1K107非晶纳米晶材料与应用
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❖ 应用：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。
铁镍基非晶合金/坡莫合金
❖组成：40%Ni、40%Fe及20%类金属元素 ❖性能：1. 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。2.在 中、低频率下具有低的铁损。3.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。 ❖应用：广泛用于漏电开关、精密电流互感 器铁芯、磁屏蔽等。
❖ 2003年底日立金属并购Honeywell的Metglas 部门，于2007年突破年产5万吨。
❖ 国内安泰科技是研究开发非晶合金材料较早的公 司。
非晶合金带材的炼制生产过程示意图
※液态熔融状态下经过超急速冷却（冷却速度 10^6℃/ S）形成厚度0.02～ 0.04mm的固态带状金属 。
※与传统硅钢片制造工艺相比，工艺大大简化，节能，无污染
铁氧体
❖ 组成：铁氧体是由铁的氧化物及其他配料烧结而成。一般 可分为永磁铁氧体、软磁铁氧体和旋磁铁氧体三种。软磁 铁氧体是由三氧化二铁和一种或几种其他金属氧化物（例 如：氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶 等）配制烧结而成。
❖ 性能：具有低饱和磁感应强度（0.5T），低矫顽力，高电 阻率和较低的居里温度，所以软磁铁氧体的温度稳定性不 理想。
1K107 非晶纳米晶材料
及应用
主讲：技术部
变压器/电磁器件工作原理—电磁互感
i1
U1
u1
e1
U2
Φ
i2
u1
e2 u2 Z Lu2 Nhomakorabea通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：
电能 → 磁场能 → 电能转化
(U1、I1) (变化的磁场)
( U2、I2)
软磁材料铁芯发展
电力变压器
电磁元器件
19世纪末 纯铁、软钢和无硅钢
❖ 应用： 它主要用作各种电感元件，如滤波器磁芯、变压 器磁芯、无线电磁芯，以及磁带录音和录像磁头等，也是 磁记录元件的关键材料。
铁基纳米晶合金
铁基纳米晶合金
❖ 组成：铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所 构成的合金，经快速凝固工艺形成一种非晶态材料。热 处理后获得直径为10－20 nm的微晶,弥散分布在非晶态 的基体上，被称为微晶、纳米晶材料。
材料特性
各向同性的软磁材料 厚度极薄，仅为 0.025mm，填充系数低 电阻率高，涡流损耗小 硬度大，切割要求高，易碎
机械应力敏感，受力后会影响性能
不同软磁材料的物理性能
硅钢片与非晶材料的微观差异
原子排列
硅钢片
非晶材料
磁滞回线比较
❖ 图中曲线所包围的封闭面积代表磁性材料在磁场交替循 环中以热的形态散失的能量
铁粉、氧化铁、细铁丝等
20世纪初
硅钢片
热轧磁性硅钢片
坡莫合金、坡莫合金磁粉
冷轧无取向硅钢片 软磁铁氧体 冷轧晶粒磁性硅钢片 软磁合金薄带
20世纪末 非晶态合金
非晶纳米晶合金
常用的软磁磁芯种类
❖铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材 料的基本组元。
❖ 按(主要成分、磁性特点、结构特点)制 品形态分类：(1) 粉芯类： 磁粉芯，包括： 铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯(High Flux)、坡莫合金粉芯(MPP)、铁氧体磁芯 ;(2) 带绕铁芯：硅钢片、坡莫合金、非晶及 纳米晶合金。
矫顽力 Hc(A/m) 饱和磁致伸缩系数（×10－6）
电阻率(muOhm·cm) 居里温度(℃) 铁芯叠片系数
纳米晶铁芯
1.25 < 0.20 < 3.4
< 35 < 40 > 20,000 < 1.60 <2 80 570 > 0.70
铁氧体铁芯
0.5 0.2 7.5 不能使用 不能使用 2,000
国内外非晶合金产业的发展史
❖ 1967年：美国的Duwez教授率先发明液态金属 快淬技术制造非晶合金软磁材料；
❖ 1971年：美国Allied Signal（联信）公司开发出 非晶合金宽带的平面流铸制带技术，当时可制成 宽度为20mm的非晶合金带材；
