。
5、可取代传统的铁氧体磁芯以减小开关电源的体积,提高可靠性。
6、超微晶磁芯还适合制作EMI滤波器中的共模电感(亦称共模扼流圈),只需绕很少的匝数即可获得很大的电感量,从而能降低铜损,节省线材,减小共模电感的体积。
用超微晶磁芯制成的共模电感具有很高的共模插入损耗,能在很宽的频率范围内对共模干扰起到抑制作用,因而不需要使用复杂的滤波电路。
此外,在超微晶磁芯上绕一圈或几圈铜线,即可制成一个尖峰抑制器,其构造非常简单,而对噪声干扰的抑制效果非常好。
非晶纳米晶合金材料的工艺技术、产业化和应用第一篇:非晶纳米晶合金材料的工艺技术、产业化和应用非晶纳米晶合金材料的工艺技术、产业化和应用自从1960年Duwez教授等人发明液态金属快淬技术制取Au-Si 非晶合金和1966年发明Fe-P-C 非晶软磁合金以来,美国、日本、德国、前苏联和中国等相继开展了非晶合金的研究工作,并在20世纪70~80年代形成非晶合金研究开发的第一次热潮。
由于非晶合金制备工艺简单独特、材料性能优异等显著优点,应用范围不断扩大,四十多年来一直是冶金和材料领域的研究热点之一。
尤其在1988年日本Yashizawa教授等人在非晶化的基础上发明了纳米晶合金,从而开创了软磁材料的新纪元,大大促进了非晶材料制备设备、工艺技术的发展和材料开发应用,推动了非晶纳米晶产业的发展[1~3, 8]。
目前,利用快淬金属工艺技术制备的非晶材料已被广泛地应用于工业领域,除我们熟悉的磁性材料外,还有非晶钎焊材料、非晶催化材料、磁敏及传感器材料等;应用的材料形态有带材、丝材、粉末及薄膜等。
现代科学技术的发展,也大大促进了非晶纳米晶产业的发展,不仅提高了非晶合金制带设备和工艺技术水平,使其生产设备和技术更加自动化、现代化,保证了产品的质量,提高了产品的技术含量,从而满足现代电子技术发展的需要,而且也促进了新技术新材料研究、开发、应用[1~9]。
国外非晶纳米晶产业概况美国曾是世界上最大的非晶材料制造商,Honeywell公司Metglas业务部(前身为Allied Signal公司),是非晶材料制造技术的平板流技术专利所有者,年生产能力3万吨以上,实际年产1~2万吨,带材生产实现自动控制和自动卷取。
2003年被日本日立金属公司收购。
Honeywell公司Metglas业务部拥要两个独资工厂:美国Conway非晶金属制带厂和印度Gurgaon电子铁芯元件厂,两个合资公司:日本非晶质金属公司(NAMCO)和上海汉威非晶金属公司(SHZAM)。
非晶纳米晶软磁材料1、非晶纳米晶软磁材料非晶/纳米晶软磁材料一.应用领域非晶态软磁合金材料为20世纪70年月问世的一种新型材料,因具有铁芯损耗小、电阻率高、频率特性好、磁感应强度高、抗腐蚀性强等优点,引起了人们的极大重视,被誉为21世纪新型绿色节能材料。
其技术特点为:采纳超急冷凝固技术使合金钢液到薄带材料一次成型;采纳纳米技术,制成介于巨观和微观之间的纳米态(10-20nm)软磁物质。
非晶、纳米晶合金的优异软磁特性都来自于其特别的组织结构,非晶合金中没有晶粒和晶界,易于磁化;纳米晶合金的晶粒尺寸小于磁交换作用长度,导致平均磁晶各向异性很小,并且通过调整成分,可以使其磁致伸缩趋近于零。
【表1】列出了非晶/纳米晶软磁材料的典型性能及主要应用领域。
近年来,随着信息处理和电力电子技2、术的快速进展,各种电器设备趋向高频化、小型化、节能化。
在电力领域,非晶、纳米晶合金均得到大量应用。
其中铁基非晶合金的最大应用是配电变压器铁芯。
由于非晶合金的工频铁损仅为硅钢的1/5~1/3,利用非晶合金取代硅钢可使配电变压器的空载损耗降低60﹪~70﹪。
因此,非晶配电变压器作为换代产品有很好的应用前景。
纳米晶合金的最大应用是电力互感器铁芯。
电力互感器是特地测量输变电线路上电流和电能的特种变压器。
近年来高精度等级〔如0.2级、0.2S级、0.5S级〕的互感器需求量快速增加。
传统的冷轧硅钢片铁芯往往达不到精度要求,虽然高磁导率玻莫合金可以满足精度要求,但价格高。
而采纳纳米晶铁芯不但可以到达精度要求、而且价格低于玻莫合金。
在电力电子领域,随着高频逆变技术的成3、熟,传统大功率线性电源开始大量被高频开关电源所取代,而且为了提高效率,减小体积,开关电源的工作频率越来越高,这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。
硅钢高频损耗太大,已不能满足使用要求。
铁氧体虽然高频损耗较低,但在大功率条件下仍旧存在许多问题,一是饱和磁感低,无法减小变压器的体积;二是居礼温度低,热稳定性差;三是制作大尺寸铁芯成品率低,本钱高。
