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纳米晶薄带主要用于高频电子信息领域,应用重点是作为开关电源、电磁干扰(EMI)滤波器中的各类高品质铁芯材料。与传统的铁芯(如铁氧体铁芯)相比,纳米晶铁芯磁感高、损耗小、性能稳定,已经成为优选产品。
自美国率先开发出实用的非晶合金带材以来,由于高效的制备工艺和优异的材料性能,非晶合金正在逐步取代硅钢、玻莫合金和铁氧体等传统软磁材料,在电力、电子、通讯等领域获得越来越多的应用。十年来,传统软磁材料已经难以满足电子和通讯技术向高频化、小型轻量化方向发展的要求,而高质量非晶和纳米晶合金薄带与其相比具有突出的优势,因此,其成为了重要的基础功能材料,对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用,是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间与高技术领域的关键材料。
在电力电子领域,随着高频逆变技术的成熟,传统大功率线性电源开始大量被高频开关电源所取代,而且为了提高效率,减小体积,开关电源的工作频率越来越高,这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。硅钢高频损耗太大,已不能满足使用要求;铁氧体虽然高频损耗较低,但在大功率条件下仍然存在很多问题,一是饱和磁感低,无法减小变压器的体积;二是居里温度低,热稳定性差;三是制作大尺寸铁芯成品率低,成本高。采用功率铁氧体的单个变压器的转换功率不超过20kW。纳米晶软磁合金同时具有高饱和磁感和很低的高频损耗,且热稳定性好,是大功率开关电源用软磁材料的最佳选择。采用纳米晶铁芯的变压器的转换功率可达500kW,体积比功率铁氧体变压器减少50﹪以上。在逆变焊机电源中纳米晶合金已经获得广泛应用,在通讯、电动交通工具、电解电镀等领域的开关电源中的应用也正在积极开发之中。国内普通纳米晶带材约6%用于逆变焊机领域。
1J50磁性退火主要是控制退火温度和冷却速度。
软水机常用的软水技术有两种,一种是通过离子交换树脂去除水中的钙、镁离子,降低水质硬度;另外一种是纳米晶TAC软水技术,即Template Asisted  ...
硬质氧化内胆是铝材直接氧化形成保护膜,特点是硬 度高; 晶钢内胆是在硬质氧化内胆的基础上加上防生荷叶不粘层,特点是建康,不粘 陶晶内胆(远红外陶晶内胆)是在晶钢内胆的基础上加上...
纳米晶薄带未来主要应用方向是新能源(太阳能、风能)、电动汽车等新兴产业涌现的新应用领域。在新兴应用领域里,纳米晶薄带主要用作太阳能光伏逆变器、电动汽车车载充电机的共模电感及高频变压器铁芯材料,市场增量巨大。在全球能源形势紧张、气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天,世界各国都在寻求新的能源替代战略,以求得可持续发展并在日后的发展中获取优势地位。太阳能光伏发电作为一种清洁可再生的新能源产业,受到世界各国的普遍关注和重视。许多国家政府都在加大对该产业的政策支持力度,将太阳能光伏等新能源产业作为引领经济发展的重要举措。并网光伏逆变器是光伏系统的核心功率调节器件,以实现光伏发电接入电网、负载。并网光伏逆变器构造内的主要电磁元件有输出滤波电感、共模电感及隔离变压器。其中,输出滤波电感的主要作用是将PWM调制波转换为失真很小的正弦波,从而实现向电网或负载馈入干净的正弦波的作用。采用纳米晶薄带制成的共模电感及高频变压器铁芯,具有体积小、重量轻、节能等特点。
此外,随着智能电网的全面铺开,智能电表将逐步替换传统的机械式电表。精密电流互感器是智能电表中的关键元件,随着智能电网的建设,纳米晶剪切带也将迎来新的增长需求。
廉价高B_s超低铁损纳米晶软磁合金