❖ 1982年：美国Allied Signal建成非晶合金带材连 续生产厂，先后推出命名为Metglas系列非晶合 金带材，标志着非晶合金产业化和商品化的开始 ；
不同软磁材料的磁性能
非晶合金与硅钢的主要性能比较
饱和磁感应强度 矫顽力 居里温度 单位铁损 (1.3T,50Hz) 电阻率 密度 维氏硬度 饱和磁致伸缩系数 最大导磁率 厚度
非晶合金 1.56T ＜4A/m 415℃
0.18W/kg 140μΩ.cm 7.18 g/cm3 860 hg/cm2 30×10-6 ＞200，000 0.02～0.04 mm
牌号和基本成分
1K101 Fe-Si-B快淬软磁铁基合金 1K102 Fe-Si-B-C快淬软磁铁基合金 1K103 Fe-Si-B-Ni快淬软磁铁基合金
1K201 高脉冲磁导率快淬软磁钴基合金 1K202 高剩磁比快淬软磁钴基合金 1K203 高磁感低损耗快淬软磁钴基合金
1K104 Fe-Si-B-Ni Mo快淬软磁铁基合金 1K204 高频低损耗快淬软磁钴基合金
1K105
Fe-Si-B-Cr(及其他元素)快淬软磁 铁基合金
1K205
1K106
高频低损耗Fe-Si-B快淬软磁铁基合 金
1K206
1K107
1K501
高频低损耗Fe-Nb-Cu-Si-B快淬软磁
铁基纳米晶合金
1K502
高起始磁导率快淬软磁钴基合金 淬态高磁导率软磁钴基合金 Fe-Ni-P-B快淬软磁铁镍基合金 Fe-Ni-V-Si-B快淬软磁铁镍基合金
6 4 106 < 200 －
铁基非晶合金
铁基非晶合金 ❖ 组成：80%Fe、20%Si,B类金属元素
❖ 性能：1. 高饱和磁感应强度（1.54T）；
2. 与硅钢片的损耗比较：磁导率、激磁 电流和铁损等都优于硅钢片。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节能60－70％。
冷轧硅钢 2.03T
＞30A/m 745℃ 1.2W/kg
50μΩ.cm 7.65 g/cm3
--10×10-6 ＞10，000 0.23～0.33 mm
纳米晶与铁氧体铁芯性能比较
基本参数
饱和磁感Bs（T） 剩余磁感Br（T）（20KHz） 铁损（20KHz/0.2T）（W/Kg） 铁损（20KHz/0.5T）（W/Kg） 铁损（50KHz/0.3T）（W/Kg） 导磁率（20KHz）（Gs/Oe）
铁镍基非晶合金/坡莫合金
❖组成：40%Ni、40%Fe及20%类金属元素 ❖性能：1. 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。2.在 中、低频率下具有低的铁损。3.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。 ❖应用：广泛用于漏电开关、精密电流互感 器铁芯、磁屏蔽等。
❖ 2003年底日立金属并购Honeywell的Metglas 部门，于2007年突破年产5万吨。
❖ 国内安泰科技是研究开发非晶合金材料较早的公 司。
非晶合金带材的炼制生产过程示意图
※液态熔融状态下经过超急速冷却（冷却速度 10^6℃/ S）形成厚度0.02～ 0.04mm的固态带状金属 。
※与传统硅钢片制造工艺相比，工艺大大简化，节能，无污染
铁氧体
❖ 组成：铁氧体是由铁的氧化物及其他配料烧结而成。一般 可分为永磁铁氧体、软磁铁氧体和旋磁铁氧体三种。软磁 铁氧体是由三氧化二铁和一种或几种其他金属氧化物（例 如：氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶 等）配制烧结而成。
❖ 性能：具有低饱和磁感应强度（0.5T），低矫顽力，高电 阻率和较低的居里温度，所以软磁铁氧体的温度稳定性不 理想。
1K107 非晶纳米晶材料
及应用
主讲：技术部
变压器/电磁器件工作原理—电磁互感
i1
U1
u1
e1
U2
Φ
i2
u1
e2 u2 Z Lu2 Nhomakorabea通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：
电能 → 磁场能 → 电能转化
(U1、I1) (变化的磁场)
( U2、I2)
软磁材料铁芯发展
电力变压器
电磁元器件
19世纪末 纯铁、软钢和无硅钢
❖ 应用： 它主要用作各种电感元件，如滤波器磁芯、变压 器磁芯、无线电磁芯，以及磁带录音和录像磁头等，也是 磁记录元件的关键材料。
铁基纳米晶合金
铁基纳米晶合金