关于非晶,纳米晶磁性材料的基本知识和应用综述连长庆98.12目录一什么是硬磁,什么是软磁二什么是非晶三什么是纳米晶四非晶合金分类,特性及应用概述五应用综述六目前市场中客户应用较多的方面七在电源方面的应用八磁学基本知识九磁放大器的设计计算基础十B—H 测试一,什么是硬磁(Hard Ferrite)、什么是软磁(Soft Ferrite): 硬磁(又叫永磁):材料本身具有磁性,或经过充磁以后磁性会保持下来的材料叫硬磁,如:钕、锶、硼;软磁:本身无磁性,经过充磁以后产生磁场,结束充磁,其磁性消失的材料称为软磁。
这种材料称为软磁,它分为四大类:硅钢片、铁氧体、铁粉芯,非晶合金。
二,什么是非晶(Amorphous):非晶(态)是对晶态而言,一般金属在高温冶炼成液态,在常温下慢慢冷却,液态金属就有足够的时间,进行金属晶格的有序排列,最后形成一般的固态金属,非晶合金采用超急冷凝固技术,把温度在1000℃以上合金溶液以每秒10万度的降温速度进行急速冷却,到300℃(钢水从1200℃下降到300℃要9mS)左右而形成厚度为15_30微米的固体薄带材料,在冷却过程中由于时间很短,来不及形成完整的晶格,所以其分子的排列、组合出现无序状态,就叫非晶;铁基非晶主要元素是:铁、硅、硼等组成。
三,什么是超微晶(Nanocrystal):铁基超微晶(又称纳米晶)合金其主要元素除铁、硅、硼外还加入了铜、钼、铌。
其中铜和铌是茯得纳米晶结构的重要元素,首先制成非晶然后将上述非晶带材再进过适当的温度处理形成尺度为10-20nm晶粒,且有弥散分布的组织结构,这种合金又叫做纳米晶合金。
由铁、钴、硅、硼等金属材料按一定的比例混合而成的合金非晶叫钴基非晶。
非晶(或纳米晶)合金具有独特的物理(电、磁),化学性能,人们利用其独特的性能制造出各种新形磁性材料如纳米磁芯等。
四,非晶软磁合金分类及性能非晶软磁合金可分为四类:铁基非晶、铁镍基非晶、钴基非晶、铁基超微晶,它们具有高Bs,高μ,高直方比,低损耗等特点。
硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金一.磁性材料的基本特性1. 磁性材料的磁化曲线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的,在外加磁场H 作用下,必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B,它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线(M~H或B~H曲线)。
磁化曲线一般来说是非线性的,具有2个特点:磁饱和现象及磁滞现象。
即当磁场强度H足够大时,磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms,继续增大H,Ms保持不变;以及当材料的M值达到饱和后,外磁场H降低为零时,M并不恢复为零,而是沿MsMr曲线变化。
材料的工作状态相当于M~H曲线或B~H曲线上的某一点,该点常称为工作点。
2. 软磁材料的常用磁性能参数饱和磁感应强度Bs:其大小取决于材料的成分,它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列。
剩余磁感应强度Br:是磁滞回线上的特征参数,H回到0时的B值。
矩形比:Br∕Bs矫顽力Hc:是表示材料磁化难易程度的量,取决于材料的成分及缺陷(杂质、应力等)。
磁导率μ:是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值,与器件工作状态密切相关。
初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率μp。
居里温度Tc:铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降,达到某一温度时,自发磁化消失,转变为顺磁性,该临界温度为居里温度。
它确定了磁性器件工作的上限温度。
损耗P:磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝f2 t2 / ,ρ 降低,磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc;降低涡流损耗Pe 的方法是减薄磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻率ρ。
