非晶帶材應(yīng)用

1、LOGO華南電力裝備有限公司 夏崧崧 Company L目目 錄錄41231、軟磁材料的分類2、非晶節(jié)能材料概況3、鐵基非晶、納米晶的應(yīng)用范圍4、非晶軟磁合金材料與其他常用軟磁料性能的對比5、鐵芯測試流程6、結(jié)語Company L軟磁材料分類軟磁材料分類41231、硅鋼片 在低頻場合，硅鋼帶是最廣泛的磁芯材料。通常采用一定厚度定向碾軋晶粒取向的帶料。材料特點為飽和磁感應(yīng)強度高，價格低廉。刺心損耗取決于帶材的厚度和硅的含量。硅含量越高，電阻率越大，則損耗越小。 典型牌號：DG1 DQ12、鐵鎳軟磁合金（坡莫合金） 1913年美國人（G.W.Elmen）發(fā)現(xiàn)，含鎳量為30%-90%的Ni-Fe合金

2、在弱磁場中具有良好的軟磁特性，其中含鎳78%的鎳鐵合金起始磁導(dǎo)率最高，故命名坡莫合金，意為導(dǎo)磁合金。坡莫合金是具有極高的磁導(dǎo)率、極低的矯頑力和磁化曲線高矩形比的軟磁材料。由于電阻率低，磁導(dǎo)率特別高，很難在高頻率場合應(yīng)用。應(yīng)用時卷成環(huán)狀，裝在非磁保護殼里。 典型牌號IJ85 Company L軟磁材料分類軟磁材料分類41233、非晶合金 非晶合金分為鐵基、鐵鎳基、鈷基和超微晶合金四大類；較為常用的是鐵基和鈷基類。 鐵基類非晶合金飽和磁感應(yīng)強度高，磁芯損耗比硅鋼低得多，價格比硅鋼高，適用于中頻和工頻變壓器。代替硅鋼磁芯做配電變壓器，可大大節(jié)省能源。、 鈷基類非晶合金磁導(dǎo)率極高，而矯頑力極低。適用于

3、幾十到幾百千赫茲的工作頻率，高頻下磁芯損耗低。但飽和磁感應(yīng)強度較低，適用于雙極性磁化的小功率變壓器以及磁放大器磁芯。4、寬恒導(dǎo)磁合金 此類材料的特點是在很寬的磁場范圍內(nèi)具有恒定的磁導(dǎo)率，而且損耗小，適合作為高頻電感磁芯。恒導(dǎo)金屬合金磁芯主要是鐵鎳合金，所以作為電感磁芯可以不開氣隙就能在較寬的磁感應(yīng)強度下獲得穩(wěn)定的磁導(dǎo)率。由于磁導(dǎo)率穩(wěn)定，設(shè)計簡便、電阻率高、磁芯損耗小，是作為反激變壓器磁芯的理想材料。Company L軟磁材料分類軟磁材料分類41235、磁粉芯 磁粉芯通常將磁性材料極細的粉末和作為粘接劑的復(fù)合物混合在一起，通過模壓、固化形成環(huán)狀的粉末金屬磁芯。由于磁芯中存在大量的非磁物質(zhì)，想當(dāng)于

4、在磁粉芯中存在很多非磁分布氣隙，在磁化時這些分布氣隙中要存儲相當(dāng)大的能量，因此可用這種磁芯作為電感和反激變壓器磁芯。6、鐵氧體材料 開關(guān)電源中應(yīng)用最多的就是鐵氧體，主要為錳鋅鐵氧體和鎳鋅鐵氧體。 鐵氧體是深灰色或黑色陶瓷材料，質(zhì)地硬且脆，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；成分為氧化鐵和金屬組成MeFe2O3，Me表示一種或幾種二價過渡金屬，如Mn、Zn、Ni、Co、Cu、Fe或Mg；最普通為（Mn、Zn）或（Ni、Zn），將這些金屬粉末加入適當(dāng)粘接劑均勻混合成型，在1000以上燒結(jié)，形成各種形狀鐵芯。鐵氧體初始磁導(dǎo)率較低，磁化曲線具有緩慢飽和特性；這種逐漸飽和特性對于推挽型變換器的變壓器有利，可以減少磁偏的影響。