❖ 组成：铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所 构成的合金，经快速凝固工艺形成一种非晶态材料。热 处理后获得直径为10－20 nm的微晶,弥散分布在非晶态 的基体上，被称为微晶、纳米晶材料。
材料特性
各向同性的软磁材料 厚度极薄，仅为 0.025mm，填充系数低 电阻率高，涡流损耗小 硬度大，切割要求高，易碎
机械应力敏感，受力后会影响性能
不同软磁材料的物理性能
硅钢片与非晶材料的微观差异
原子排列
硅钢片
非晶材料
磁滞回线比较
❖ 图中曲线所包围的封闭面积代表磁性材料在磁场交替循 环中以热的形态散失的能量
铁粉、氧化铁、细铁丝等
20世纪初
硅钢片
热轧磁性硅钢片
坡莫合金、坡莫合金磁粉
冷轧无取向硅钢片 软磁铁氧体 冷轧晶粒磁性硅钢片 软磁合金薄带
20世纪末 非晶态合金
非晶纳米晶合金
常用的软磁磁芯种类
❖铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材 料的基本组元。
❖ 按(主要成分、磁性特点、结构特点)制 品形态分类：(1) 粉芯类： 磁粉芯，包括： 铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯(High Flux)、坡莫合金粉芯(MPP)、铁氧体磁芯 ;(2) 带绕铁芯：硅钢片、坡莫合金、非晶及 纳米晶合金。
矫顽力 Hc(A/m) 饱和磁致伸缩系数（×10－6）
电阻率(muOhm·cm) 居里温度(℃) 铁芯叠片系数
纳米晶铁芯
1.25 < 0.20 < 3.4
< 35 < 40 > 20,000 < 1.60 <2 80 570 > 0.70
铁氧体铁芯
0.5 0.2 7.5 不能使用 不能使用 2,000
国内外非晶合金产业的发展史
❖ 1967年：美国的Duwez教授率先发明液态金属 快淬技术制造非晶合金软磁材料；
❖ 1971年：美国Allied Signal（联信）公司开发出 非晶合金宽带的平面流铸制带技术，当时可制成 宽度为20mm的非晶合金带材；
❖ 1982年：美国Allied Signal建成非晶合金带材连 续生产厂，先后推出命名为Metglas系列非晶合 金带材，标志着非晶合金产业化和商品化的开始 ；
不同软磁材料的磁性能
非晶合金与硅钢的主要性能比较
饱和磁感应强度 矫顽力 居里温度 单位铁损 (1.3T,50Hz) 电阻率 密度 维氏硬度 饱和磁致伸缩系数 最大导磁率 厚度
非晶合金 1.56T ＜4A/m 415℃
0.18W/kg 140μΩ.cm 7.18 g/cm3 860 hg/cm2 30×10-6 ＞200，000 0.02～0.04 mm
牌号和基本成分
1K101 Fe-Si-B快淬软磁铁基合金 1K102 Fe-Si-B-C快淬软磁铁基合金 1K103 Fe-Si-B-Ni快淬软磁铁基合金
1K201 高脉冲磁导率快淬软磁钴基合金 1K202 高剩磁比快淬软磁钴基合金 1K203 高磁感低损耗快淬软磁钴基合金
1K104 Fe-Si-B-Ni Mo快淬软磁铁基合金 1K204 高频低损耗快淬软磁钴基合金
1K105
Fe-Si-B-Cr(及其他元素)快淬软磁 铁基合金
1K205
1K106
高频低损耗Fe-Si-B快淬软磁铁基合 金
1K206
1K107
1K501
高频低损耗Fe-Nb-Cu-Si-B快淬软磁
铁基纳米晶合金
1K502
高起始磁导率快淬软磁钴基合金 淬态高磁导率软磁钴基合金 Fe-Ni-P-B快淬软磁铁镍基合金 Fe-Ni-V-Si-B快淬软磁铁镍基合金
6 4 106 < 200 －
铁基非晶合金
铁基非晶合金 ❖ 组成：80%Fe、20%Si,B类金属元素
❖ 性能：1. 高饱和磁感应强度（1.54T）；
2. 与硅钢片的损耗比较：磁导率、激磁 电流和铁损等都优于硅钢片。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节能60－70％。
冷轧硅钢 2.03T
＞30A/m 745℃ 1.2W/kg
50μΩ.cm 7.65 g/cm3
--10×10-6 ＞10，000 0.23～0.33 mm
纳米晶与铁氧体铁芯性能比较
基本参数
饱和磁感Bs（T） 剩余磁感Br（T）（20KHz） 铁损（20KHz/0.2T）（W/Kg） 铁损（20KHz/0.5T）（W/Kg） 铁损（50KHz/0.3T）（W/Kg） 导磁率（20KHz）（Gs/Oe）