在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为:总功率耗散(mW)/表面积(cm2)3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换在设计软磁器件时,首先要根据电路的要求确定器件的电压~电流特性。
器件的电压~电流特性与磁芯的几何形状及磁化状态密切相关。
要理解这几个概念,首先要理解晶体概念,以及晶粒概念。
我想学固体物理的或者金属材料的都会对这些概念很清楚。
自然界中物质的存在状态有三种:气态、液态、固态(此处指一般物质,未包括“第四态”等离子体——成锡注)。
固体又可分为两种存在形式:晶体和非晶体。
晶体是经过结晶过程而形成的具有规则的几何外形的固体;晶体中原子或分子在空间按一定规律周期性重复的排列。
晶体共同特点:均匀性:晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。
各向异性:晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。
固定熔点:晶体具有周期性结构,熔化时,各部分需要同样的温度。
规则外形:理想环境中生长的晶体应为凸多边形。
对称性:晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。
对晶体的研究,固体物理学家从成健角度分为:离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体显微学则从空间几何上来分,有七大晶系,十四种布拉菲点阵,230种空间群,用拓扑学,群论知识去研究理解。
可参考《晶体学中的对称群》一书(郭可信,王仁卉著)。
与晶体对应的,原子或分子无规则排列,无周期性无对称性的固体叫非晶,如玻璃,非晶碳。
一般,无定型就是非晶,英语叫amo rphou s,也有人叫gl ass(玻璃态)。
晶粒是另外一个概念,搞材料的人对这个最熟了。
首先提出这个概念的是凝固理论。
从液态转变为固态的过程首先要成核,然后生长,这个过程叫晶粒的成核长大。
晶粒内分子、原子都是有规则地排列的,所以一个晶粒就是单晶。
多个晶粒,每个晶粒的大小和形状不同,而且取向也是凌乱的,没有明显的外形,也不表现各向异性,是多晶。
英文晶粒用G rain表示,注意与Par ticle是有区别的。
有了晶粒,那么晶粒大小(晶粒度),均匀程度,各个晶粒的取向关系都是很重要的组织(组织简单说就是指固体微观形貌特征)参数。
fe基非晶纳米晶Fe基非晶纳米晶是一种新型的材料,具有独特的物理和化学性质,广泛应用于各个领域。
本文将介绍Fe基非晶纳米晶的特点、制备方法以及应用前景。
一、Fe基非晶纳米晶的特点Fe基非晶纳米晶是指铁基合金中非晶态和纳米晶共存的材料。
与传统的晶态材料相比,Fe基非晶纳米晶具有以下几个显著特点。
Fe基非晶纳米晶具有优异的力学性能。
由于非晶态和纳米晶的结构特点,Fe基非晶纳米晶具有高硬度、高强度和优异的韧性,能够在极端条件下保持结构的稳定性。
Fe基非晶纳米晶具有良好的磁性能。
研究表明,Fe基非晶纳米晶具有高饱和磁感应强度和低磁导率的特点,能够在磁场中表现出良好的性能,因此在电磁领域有着广泛的应用前景。
Fe基非晶纳米晶还具有优异的化学稳定性和耐腐蚀性。
由于其非晶态和纳米晶的结构特点,Fe基非晶纳米晶能够抵抗氧化、腐蚀等化学反应,因此在化学工业中具有广泛的应用潜力。
二、Fe基非晶纳米晶的制备方法Fe基非晶纳米晶的制备方法多种多样,下面介绍其中几种常见的方法。
1. 快速凝固法:通过快速冷却液态合金,使其形成非晶态结构,再通过热处理使其形成纳米晶结构。
这种方法制备的Fe基非晶纳米晶具有良好的物理性能和化学稳定性。
2. 机械合金法:通过高能球磨等机械方法使原料粉末在固态下发生变形和结晶,形成非晶态和纳米晶结构。
这种方法制备的Fe基非晶纳米晶具有均匀的颗粒分布和较大的比表面积。
3. 溅射法:通过溅射技术在基底上沉积非晶态薄膜,再通过热处理使其形成纳米晶结构。
这种方法制备的Fe基非晶纳米晶具有良好的薄膜质量和较小的晶粒尺寸。
三、Fe基非晶纳米晶的应用前景由于其独特的物理和化学性质,Fe基非晶纳米晶在多个领域具有广阔的应用前景。
在材料领域,Fe基非晶纳米晶可以应用于制备高强度、高韧性的结构材料。
例如,在航空航天领域,Fe基非晶纳米晶可以用于制造高强度、轻质的飞行器零部件,提高飞行器的载荷能力和燃油效率。