5、Company L非晶節(jié)能材料概況非晶節(jié)能材料概況非晶合金帶材制備技術(shù)：采用“平面流鑄帶技術(shù)”：冶金工藝流程最短，比普通鋼鐵制造流程節(jié)能80%。被譽為冶金流程的革命性進展。Company L非晶節(jié)能材料概況非晶節(jié)能材料概況“雙綠色材料”：制造技術(shù)節(jié)能+應(yīng)用節(jié)能Company L非晶節(jié)能材料概況非晶節(jié)能材料概況非晶合金結(jié)構(gòu)特征：組成非晶帶材的“原子排列無序”：導(dǎo)致優(yōu)異的物理性能，鐵損與硅鋼相比降低80%，被譽為材料領(lǐng)域的革命性進展。Company L非晶節(jié)能材料概況非晶節(jié)能材料概況非晶合金帶材在配電變壓器中的節(jié)能效果非晶配電變壓器與硅鋼配電變壓器損耗比較（比例為相鄰比較）Company L非晶節(jié)

6、能材料概況非晶節(jié)能材料概況非晶合金在電機中的節(jié)能效果非晶帶材用于電機定子鐵芯，在400Hz-10000Hz頻率下由于具有高磁導(dǎo)率、低損耗的特征，損耗僅為硅鋼定子鐵芯的三分之一左右。Company L非晶節(jié)能材料概況非晶節(jié)能材料概況 非晶合金在電機中的典型應(yīng)用非晶合金應(yīng)用于電機，可顯著降低電機損耗，將電機的效率提升到95%以上，并具有使電機小型化和降低噪聲等優(yōu)勢。軸向磁通發(fā)電機：功率4.2KW,頻率675Hz，效率達到97.5%?；鹋诠╇娤到y(tǒng)用徑向磁通發(fā)電機：功率6KW，頻率400Hz，效率達到95%。Company L非晶節(jié)能材料概況非晶節(jié)能材料概況非晶合金在電機中的典型應(yīng)用非晶電機在電動汽車

7、領(lǐng)域具有無可比擬的優(yōu)勢，其所持有的高扭轉(zhuǎn)密度、高功率密度、高效率及低溫升等特點正好滿足滿足當(dāng)代電動汽車的需求。Company L非晶節(jié)能材料概況非晶節(jié)能材料概況非晶合金在電抗器中的應(yīng)用非晶合金應(yīng)用于電力電抗器，將大大降低電抗器的能耗，同時改善電網(wǎng)質(zhì)量和安全。十二五期間非晶電抗器的用量在十萬噸以上。Company L非晶節(jié)能材料概況非晶節(jié)能材料概況存量存量新增新增配電變壓器規(guī)模約為1000萬臺每年120萬臺假定采用非晶變壓器的百分比15%50%非晶變壓器需求150萬臺60萬臺非晶帶材需求75萬噸30萬噸20年的節(jié)電效益1300億度500億度20年的環(huán)保效益減排CO1.25億噸減排CO5000萬噸

8、市場前景廣闊，經(jīng)濟/社會效果顯著非晶高效電機：我國現(xiàn)行非晶電機的平均效率約為87%，低于國際先進水平2-3個百分點，為此我國每年多耗電約1500億度。若采用非晶合金定子鐵芯制備新型節(jié)能電機，運行效率可提高到95%以上，經(jīng)濟效益和節(jié)能潛力更加可觀，Company L非晶產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖非晶產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖Company L非晶聯(lián)盟發(fā)展規(guī)劃非晶聯(lián)盟發(fā)展規(guī)劃Company L非晶聯(lián)盟發(fā)展規(guī)劃非晶聯(lián)盟發(fā)展規(guī)劃Company L鐵基非晶合金（鐵基非晶合金（Fe-based amorphous alloys） 鐵基非晶合金是由80%Fe及20%Si,B類金屬元素所構(gòu)成,它具有高飽和磁感應(yīng)強度，磁導(dǎo)率、激磁電流

