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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。、 . 我们打败了敌人。 我们把敌人打败了。铁基非晶态合金的技术动态与市场前景1铁基非晶态合金基本特性与用途非晶态金属与合金是 20 世纪 70 年代问世的一种新兴的材料。其制备技术完全不同于传统的晶态工艺方法, 而采用冷却速度大约 106 / 秒的超急冷凝固技术, 从钢液到薄带成品一次成型。由于超急冷凝固, 合金凝固时的原子来不及有序排列结晶, 得到的固态合金是长程无序结构, 没有晶态合金的晶粒、 晶界存在, 故称为非晶态合金。这种结构类似于玻璃, 因此也称为金属玻璃。与传统的金属磁性材料相比, 由于非晶合金原子排列无序, 没有晶
2、体的各向异性, 而且电阻率高, 因此具有高的导磁率、 低的损耗, 是优良的软磁材料, 代替硅钢、 坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁心、 互感器、 传感器等, 能够大大提高变压器效率、 缩小体积、 减轻重量、 降低能耗。非晶合金的磁性能实际上是迄今为止非晶合金最主要的应用领域。1.1非晶态合金特性 软磁材料主要包括冷轧硅钢、 铁氧体、 非晶态合金和纳米晶合金( 亦称为超微晶合金) 。非晶合金主要是铁基非晶合金、 铁镍基非晶合金、 钴基非晶合金, 纳米晶合金则是由非晶合金经过热处理后获得的一种性能优越的合金。各种软磁材料各自具有不同的特点, 应用场合也不同。表1是常见软磁材料性能的比较。表1常见软磁
3、材料性能比较铁基非晶合金冷轧硅钢铁镍基合金钴基合金铁基纳米晶坡莫合金软磁铁氧体饱和磁感应强度/T1.52.00.70.5-0.81.20.5-1.5415730250320560400550410480510电阻率-cm140501251409055106密度g/cm7.187.657.58.07.258-8.84.8硬度 hg/mm2860640900880120600饱和磁致伸缩系数/10-620-30271201-20-2514初始磁导率100010004000300008000010000 最大磁导率 0010000 00 00 000 00矫顽力 A/m8.00.82.00.42.0
4、铁损 (W/kg)P1/50=0.07P1/50=0.3P0.2k/20k20P0.2k/20k5P0.2k/20k10P0.2k/20k13P0.2k/20k40000450004500045000P14/50(W/kg)0.270.210.210.20(.cm) 1.251.301.67130s(.10-6)30272727D(g/cm3)7.327.187.187.20Tc()370415415392Tx()480550550507Hv1050900860900连续工作温度( ) 125150150150叠片系数0.75-0.800.75-0.800.78-0.860.79-0.88国内
5、铁基非晶合金的典型牌号是1K101, 相当于美国和日本的牌号是2605SA1, 铁基非晶合金代替硅钢片, 作为中低频( 50Hz20lHz) 变压器和电感元器件的铁心材料, 有如下好处: 高饱和磁感提高铁心的工作磁感, 缩小体积, 对配电变压器和电感器尤为重要。 高磁导率低矫顽力减小变压器初级线圈的激磁电流。 低损耗降低器件的温升。1.3 铁基非晶合金应用领域及其优势: 1.3.1铁基非晶合金应用领域( 1) 配电变压器铁心 铁基非晶合金的铁损仅相当于硅钢片的1/31/5, 磁导率比硅钢片高出近一个数量级。用非晶合金铁心制造的配电变压器空载损耗比硅钢S9系列变压器下降75, 空载电流比S9变压
6、器下降50。 在配电变压器铁心设计中, 非晶铁心的工作磁感常取1.3T-1.4T, 低于硅钢片的1.6T-1.7T, 因此非晶铁心配电变压器的体积比硅钢片铁心稍大。同时, 出于设计和产量等原因, 当前非晶合金变压器的价格高于硅钢变压器, 但非晶合金变压器运行过程中的空载损失远低于硅钢变压器, 整体成本是降低的。这种情况特别适用于空载时间长、 用电效率低的农村电网。 虽然非晶合金变压器的购买成本较高, 但考虑到非晶合金变压器具有低的铁损, 在变压器运行一定时间后, 由于低的空载损耗形成的节电效益即可大于与硅钢变压器的购买差价。同时, 非晶配电变压器的节能也十分有利于环保。( 2) 中频变压器铁心
7、 随着电力、 电子设备的发展, 对电源的小型化要求越来越迫切, 提高电源的工作频率是减少变压器体积、 提高效率的有效途径。航空飞行器、 航海船舰使用的电源, 工作频率为400Hz( 800Hz、 1600Hz) ; 高频加热设备的工作频率在1kHz15kHz范围。随着高频逆变技术的成熟, 工作频率提高到20kHz以上, 高频逆变电源由于频率的提高, 体积小、 重量轻、 效率高、 节能效果明显, 生产量越来越大。作为电源心脏的主变压器, 传统的铁心材料硅钢由于损耗太大, 已不能满足使用要求。非晶材料的出现, 为中频变压器提供了理想的材料, 在中频变压器领域中已得到较好的应用。铁基非晶合金不但具有
8、理想的工频磁性能, 而且中频磁性同样优异, 因此能够广泛用来代替硅钢片, 制造各种中频电源变压器铁心, 如400Hz航空电源、 铁路信号控制系统电源、 淬火电源等, 工作频率可达15kHz。对于不同频率的变压器, 铁心的工作磁感也取相应不同的值, 一般随着电源频率的提高适当降低铁心工作点。( 3) 高频电抗器及滤波电感器铁心 铁基非晶合金的高频铁损大大低于硅钢片, 并具有高的饱和磁感, 是中高频大功率电源中滤波电抗器、 高频滤波电感器、 功率因数校正电感器铁心的理想材料, 设计时工作点能够取接近饱和值。硅钢片的饱和磁感虽然高, 可是由于高频铁损很大, 为了避免发热过大只能降低工作点。铁基非晶铁
9、心当前已经应用于大功率电抗器铁心、 大功率高频电源输出滤波电感器铁心以及小功率电源输出电感器铁心、 汽车音响用电感器铁心等。1.3.2 铁基非晶合金与冷轧硅钢的比较 自 年初起,由于取向冷轧硅钢带材国内供需不平衡,取向冷轧硅钢带材料价格迅速上涨,现在已超过铁基非晶合金带材的价格.在现在这个市场价格条件下,铁基非晶合金在工频电源变压器领域中代替取向冷轧硅钢,不再只是可能的事情,已经变成了现实.在电力变压器行业,配电变压器生产厂纷纷把铁心材料从取向冷轧硅钢转向铁基非晶合金.同时,从 年7 月1 日起,强制性国家标准”配电变压器的能效限定值及节能评估值”正式实施,更加推动了配电变压器中用铁基非晶合金
10、代替取向冷轧硅钢的热潮.和配电变压器一样,工频电源变压器中铁基非晶合金代替取向冷轧硅钢,将会成为电源中电子变压器的一个主要的新进展.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。铁基非晶合金的饱和磁通密度 Bs 比硅钢低, 可是, 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, 因此磁导率高, 矫顽力小, 损耗低。 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。 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