在电子领域,Fe基非晶纳米晶可以应用于磁记录和磁存储器件。
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10-20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(1.2T)、高初始磁导率(8万)、低Hc(0.32A/M), 高磁感下的高频损耗低(P0.5T/20kHz=30W/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0.82。
(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1/3~1/5)、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1/3-1/5),代替硅钢做配电变压器可节能60-70%。
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30-50%。
铁镍基非晶合金的应用范围与中镍坡莫合金相对应,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(8×104)、低Hc(0.32A/M),高磁感下的高频损耗低(P0.5T/20kHz=30W/kg),电阻率为80μΩ/cm,比坡莫合金(50-60μΩ/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:(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5%~10%,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<0.1mm)在20世纪70年代大量用于400Hz 以上各种电子元件如高频变压器、电抗器、磁屏蔽等,目前这方面的市场需求较大,但供方难以满足需要,用非晶纳米晶合金材料替代,不仅可以提高产品性能、质量和促使小型化,而且价格上也有利可图。
(2)高磁导率和大功率磁芯器件,由于国内铁氧体生产设备和技术条件的限制,高磁导率、高性能、大功率铁氧体难以满足国内市场需求,如采用非晶纳米晶材料取而代之,可以促使一些电子设备国产化、小型化。
铁基非晶合金冷轧硅钢铁镍基非晶钴基非晶合金铁基纳米晶合金坡莫合金软磁铁氧体饱和磁感应强度/T >1.5 2.0 >0.7 0.5~0.8 >1.2 0.5~1.5<0.5居里温度/℃ >415 730 >250 >320 >560 >400 <230晶化温度/℃ >550 >410 >480 >510电阻率/μΩ-cm 140 50 125 140 90 55 >106密度/(g/cm3) 7.18 7.65 7.5 8.0 7.25 8~8.84.8硬度/(hg/mm2) 860 640 900 880 120 600饱和磁致伸缩系数/×10-6 20~30 27 12 0 1~2 0~25 14初始导磁率 >1000 1000 >4000 >30000 >80000 >10000 2000最大导磁率 >200000 >10000 >200000 >200000 >2000000>200000矫顽力(A/m) <3 >8.0 <0.8 <2.0 <2.0>0.4 20铁损/(W/kg) P1/50=0.07P1/400=1.2 P1/50>0.3P1/400=5.8 P0.2/20k<20 P0.2/20k<5 P0.2/20k<10 P0.2/20k=13 P0.2/20k<20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冷轧硅钢,工作频率f=20kHz,工作磁感B=0.2T~0.3T,如采用非晶纳米晶合金磁芯,可将工作频率提高到f=40kHz~50kHz,工作磁感B=0.5T~0.6T,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倍的同容量的冷轧硅钢变压器的价格,才能达到替代的目的。
从2004年开始,硅钢变压器的主要原料取向硅钢价格猛涨,从不到2万元/吨一度上涨到4.2万元/吨,目前维持在3.7-3.8万元的高位。
相同规格的硅钢变压器与非晶变压器的市场价格之比已由数年前的1:2回落到目前的1:1.3以下。
硅钢价格暴涨使得非晶合金变压器的相对成本大幅下降,节能降耗及投入产出优势充分体现,给非晶变压器的推广应用提供了强劲的动力。