非晶软磁合金材料及其产业现状与发展前景

非晶软磁合金材料及其产业现状与发展前景

我们根据原子排列方式把物质划分为晶体和非晶体两类。物质里面的原子排列是整齐有序的叫做晶体;物质的原子排列是混乱的叫做非晶体。通常情况下，金属及合金在从液体凝固成固体时，原子总是从液体的混乱排列转变成整齐的排列，即成为晶体。但是，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，终的原子排列方式类似于液体，是混乱的，这就是非晶合金(又称为金属玻璃)。

由于不同的物质形成非晶所需要的冷却速度大不相同。单一金属需要每秒高达一亿度以上的冷却速度才能形成非晶态。受目前工艺水平的限制，实际生产中难以达到如此高的冷却速度，普通的单一的金属难以从生产上制成非晶。为了获得非晶态的金属，一般将金属与其它物质混合。当原子尺寸和性质不同的几种物质搭配混合后，就形成了合金。这些合金具有两个重要性质：①合金的成分一般在冶金学上的所谓“共晶”点附近，它们的熔点远低于纯金属，例如 FeSiB合金的熔点一般为1200度以下，而纯铁的熔点为1538度;②由于原子的种类多了，合金在液体时它们的原子更加难以移动，在冷却时更加难以整齐排列，也就是说更加容易被“冻结”成非晶。有了上面的两个重要条件，合金才可能比较容易地形成非晶。实际上，目前所有的实用非晶合金都是两种或更多种元素组成的合金，例如 Fe-Si-B，FeNiPB，CoZr，ZrTiCuNi等。

迄今为止，国内外非晶合金开发多的是作为软磁材料的一类。它们在化学成分上的一个共同点是：由两类元素组成：一类是铁磁性元素(铁、钴、镍或者他们的组合)，它们用来产生磁性;另一类是硅、硼、碳等，它们称为类金属，也叫做玻璃化元素，有了它们，合金的熔点比纯金属降低了很多，才容易形成非晶。

非晶软磁合金材料的种类

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)、磁导率、激磁电流和铁损等软磁性能优于硅钢片，价格便宜，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、电抗器等。

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，例如漏电互感器。

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率高，因此具有高的导磁率、低的损耗，是优良的软磁材料，代替硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁心、互感器、℃，坡莫合金：>400℃，铁氧体： <200℃，铁基非晶： >400℃

铁氧体无论是饱和磁通密度还是居里点都是低的;硅钢的居里点高，可惜只能在低频使用;坡莫合金的居里点较高，饱和磁通密度中等，同时能在20kHz以上使用，但价格高;而不同的非晶态合金具有不同的饱和磁通密度和居里点，分别可以应用于高频和低频，同时价格也低于相应的其它材料。因此，可以说非晶态合金作为变压器铁心使用是非常理想的。