9、和鐵損等各方面都優(yōu)于硅鋼片的特點，特別是鐵損低(為取向硅鋼片的1/3-1/5)，代替硅鋼做配電變壓器可節(jié)能60-70%。鐵基非晶合金的帶材厚度為0.03mm左右，廣泛應(yīng)用于配電變壓器、大功率開關(guān)電源、脈沖變壓器、磁放大器、中頻變壓器及逆變器鐵芯, 適合于10kHz 以下頻率使用。 由于超急冷凝固，合金凝固時原子來不及有序排列結(jié)晶，得到的固態(tài)合金是長程無序結(jié)構(gòu)，沒有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在，稱之為非晶非晶合金合金，被稱為是冶金材料學(xué)的一項革命。這種非晶合金具有許多獨特的性能，如優(yōu)異的磁性、耐蝕性、耐磨性、高的強度、硬度和韌性，高的電阻率和機電耦合性能等。 非晶態(tài)金屬或合金是指物質(zhì)從液態(tài)(或氣態(tài))

10、急速冷卻時，因來不及結(jié)晶而在室溫或低溫保留液態(tài)原子無序排列的凝聚狀態(tài)，其原子不再成長程有序、周期性和規(guī)則排列，而是出于一種長程無序排列狀態(tài)。具有鐵磁性的非晶態(tài)金合金又稱鐵磁性金屬玻璃或磁性玻璃(Glassy Alloy)。Company L鐵基納米晶合金（鐵基納米晶合金（Iron-based nanocrystalline alloy） 鐵基納米晶合金由鐵、硅、硼和少量的銅、鉬、鈮等組成，其中銅和鈮是獲得納米晶結(jié)構(gòu)必不可少的元素。它們首先被制成非晶帶材，然后經(jīng)過適當(dāng)退火，形成微晶和非晶的混合組織。這種材料雖然便宜，但磁性能極好，幾乎能夠和非晶合金中最好的鈷基非晶合金相媲美，但是卻不含有昂貴的鈷

11、，是工業(yè)和民用中高頻變壓器、互感器、電感的理想材料，也是坡莫合金和鐵氧體的換代產(chǎn)品。 納米晶材料具有優(yōu)異的綜合磁性能：高飽和磁感、高初始磁導(dǎo)率、低Hc, 高磁感下的高頻損耗低，電阻率為80/cm，比坡莫合金(50-60/cm)高, 經(jīng)縱向或橫向磁場處理，可得到高Br(0.9)或低Br 值(1000Gs)。是目前市場上綜合性能最好的材料;：最佳頻率范圍：20kHz-50kHz。廣泛應(yīng)用于大功率開關(guān)電源、逆變電源、磁放大器、高頻變壓器、高頻變換器、高頻扼流圈鐵芯、電流互感器鐵芯、漏電保護開關(guān)、共模電感鐵芯。 納米晶合金的磁導(dǎo)率、Hc值接近晶態(tài)高坡莫合金及鈷基非晶，且飽和磁感Bs與中鎳坡莫合金相當(dāng)，

12、熱處理工藝簡單，是一種理想的廉價高性能軟磁材料;雖然納米晶合金的Bs值低于鐵基非晶和硅鋼，但其在高磁感下的高頻損耗遠低于它們，并具有更好的耐蝕性和磁穩(wěn)定性。納米晶合金與鐵氧體相比，在低于50kHz時，在具有更低損耗的基礎(chǔ)上具有高2至3倍的工作磁感，磁芯體積可小一倍以上。Company L非晶、納米晶應(yīng)用領(lǐng)域非晶、納米晶應(yīng)用領(lǐng)域 鐵基非晶、納米晶帶材是采用冷卻速度大約1000000攝氏度每秒的超急冷凝固技術(shù)，從鋼液到薄帶成品一次成型的非晶態(tài)合金，具有優(yōu)越的磁性能、高強度的韌性、靈活的熱處理工藝，以及節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于電力、電子、通訊等領(lǐng)域。電力領(lǐng)域配電變壓器、發(fā)電機、電力互感器、漏電

13、開關(guān)互感器等電子、通訊領(lǐng)域開關(guān)電源、逆變器、共模、差模電感、抗EMI器件等 由于應(yīng)用產(chǎn)品范圍廣、類型多且運行狀態(tài)不同，對作為磁芯使用的非晶、納米晶帶材的磁性能指標要求也不一樣。例如，配電變壓器、發(fā)電機等強電產(chǎn)品的鐵芯主要工作在接近飽和區(qū)，要求矩形磁滯回線，高磁導(dǎo)率、飽和磁感應(yīng)強度等特性；電子電訊等弱電類產(chǎn)品的鐵芯多工作在起始的一段磁滯回線上，要求高的初始磁導(dǎo)率；而有的產(chǎn)品則要求扁平的磁滯回線、恒定的磁導(dǎo)率等。因此，非常有必要針對具體產(chǎn)品性能要求對非晶、納米晶帶材的合理應(yīng)用進行研究分析。另外，鐵基非晶、納米晶帶材除材料本身的性能優(yōu)勢之外，還有非常靈活的熱處理工藝，在不同產(chǎn)品性能均可通過不同好的熱

