非晶和纳米晶合金

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铁基非晶合金在工频和中频领域，正在和硅钢竞争。铁基非晶合金和硅钢相比，有以下优缺点。
1)铁基非晶合金的饱和磁通密度Bs比硅钢低，但是，在同样的Bm下，铁基非晶合金
的损耗比0.23mm厚的3%硅钢小。一般人认为损耗小的原因是铁基非晶合金带材厚度薄，
电阻率高。这只是一个方面，更主要的原因是铁基非晶合金是非晶态，原子排列是随机的，
不存在原子定向排列产生的磁晶各向异性，也不存在产生局部变形和成分偏移的晶粒边界。
因此，妨碍畴壁运动和磁矩转动的能量壁垒非常小，具有前所未有的软磁性，所以磁导率
高，矫顽力小，损耗低。
2)铁基非晶合金磁芯填充系数为0.84～0.86，
与硅钢填充系数0.90～0.95 相比，同样重量的铁基非晶合金磁芯体积比硅钢磁芯大。
3)铁基非晶合金磁芯的工作磁通密度为
1.35T～1.40T，硅钢为1.6T～1.7T。铁基非晶合金工频变压器的重量是硅钢工频变压器
的重量的130%左右。但是，即使重量重，对同样容量的工频变压器，磁芯采用铁基非晶合
金的损耗，比采用硅钢的要低70%～80%。
4)假定工频变压器的负载损耗(铜损)都一样，负载率也都是50%。那么，要使硅钢工频
变压
器的铁损和铁基非晶合金工频变压器的一样，则硅钢变压器的重量是铁基非晶合金变
压器的1 8 倍。因此，国内一般人所认同的抛开变压器的损耗水平，笼统地谈论铁基非晶
合金工频变压器的重量、成本和价格，是硅钢工频变压器的130%～150%，并不符合市场
要求的性能价格比原则。国外提出两种比较的方法，一种是在同样损耗的条件下，求出两
种工频变压器所用的铜铁材料重量和价格，进行比较。另一种方法是对铁基非晶合金工频
变压器的损耗降低瓦数，折合成货币进行补偿。每瓦空载损耗折合成5～11 美元，相当于
人民币42～92元。每瓦负载损耗折合成0.7～1.0美元，相当于人民币6～8.3元。例如一个
50Hz，5kVA 单相变压器用硅钢磁芯，报价为1700元/台；空载损耗28W，按60元人民币
/W 计，为1680 元；负载损耗110W，按8 元人民币/W 计，为880 元；则，总的评估价为
4260 元/台。用铁基非晶合金磁芯，报价为2500 元/台；空载损耗6W，折合成人民币360
元；负载损耗110W，折合成人民币880元，总的评估价为3740元/台。如果不考虑损耗，
单计算报价，5kVA 铁基非晶合金工频变压器为硅钢工频变压器的147%。如果考虑损耗，
总的评估价为89%。
5)现在测试工频电源变压器磁芯材料损耗，是在畸变小于2%的正弦波电压下进行的。
而实际的工频电网畸变为5%。在这种情况下，铁基非晶合金损耗增加到106%，硅钢损耗
增加到123%。如果在高次谐波大，畸变为75%的条件下(例如工频整流变压器)，铁基非晶
合金损耗增加到160%，硅钢损耗增加到300%以上。说明铁基非晶合金抗电源波形畸变能
力比硅钢强。
6)铁基非晶合金的磁致伸缩系数大，是硅钢的3～5 倍。因此，铁基非晶合金工频变压
器的噪声为硅钢工频变压器噪声的120%，要大3～5dB。
7)现行市场上，铁基非晶合金带材价格是0.23mm3%取向硅钢的150%，是0.15mm3%
取向硅钢(经过特殊处理)的40%左右。
8)铁基非晶合金退火温度比硅钢低，消耗能量小，而且铁基非晶合金磁芯一般由专门生
产厂制造。硅钢磁芯一般由变压器生产厂制造。
根据以上比较，只要达到一定生产规模，铁基非晶合金在工频范围内的电子变压器中
将取代部分硅钢市场。在400Hz至10kHz中频范围内，即使有新的硅钢品种出现，铁基非
晶合金仍将会取代大部分0.15mm以下厚度的硅钢市场。
值得注意的是，日本正在大力开发FeMB 系非晶合金和纳米晶合金，其Bs 可达1.7～
1.8T，而且损耗为现有FeSiB 系非晶合金的50%以下，如果用于工频电子变压器，工作磁
通密度达到1.5T以上，而损耗只有硅钢工频变压器的10%～15%，将是硅钢工频变压器的
更有力的竞争者。日本预计在2005年就可以将FeMB系非晶合金工频变压器试制成功，并
投入生产。
非晶纳米晶合金在中高频领域中，正在和软磁铁氧体竞争。在10kHz至50kHz电子变
压器中，铁基纳米晶合金的工作磁通密度可达0.5T，损耗P0.5/20k≤25W/kg，因而，在大
功率电子变压器中有明显的优势。在50kHz 至100kHz 电子变压器中，铁基纳米晶合金损
耗P0.2/100k为30～75W/kg，
铁基非晶合金P0.2/100k为30W/kg，可以取代部分铁氧体市场。
非晶纳米晶合金经过20 多年的推广应用，已经证明其具有下述优点：
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。