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                非晶軟磁合金材料及其產業現狀與發展前景

                2021-09-27 13:45:11

                非晶軟磁合金材料及其產業現狀與發展前景

                我們根據原子排列方式把物質劃分為晶體和非晶體兩類。物質里面的原子排列是整齊有序的叫做晶體;物質的原子排列是混亂的叫做非晶體。通常情況下,金屬及合金在從液體凝固成固體時,原子總是從液體的混亂排列轉變成整齊的排列,即成為晶體。但是,如果金屬或合金的凝固速度非常快(例如用每秒高達一百萬度的冷卻速率將鐵-硼合金熔體凝固),原子來不及整齊排列便被凍結住了,終的原子排列方式類似于液體,是混亂的,這就是非晶合金(又稱為金屬玻璃)。

                由于不同的物質形成非晶所需要的冷卻速度大不相同。單一金屬需要每秒高達一億度以上的冷卻速度才能形成非晶態。受目前工藝水平的限制,實際生產中難以達到如此高的冷卻速度,普通的單一的金屬難以從生產上制成非晶。為了獲得非晶態的金屬,一般將金屬與其它物質混合。當原子尺寸和性質不同的幾種物質搭配混合后,就形成了合金。這些合金具有兩個重要性質:①合金的成分一般在冶金學上的所謂“共晶”點附近,它們的熔點遠低于純金屬,例如 FeSiB合金的熔點一般為1200度以下,而純鐵的熔點為1538度;②由于原子的種類多了,合金在液體時它們的原子更加難以移動,在冷卻時更加難以整齊排列,也就是說更加容易被“凍結”成非晶。有了上面的兩個重要條件,合金才可能比較容易地形成非晶。實際上,目前所有的實用非晶合金都是兩種或更多種元素組成的合金,例如 Fe-Si-B,FeNiPB,CoZr,ZrTiCuNi等。

                迄今為止,國內外非晶合金開發多的是作為軟磁材料的一類。它們在化學成分上的一個共同點是:由兩類元素組成:一類是鐵磁性元素(鐵、鈷、鎳或者他們的組合),它們用來產生磁性;另一類是硅、硼、碳等,它們稱為類金屬,也叫做玻璃化元素,有了它們,合金的熔點比純金屬降低了很多,才容易形成非晶。

                非晶軟磁合金材料的種類

                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)、磁導率、激磁電流和鐵損等軟磁性能優于硅鋼片,價格便宜,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、電抗器等。

                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,例如漏電互感器。

                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率高,因此具有高的導磁率、低的損耗,是優良的軟磁材料,代替硅鋼、坡莫合金和鐵氧體等作為變壓器鐵心、互感器、℃,坡莫合金:>400℃,鐵氧體: <200℃,鐵基非晶: >400℃

                鐵氧體無論是飽和磁通密度還是居里點都是低的;硅鋼的居里點高,可惜只能在低頻使用;坡莫合金的居里點較高,飽和磁通密度中等,同時能在20kHz以上使用,但價格高;而不同的非晶態合金具有不同的飽和磁通密度和居里點,分別可以應用于高頻和低頻,同時價格也低于相應的其它材料。因此,可以說非晶態合金作為變壓器鐵心使用是非常理想的。


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