14、處理工藝得到，這是硅鋼等軟磁材料所無法比擬的。Company L鐵基非晶、納米晶帶材的主要性能指標與產(chǎn)品整機性能的關(guān)系鐵基非晶、納米晶帶材的主要性能指標與產(chǎn)品整機性能的關(guān)系表1 帶材性能指標與產(chǎn)品整機性能之間的關(guān)系Company L熱處理工藝與產(chǎn)品性能的研究熱處理工藝與產(chǎn)品性能的研究 鐵基非晶、納米晶帶材的熱處理工藝（即退火工藝）對鐵芯的磁性能起到了非常關(guān)鍵的作用，退火的目的為消除帶材在噴制與卷制中受到的應(yīng)力，使帶材的各磁性能指標盡量恢復(fù)到最初的水平。同時，在退火過程中通過調(diào)節(jié)退火溫度、時間、磁場等因素可得到不同的性能指標，以滿足不同產(chǎn)品的性能要求，這是其它軟磁材料所無法比擬的。退火方式1、普

15、通退火 采用真空或惰性氣體（氬氣或氮氣）保護，退火過程中不施加磁場。普通退火處理一般應(yīng)用于互感器、電感及濾波電感等產(chǎn)品的鐵芯。2、磁場退火 采用真空或惰性氣體（氬氣或氮氣）保護，在升溫、保溫及冷卻過程中施加一定的磁場，主要分為縱向磁場退火與橫向磁場退火兩種處理方式。縱向磁場退火 為了提高鐵芯磁導(dǎo)率，獲得如圖所示的矩形磁滯回線，在退火處理過程中應(yīng)采用施加縱向磁場的方式，磁場施加方式如圖所示：給鐵芯施加沿使用磁路方向的磁場（一般用通電銅棒穿過鐵芯或者繞線）?？v磁退火處理多應(yīng)用于配電變壓器、磁放大器、飽和電感等產(chǎn)品的鐵芯。橫向磁場退火 為了獲得恒定的磁導(dǎo)率，得到如圖所示的扁平磁滯回線，提高鐵芯的頻率

16、特性，在退火處理過程中應(yīng)采用施加橫向磁場的方式，磁場施加方式如圖所示：給鐵芯施加沿軸向的磁場（一般將鐵芯放在通電螺線管中，使鐵芯的軸向平行于磁場方向）。橫磁退火處理多應(yīng)用于共模電感、開關(guān)電源變壓器等產(chǎn)品的鐵芯。Company L非晶軟磁合金材料與其他常用軟磁材料性能比較非晶軟磁合金材料與其他常用軟磁材料性能比較圖1 矩形磁滯回線圖2 縱磁施加方式圖3 扁平磁滯回線圖4 橫磁施加方式圖5 退火工藝過程Company L帶材選用原則帶材選用原則 在產(chǎn)品設(shè)計時，鐵芯材料的合理選用對產(chǎn)品性能及成本起到非常關(guān)鍵的作用，為使產(chǎn)品得到更高的性價比，再結(jié)合非晶、納米晶帶材各自的性能特點，選用時應(yīng)遵循如下原則。

17、1、按頻率劃分鐵基非晶與納米晶帶材的最佳使用頻率不同，納米晶帶材相對于非晶帶材具有更好的頻率特性，其在較高頻率（）下的磁導(dǎo)率是非晶帶材的倍，且損耗僅約為非晶帶材的，因此納米晶帶材更適用于工作頻率較高的產(chǎn)品，如高頻變壓器、高頻變換器、高頻扼流圈、電流互感器、漏電保護開關(guān)、共模電感鐵芯等，納米晶帶材的最佳頻率范圍為。而非晶帶材與硅鋼等軟磁材料相比具有更高的磁導(dǎo)率和更低的損耗，因此，適用于頻率在以下的產(chǎn)品，如配電變壓器、發(fā)電機、大功率開關(guān)電源、脈沖變壓器及逆變器鐵芯等，用于取代硅鋼等軟磁材料。2、按磁性能劃分鐵基非晶帶材加縱磁退火處理后性能優(yōu)勢顯著，具有激磁功率小、磁導(dǎo)率高、所需飽和磁場小、低頻損耗

