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          衡陽市金則利特種合金股份有限公司

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      4. 高性能納米晶軟磁合金技術研究與產業化分析
        發布時間:2012-05-16 來源:本站 點擊數:362

        世界自然保護基金組織在“解決全球溫室效應”綱要中指出:“非晶、納米晶材料是一種很有希望節能的新材料”。鐵基非晶納米晶軟磁合金是20世紀80年代末問世的一類新型軟磁材料。它的軟磁性能兼備了各種傳統軟磁材料的優點,如高飽和磁感應強度、高磁導率和低損耗等,滿足了各類電子設備向高效節能、微型化、集成化方面發展的需求,而且成本低廉。

        技術研究狀況

        1988年日本的Yoshizawa等人首先發現,在Fe-Si-B非晶合金的基體中加入少量Cu和M(M=Nb、Ta、Mo、W等),經適當的溫度晶化退火以后,可獲得一種性能優異的具有體心立方結構的超細晶粒(D約為10nm)軟磁合金,堪稱“第三代軟磁”材料。該材料磁性能不僅不惡化,反而非常優良,這種非晶合金經過特殊的晶化退火而形成的晶態材料稱為納米晶合金。其典型成份為Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9,牌號為Finemet,磁性能為高飽和磁感(1.2T)、高初始磁導率(80000)、低Hc(0.32A/M),高磁感下的高頻損耗低(P0.5T/20kHz=30W/kg),電阻率為80Ωcm,比坡莫合金(50~60μΩcm)高。其后,Suzuki等人又開發出了Fe-M-B(M=Zr,Hf,Ta)系。到目前為止,已經開發了許多納米晶軟磁材料。

        早期的Fe基納米晶軟磁合金現已產業化,它具有1.25~1.30T的飽和磁感應強度Bs、105數量級的起始磁導率μi、mOe數量級的低矯頑力Hc和良好的磁導率頻散特性,在寬頻率范圍內的低鐵損以及良好的磁性溫度穩定性等性能,因此應用范圍越來越廣。早期開發的合金含有較昂貴的Nb,且鋼水粘度較大,制取非晶有一定的困難。為了降低原材料成本和改善加工性能,又保持早期合金優良的軟磁性能,國內外學者又在第三代軟磁合金的基礎上進行改進,以研制出更加廉價的具有中等或中上等品質性能的軟磁性能合金。在第三代軟磁合金問世2-3年以后,日本東北大學井上明久(A.Inoue)等人又成功開發了高飽和磁感應強度Bs的鐵基納米晶合金,其飽和磁感應強度Bs為1.5~1.7T,合金的納米晶相與第三代軟磁合金體心立方的α-Fe+Si相不同,為單一體心立方結構的α-Fe納米晶。這類Fe基納米晶軟磁合金是指飽和磁感應強度Bs≥1.5T,在Hm=0.4Am-1的弱場下具有104~105數量級的磁導率和較低鐵損的Fe-M1-B-M2類合金(其中M1=Zr、Nb、Hf、Ta、Ti、Mo、W等單一元素或多種元素組合,M2=Cu、Si、Al等單一元素或組合)或者為Fe-M-B系(M=Zr、Nb、Hf)被公認為第三代軟磁合金的改進型,其在軟磁材料中處于重要的地位。

        綜上可知,對非晶材料進行退火處理使其發生部分晶化,獲得的非晶納米晶雙相材料具有極其優良的綜合軟磁性能。在電力電工領域,采用非晶納米晶軟磁合金作為鐵芯材料的變壓器,其空載損耗可比同容量的硅鋼芯變壓器降低60%~80%。美國通過使用這種變壓器每年可節約近5×1010kWh的空載損耗,節能產生的經濟效益節約為35億美元。同時減少電力損耗也就降低了發電的燃料消耗,從而減少了諸如CO2、SO2、NOX等有害氣體的排放量,滿足了社會可持續發展和保護生態環境的需要。因此,鐵基非晶納米晶軟磁合金符合21世紀新材料發展的節能化、環?;?,是一種綠色環保的節能材料,其正在成為硅鋼片、鐵氧體等傳統軟磁材料的有利競爭者。

        產業化現狀

        軟磁材料是國民經濟與國防工業的重要基礎與支柱產業,應用非常廣泛,隨著現代信息技術、交通運輸、儀器儀表、電力電子、新能源、生物工程以及國防工業的飛速發展,對軟磁材料提出了更高的要求,那就是高性能化、高頻化、多功能化、低成本化。

        目前,納米晶軟磁材料已成為軟磁鐵氧體的有力競爭者,其應用領域遍及軟磁材料應用的各個方面,如抗電磁干擾(EMI)濾波器、功率變壓器、高頻變壓器、互感器、磁頭、傳感器、高頻開關電源以及程控交換電源等。特別是現代國防工業所需要的高精度傳感器、高頻開關電源用磁芯、相控陣雷達雙模移項器尤其需要納米晶軟磁材料。納米晶軟磁材料也可以廣泛應用于大功率開關電源、逆變電源、磁放大器、高頻變壓器、高頻扼流圈鐵芯、電流互感器鐵芯、漏電保護開關、共模電感鐵芯等。

        由于非晶納米晶材料巨大的研究和市場潛力,國內外相關領域的學者和專家對此進行了較為深入的研究和生產研發。日本、美國、德國已相繼研制成功相關的生產線,并開始了中、小規摸的生產。

        目前國外主要的生產廠商有美國Conway非晶金屬制帶廠和印度Gurgaon電子鐵芯元件廠,日本的Hitachi(日立金屬公司)和Toshiba(東芝公司),德國的真空熔煉公司(VAC)以及俄羅斯和韓國的由由公司。這些公司目前生產的非晶帶材的寬度為100~250mm,年產量在百t級左右。其中,德國VAC公司生產的材料及其產品,由于質量優異(無論在交流磁性能還是直流磁性能),因而在中國相關的高端產品市場中占主要份額,每年有上億,甚至數億元進口,僅深圳一地每年就有5000~6000萬元的進口量(深圳格潤高科技有限公司的市場調研資料顯示)。日本高性能的鐵基納米晶軟磁材料產品,其售價折合人民幣的為300多元/kg,而且還很難買到。 



        衡陽市金則利特種合金股份有限公司成立于1999年,公司主營電磁不銹鋼,為湖南省高新技術企業。公司自成立以來,即致力于電磁不銹鋼的研發。公司已具備年產電磁不銹鋼1萬噸的生產能力。

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