非晶纳米晶软磁范文

非晶态合金是一种有别于晶态合金的完全各向同性的材料。非晶态金属具有晶态金属难以达到的高强度、高硬度、高延展性、优异软磁性能、高耐蚀性及优异的电性能、抗辐照能力和较好的催化及储氢能力。

美国为非晶纳米晶合金的研究开发做了大量创造性工作，投入了大量人力、物力和资金。非晶态软磁合金带材生产集中于联信(Allied)公司及其附属厂家；而快淬NdFeB则主要集中于通用汽车公司(GM)及其合作厂家。非晶纳米晶合金应用研究一直以配电变压器为重点，近几年来在电子和电力电子应用方面获得了相当大的进展。除美国之外，日本和德国在非晶纳米晶合金应用开发方面拥有自己的特色，重点是电子和电力电子元件，例如高级音响磁头、高频电源(含开关电源)用变压器、扼流圈和磁放大器等。

与美、日、德相比，我国非晶纳米晶合金的产业规模与日本和德国相当，但远小于美国。在工艺技术和产品质量方面与上述国家差距很大。国内现有制带设备尚无法批量生产厚度小于20μm的超薄带。因此，严重制约了国内非晶纳米晶合金在各个领域的推广应用。但通过前4个五年科技攻关计划的实施，我国基本实现了非晶纳米晶合金带材及其制品的产业化。在十五期间，纳米晶带材及其制品的产业化开发又被列入重大科技攻关计划，国家给予重点支持，旨在推动纳米晶材料应用开发快速发展，满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。

非晶纳米晶软磁合金优异的磁学性能

由于晶粒尺寸小，晶粒界面密度大，因此非晶纳米晶材料具有许多优越性，其中有强度和硬度的提高、扩散性的增大、延展性和韧性的提高、密度的减小、弹性模量的变小、电阻率的增大、比热的增大、热膨胀系数的增大、热导率的降低和优异的软磁学特性等。

1988年Yoshizawa等研究的Fe-Cu-Nb-Si-B(也叫Finmet)合金具有高达1.25T的BS(饱和磁化强度)以及高达十万的初始磁导率(μi)和相当于钴基非晶的低铁损。最近，用快速凝固方法制备部分晶化铁基合金得到了深入的研究，这种bccα-Fe纳米晶镶嵌在非晶体的新材料后表现出良好的磁学性能：低矫顽力、高渗透性、磁致伸缩几乎为零和低的损耗。

1、高饱和磁化强度

通过控制晶化过程，可以得到纳米微晶镶嵌在非晶体的非晶纳米晶复合材料。适当组成的非晶纳米晶材料表现出优良的机械和磁学性能，Fe-Si-B非晶纳米晶的矫顽力大约为0.05Oe(相同成分非晶态的矫顽力为0.11Oe，纳米晶的矫顽力为4.96Oe)。为了获得更高的饱和磁化强度，Suzuki等人发明了新型纳米晶系Fe-M-B(M=Zr,Nb,Hf)合金，其结构为bcc相纳米晶(10~20nm)与非晶相基体的混合组织，其BS=1.5~1.7T。进一步研究证实，复合添加过渡族金属(Zr,Nb,Hf,Ti,V,Ta,W等)及副族金属(Cu,Au,Ag等)，可以大大改善Fe-M-B合金的软磁性能，但BS值有所降低。因而通过合理调整成分可以得到不同的磁学性能，

如Fe91Zr7B2合金具有高达1.70T的BS值。

2、低矫顽力

Fe-Si-B非晶纳米晶的矫顽力大约为0.05Oe(相同成分非晶态为0.11Oe，纳米晶4.96Oe)，Fe-Si-B-Nb-Cu系纳米复合相，BS为1.2~l.3T，1kHz下μi最高为1.0×105，Hc(矫顽力)约为0.5A/m。Fe-Zr-Nb-B系BS为l.4~1.6T，μi最高为1.6×105，Hc约1.2A/m,是当前软磁材料中最优良的软磁材料。

这些优良的磁特性是由于：(1)减少了纳米bcc相的磁晶各向异性；(2)铁磁性残余非晶相介于bcc相之间发生磁耦合；(3)bcc相和非晶相间的元素再分配达到低的磁致伸缩；(4)在bcc相和非晶相界面上Nb和Zr的低扩散和偏析有控制bcc相颗粒长大的效果等。

3、高磁导

Fe-M-B(M=Zr,Nb,Hf)合金，其结构为bcc相纳米晶(10~20nm)与非晶相基体的混合组织，其动态磁导率大于2.00×104，Fe88.7Zr7B3Co1.3合金具有很高BS值并有1.00×105的有效磁导率。