非晶超微晶(納米晶)合金知識簡介
　  鐵基納米晶合金是由鐵元素為主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所構成的合金經快速凝固工藝所形成的一種非晶態材料，這種非晶態材料經熱處理后可獲得直徑為10－20納米的微晶,彌散分布在非晶態的基體上，被稱為超微晶或納米晶材料. 納米晶材料具有優異的綜合磁性能:高飽和磁感(1.2Ｔ)、高初始磁導率(8萬)、低Hc(0.32A/M）, 高磁感下的高頻損耗低（P0.5T／20kHz＝30W/kg）,電阻率為80 微歐厘米，比坡莫合金(50-60微歐厘米)高,經縱向或橫向磁場處理，可得到高Br(0.9)或低Br值(1000Gs). 是目前市場上綜合性能*好的材料;適用頻率范圍：50Hz-100kHz，*佳頻率范圍：20kHz-50kHz.廣泛應用于大功率開關電源、逆變電源、磁放大器、高頻變壓器、高頻變換器、高頻扼流圈鐵芯、互感器鐵芯、漏電保護開關、共模電感鐵芯.等．
　　非晶合金的特點及分類

　　非晶合金是一種導磁性能突出的材料，采用快速急冷凝固生產工藝，其物理狀態表現為金屬原子呈無序非晶體排列，它與硅鋼的晶體結構完全不同，更利于被磁化和去磁。典型的非晶態合金含80%的鐵，而其它成份是硼和硅。非晶合金材有下列特點：（1）非晶合金鐵芯片厚度極薄，只有20至30um，填充系數較低，約為0．82。（2）非晶合金鐵芯飽和磁密低。（3）非晶合金的硬度是硅鋼片的5倍。（4）非晶合金鐵芯材料對機械應力非常敏感，無論是張引力還是彎曲應力都會影響其磁性能。（5）非晶合金的磁致伸縮程度比硅鋼片高約10％，而且不宜過度夾緊。非晶合金具有的高飽和磁感應強度、低損耗（相當于硅鋼片的1/3～1/5）、低矯頑力、低激磁電流、良好的溫度穩定性等特點。

　　非晶合金可以從化學成分上劃分成以下幾類：

　　（1）鐵基非晶合金(Fe-based amorphous alloys) 
　　鐵基非晶合金是由80%Fe及20%Si,B類金屬元素所構成,它具有高飽和磁感應強度（1.54T），鐵基非晶合金與硅鋼的損耗比較 ：磁導率、激磁電流和鐵損等各方面都優于硅鋼片的特點，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。

　　（2）鐵鎳基、鈷基非晶合金(Fe-Ni based-amorphous alloy) 
　　鐵鎳基非晶合金是由40%Ni、40%Fe及20%類金屬元素所構成，它具有中等飽和磁感應強度〔0.8T〕、較高的初始磁導率和很高的*大磁導率以及高的機械強度和優良的韌性。在中、低頻率下具有低的鐵損。空氣中熱處理不發生氧化，經磁場退火后可得到很好的矩形回線。價格比1J79便宜30－50％。鐵鎳基非晶合金的應用范圍與中鎳坡莫合金相對應,但低鐵損和高的機械強度遠比晶態合金優越；代替1J79，廣泛用于漏電開關、精密電流互感器鐵芯、磁屏蔽等。
　　（3) 鐵基納米晶合金（Nanocrystalline alloy）
　　鐵基納米晶合金是由鐵元素為主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所構成的合金經快速凝固工藝所形成的一種非晶態材料，納米晶材料具有優異的綜合磁性能：高飽和磁感(1.2T)、高初始磁導率(8×104)、低Hc(0.32A/M),高磁感下的高頻損耗低（P0.5T／20kHz＝30W/kg），電阻率為80μΩ/cm，比坡莫合金(50-60μΩ/cm)高,經縱向或橫向磁場處理，可得到高Br(0.9)或低Br值(1000Gs)。是目前市場上綜合性能*好的材料；適用頻率范圍：50Hz-100kHz，*佳頻率范圍：20kHz-50kHz

與傳統材料的比較

冷軋硅鋼的飽和磁感高，但由于其有效磁導率低，高頻損耗大，使用頻率達不到kHz頻段，即使使用極薄硅鋼仍達不到鐵基非晶的損耗水平；鐵氧體材料的價格低廉，但由于其居里溫度低，在100℃以上時的飽和磁感已經很低，因此其使用溫度受到限制，再者，其飽和磁感低于0.5T，制造大功率磁芯時需要較大的體積。至于坡莫合金，盡管其磁性能好，可與非晶納米晶材料相媲美，但由于它含有50％以上的鎳，成本高，加工工藝復雜，獲得用于高頻環境下的極薄帶的價格昂貴，兩者的性價比是不可比的．總體來說，非晶合金具有如下優勢：

　　（1）不存在時效穩定性問題，納米晶合金在200℃以下，鈷基非晶合金在100℃以下，經過長期使用，性能無顯著變化；

　　（2）溫度穩定性比軟磁鐵氧體好，在－55℃至150℃范圍內，磁性能變化5％～10％，而且可逆；

　　（3）耐沖擊振動，隨電源整機在30g下的振動試驗中，均未發生過性能惡化問題；

　　（4）鐵基非晶合金脆性大大改善，帶材平整度良好，可以剪切加工，也可以制成搭接式卷繞磁芯，經過5次彎折或拆卸，性能無顯著變化。

非晶合金的應用領域

　　（1）替代極薄硅鋼產品，從市場需求來看，極薄硅鋼（厚度<0.1mm）在20世紀70年代大量用于400Hz以上各種電子元件如高頻變壓器、電抗器、磁屏蔽等，目前這方面的市場需求較大，但供方難以滿足需要，用非晶納米晶合金材料替代，不僅可以提高產品性能、質量和促使小型化，而且價格上也有利可圖。
　　（2）高磁導率和大功率磁芯器件，由于國內鐵氧體生產設備和技術條件的限制，高磁導率、高性能、大功率鐵氧體難以滿足國內市場需求，如采用非晶納米晶材料取而代之，可以促使一些電子設備國產化、小型化。