本文简要介绍了Bs达1.8~1.94 T并且工作Bm达1.5~1.7 T时的铁损优于细畴高取向硅钢的Fe-CuSiB(P)系Fe基纳米晶合金的最新研究进展。
纳米晶软磁合金在高压电流互感器中的应用研究
分析了影响高压电流互感器测量误差的因素,及仪表保安系数FS与磁介质之间的关系,对比了纳米晶合金铁心与1J85坡莫合金铁心用于高压电流互感器的结果。
软磁合金种类繁多,根据组成合金的元素不同可分为电磁纯铁(工业纯铁)、铁硅合金、铁镍合金、铁铝合金、铁硅铝合金及铁钴合金等。若以合金的磁特性不同又可分为高磁饱和合金、高磁导率合金、高矩形比合金、电工钢、恒导磁率合金、高△B合金、耐蚀软磁合金和热磁补偿合金等。如果按合金的内部结构可分为结晶态软磁合金、非晶态软磁合金和纳米晶软磁合金。表1列出几种主要软磁合金的性能。
表1 几种主要软磁合金的磁性能
材 料 |
初始磁导率 μi/×103 |
最大磁导率 μm/×103 |
矫顽力Hc /A·m-1 |
磁饱和 Bs/T |
居里温度 Tc/℃ |
电阻率ρ/ 10-6Ω·m |
中国牌号 |
相应外国牌号 |
高纯铁(99.95%) |
100 |
4 |
2.16 |
770 |
10 |
Puron |
||
工业纯铁(99.75%) |
0.15 |
5 |
80 |
2.15 |
770 |
10 |
DT-4 |
lngot lron |
低碳钢 |
3.8 |
80—160 |
2.1 |
770 |
12 |
W23G |
H30~H60,ASTM1,2 |
|
Si1.75Fe |
0.28 |
5 |
64 |
2.02 |
745 |
37 |
W20 |
H20,ASTM45 |
Si3Fe |
0.29 |
3 |
56 |
2.01 |
740 |
47 |
W10~W14 |
H10~H14 |
取向Si3Fe |
1.4 |
50 |
7.2 |
2.01 |
730 |
48 |
Q10~Q11 |
Z10~Z11 |
Ni50Fe |
4 |
50 |
5.6 |
1.6 |
480 |
50 |
1J50 |
Hyperm52 |
Ni79Mo4Fe |
20 |
90 |
2.4 |
0.78 |
455 |
58 |
1J79 |
4-79 Mo-Permalloy |
Ni80Mo5Fe |
55 |
300 |
0. 5 |
0.78 |
400 |
65 |
1J85 |
Supermalloy |
Co49V2Fe |
0.8 |
5~8 |
80~96 |
2.4 |
930 |
40 |
1J22 |
Permendur |
Co49V2Fe |
0.8 |
60~70 |
16~20 |
2.4 |
930 |
40 |
1J22(超) |
Supermeudur |
Si9.5Al5.6Fe |
15 |
110 |
32 |
1.1 |
500 |
106 |
1J1 |
Sendust |
Al16Fe |
3 |
100 |
2 |
0.76 |
350 |
150 |
1J16 |
Alfend |
Fe基非晶合金 |
5 |
60 |
2.4 |
1.56 |
415 |
130 |
1K101 |
Metglass 2605S2 |
Co基非晶合金 |
12 |
200 |
0.14 |
|||||
FeNi基非晶合金 |
900 |
0.64 |
0.78 |
250 |
180 |
1K501 |
Metglass 2826 |
|
Fe基超微晶合金 |
90 |
500 |
0.4 |
1.20 |
320 |
80 |
Finemet |
|
NiZn铁氧体 |
0.05~0.5 |
40~120 |
0.2~0.3 |
150~500 |
108 |
|||
MnZn铁氧体 |
2 |