　 鐵基非晶合金 冷軋硅鋼 鐵鎳基非晶 鈷基非晶合金 鐵基納米晶合金 坡莫合金 軟磁鐵氧體
飽和磁感應強度/T >1.5 2.0 >0.7 0.5～0.8 >1.2  0.5～1.5<0.5
居里溫度/℃ >415 730 >250 >320 >560 >400 <230
晶化溫度/℃ >550 　  >410  >480  >510 　 　
電阻率/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 
飽和磁致伸縮系數/×10－6 20～30 27 12 0  1～2  0～25  14
初始導磁率 >1000 1000 >4000 >30000 >80000 >10000 2000
*大導磁率 >200000 >10000 >200000 >200000 >2000000>200000 　 
矯頑力(A/m)  <3  >8.0 <0.8 <2.0 <2.0>0.4  20 
鐵損/(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：鐵損的表示方法：如P1/50表示頻率為50Hz,磁通密度為1T的鐵損。

　　（3）工作環境溫度高和環境惡劣等的一些電子產品，如油田鉆探、海洋探測等特殊環境使用的電子產品用的各種磁性器件，選用非晶納米晶合金材料制作，可以物盡其用，避免選材上的困擾。
　　（4）航空、航天等**產品用的各種磁性器件需要小而輕、溫度穩定性好、磁性要求高，使用非晶納米晶合金材料遠優于其他軟磁材料。
　　（5）高頻、大電流、大功率電源變壓器、電抗器、濾波器等器件的小型化，目前這些器件大都采用鐵氧體或冷軋硅鋼，工作頻率f=20kHz，工作磁感B=0.2T～0.3T，如采用非晶納米晶合金磁芯，可將工作頻率提高到f=40kHz～50kHz,工作磁感B=0.5T～0.6T，可以大大減小磁芯器件的體積和尺寸。
　　（6）各種抗EMI器件、噪聲抑制器和尖峰抑制器

市場前景

　　非晶合金是一種無序原子結構的合金，它代表了冶金學中*新的材料，其典型生產過程是由熔融的合金在*初的冷卻速度率接近于每秒100萬度的情況下凝固而成。“非晶合金帶材”含鐵78%-81%、含硼13-5%、含硅3.5%-8%，另外還含微量的鎳和鈷等金屬元素，外表面特征是具有金屬色澤的銀灰色薄帶。

　　非晶合金的一個重要應用領域是配電變壓器。與取向硅鋼變壓器相比，非晶變壓器的主要優勢為：

　　采用非晶合金作為鐵芯材料的配電變壓器，其空載損耗比同容量的硅鋼變壓器降低60%-80%，減少了能源消耗，具有很好的經濟效益和環境效益。

　　由于非晶變壓器的空載能耗較低，比較適合在我國農村用電和城市配網。我國“十一五”規劃的目標中，明確要“實現2010年人均國內生產總值(GDP)比2000年翻一番”，“單位國內生產總值能源消耗比‘十五’期末降低20%左右”。“十一五”規劃對節能降耗的明確提出以及具體目標的出臺，對國內各行各業將形成現實的壓力，對于耗能大戶電網公司壓力尤其巨大。電網降耗的短期技術實現手段不多，非晶變壓器是必選手段。

　　目前，我國年均生產配電變壓器約2.4億kVA，如30%改用非晶材料，年生產非晶變壓器為7200萬kVA，以每臺變壓器300kVA為例，年需求非晶變壓器將達24萬臺。

　　這將降低變壓器空載損耗13萬kW，一年可節約用電11.4億kWh。相當節約電煤43.3萬噸，減少燃煤有害氣體排放1.1萬噸。

　　據國家有關部門預測，國內變壓器廠對非晶配電變壓器鐵芯的需求按變壓器總需求30%的使用率測算，每年至少需要鐵基非晶帶材15-20萬噸。預期2010年需求將達到20萬臺，因此未來五年非晶合金變壓器需求將高速增長，保守估計年復合增長率在50-100%，非晶合金變壓器將成為電網設備中增長*快的品種之一。

　　在價格方面，由于非晶變壓器所需要的銅線比冷軋硅鋼要多，所以只有非晶合金的價格與冷軋硅鋼片的價格保持合理的比例，才能使得非晶合金在變壓器產業中占有市場份額。按照總擁有費用法(簡稱TOC，是一種評價變壓器能源效率比較**的方法)計算，當非晶變壓器的價格≤1.3倍的同容量的冷軋硅鋼變壓器的價格，才能達到替代的目的。

　　從2004年開始，硅鋼變壓器的主要原料取向硅鋼價格猛漲，從不到2萬元/噸一度上漲到4.2萬元/噸，目前維持在3.7-3.8萬元的高位。相同規格的硅鋼變壓器與非晶變壓器的市場價格之比已由數年前的1：2回落到目前的1：1.3以下。硅鋼價格暴漲使得非晶合金變壓器的相對成本大幅下降，節能降耗及投入產出優勢充分體現，給非晶變壓器的推廣應用提供了強勁的動力。