2.5 |
48 |
0.35~0.4 |
170 |
8.107 |
电磁纯铁碳含量低于0.04%的铁和软钢,包括电工纯铁、电介铁和羰基铁。特点是饱和磁化强度高达2.15T,价格低廉,加工性能好等;但电阻率低,交变磁场下使用时涡流损耗大,只适于在静态下使用。主要用于作电磁铁心、极靴、继电器和扬声器的磁导体以及磁屏蔽罩等。
铁硅合金 含硅量为0.5%~4.8%的铁硅合金,一般以薄板形式生产,包括热轧硅钢,无取向冷轧硅钢和取向冷轧硅钢等。在铁中加入硅后可消除纯铁严重的磁时效现象,随着硅含量的增加,虽然磁饱和(饱和磁化强度)下降,但其电阻率和磁导率升高,矫顽力和涡流损耗减小,从而可扩大其在交流领域中的应用。由于价格低廉,已成为软磁合金的主导产品,广泛用于电力工业、机械电子和仪表工业作变压器、功率放大器、电感线圈、电机的定子和转子等。通常,将电磁纯铁和硅钢片统称为电工钢。
铁铝合金铝含量为6%~16%的铁铝合金,具有较好的软磁性能,不但磁导率和电阻率高,而且硬度高、耐磨性好。但性质较脆,难于轧制和冲压,使用受到影响。该合金主要用于磁头铁心和小型变压器、磁放大器、继电器的铁心等。
铁硅铝合金在二元铁铝合金中加入硅,可以使磁晶各向异性K1和磁致伸缩λs同时趋于零,从而获得高磁性能的铁硅铝软磁合金,命名为森达斯特合金。其典型成分为含硅9.6%,含铝5.4%,其余为铁。它的特点是具有特高的硬度,高的磁饱和(约为1T),高磁导率和高电阻率等特性;缺点是磁性对成分的起伏非常敏感,较脆,加工性能较差。该合金主要用于音频和视频磁头。
铁镍合金镍含量为30%~90%的铁镍合金,常称坡莫合金。在这一成分范围内,通过加入适量的合金化元素,并采用适当工艺,可获得高导磁、恒导磁、恒矩磁等不同磁特性的软磁合金。坡莫合金具有很高的塑性,可以冷轧成1μm的超薄带,是使用领域最广泛的一类软磁合金。它可以用在弱磁场下作铁芯和磁屏蔽,也可作低剩磁和恒磁导率的脉冲变压器和电感铁心,还可作高矩形比合金、热磁补偿合金及磁致伸缩合金等。其缺点是价格昂贵,在特高频的磁场下使用时损耗较大。
铁钴合金钴含量为27%~51%的铁钴合金,具有最高的饱和磁化强度,如35Co-Fe合金的饱和磁感应强度达到2.43T,比电磁纯铁的高13%。二元铁钴合金的力学性能不好,电阻率低,加入适量的铬、钒可改善加工性能,最适合作高饱和磁感材料和高性能软磁材料,主要用于极靴、电机转子和定子、变压器铁心等。
非晶态软磁合金一种无长程序、无结晶粒的合金,又称无定形金属或金属玻璃。具有软磁特性的非晶态合金的磁导率高、矫顽力小、对应力不敏感,且有耐蚀和高强度的特点。此外,其电阻率较高,可用于高频。缺点是它在一个较低的温度下会发生晶化,而且在更低的温度下会发生结构弛豫,使磁性发生变化,因此工作温度不宜过高,不宜超过100~150℃。非晶态软磁合金主要有两类:即金属-类金属型和金属-金属型。前者应用较多,它又分为钴基、铁基和铁镍基3类。非晶态软磁合金具有不同类型的磁特性,可取代其他软磁材料之用。
超微晶软磁合金80年代以来新发现的一种软磁合金。由小于50nm左右的结晶相和非晶态的晶界相组成,具有比晶态和非晶态合金更好的综合磁性能,不仅磁导率高、矫顽力低、损耗小,且饱和磁感高、稳定性好。如铁基超微晶合金,主要有FeCuNbSiB和FeZrB两种,与高镍的坡莫合金一样,可采用不同热处理工艺获得不同的磁性能。
soft magnetic alloy 在外磁场作用下容易磁化,去除磁场后磁感应强度又基本消失的磁性合金。
其磁滞回线面积小而窄,矫顽力一般低于800A/m,电阻率高,涡流损耗小,导磁率高,饱和磁感高。一般都加工成板材和带材。熔融法制备。主要用作电器、电信工业中的各种铁芯元件(如变压器铁芯、继电器铁芯、扼流圈等)。常用软磁合金有低碳电工钢、阿姆科铁、硅钢片、镍铁软磁合金、铁钴软磁合金、铁硅软磁合金等。