18、低等特點，適用于配電變壓器、發(fā)電機等鐵芯工作在接近飽和區(qū)、頻率較低的電器設(shè)備。而納米晶帶材加橫磁退火處理后性能優(yōu)勢顯著，具有初始磁導(dǎo)率高、高頻特性好等特點，適用于鐵芯工作在起始的一段磁化曲線上的高頻電子電訊類產(chǎn)品。因此，結(jié)合產(chǎn)品及材料的應(yīng)用特點，非晶帶材適合于加縱磁退火處理后使用，納米晶帶材更適合于加橫磁退火處理后使用。Company L典型產(chǎn)品應(yīng)用典型產(chǎn)品應(yīng)用-在配電變壓器上的應(yīng)用在配電變壓器上的應(yīng)用 配電變壓器是電力變壓器的一種，運行時要求具有高效率、低損耗、低溫升、低噪音、低成本等性能特點，且鐵芯的工作狀態(tài)接近于飽和，鑒于以上要求，作為其鐵芯使用的軟磁材料應(yīng)具有表所示的特點，熱處理方式宜

19、采用縱磁處理。表2 配電變壓器用鐵芯材料的性能要求Company L典型產(chǎn)品應(yīng)用典型產(chǎn)品應(yīng)用-在互感器類產(chǎn)品上的應(yīng)用在互感器類產(chǎn)品上的應(yīng)用 互感器是按比例變換電壓或電流的設(shè)備，分為電壓互感器和電流互感器兩大類，其主要作用是：將一次系統(tǒng)的電壓、電流信息準確地傳遞到二次側(cè)相關(guān)設(shè)備；用于大電流、大電壓的精確測量或線路保護，要求其具有較高的測量精度或保護等級，運行時的測量誤差（變比差、角差）都應(yīng)在測量范圍內(nèi)；同時將二次側(cè)設(shè)備及二次系統(tǒng)與一次系統(tǒng)高壓設(shè)備在電氣方面很好地隔離，從而保證了二次設(shè)備和人身的安全。作為其鐵芯使用的軟磁材料應(yīng)具有表所示的特點，熱處理方式宜采用無磁或縱磁處理。表3 互感器用鐵芯材料

20、的性能要求Company L典型產(chǎn)品應(yīng)用典型產(chǎn)品應(yīng)用-在電感類產(chǎn)品上的應(yīng)用在電感類產(chǎn)品上的應(yīng)用 電感類元器件主要是起補償、濾波、振蕩、延遲等作用，即“通直流、阻交流”，如電感、濾波電感、共模電感等。其中電感為功率因數(shù)校正電感，主要起補償作用；而濾波電感則主要用來濾波，作為其鐵芯使用的軟磁材料應(yīng)具有以下特點1、高的飽和磁通密度，以提高產(chǎn)品抗偏磁能力和電感量；2、較低的磁導(dǎo)率、扁平磁滯回線，抗飽和，提高頻率特性；3、低鐵損，降低溫升、提高效率。共模電感鐵芯則應(yīng)具有高的磁導(dǎo)率，以提高元件阻抗、產(chǎn)生較強的阻尼效果、更好地抑制噪聲。熱處理方式宜采用無磁或橫磁處理。Company L典型產(chǎn)品應(yīng)用典型產(chǎn)品應(yīng)

21、用-在開關(guān)電源變壓器上的應(yīng)用在開關(guān)電源變壓器上的應(yīng)用 開關(guān)電源主要是通過電子開關(guān)器件（晶體管、場效應(yīng)管、可控硅閘流管等）控制電路，使電子開關(guān)器件不停地接通與關(guān)斷，讓電子開關(guān)器件對輸入電壓進行脈沖調(diào)制，從而實現(xiàn)逆變、電壓變換，以及輸出電壓可調(diào)與自動穩(wěn)壓。常見開關(guān)電源有逆變電源、通信電源、變換器等。開關(guān)電源變壓器作為主要元部件應(yīng)具有低能耗、低溫升、高效率的要求，故作為其鐵芯使用的軟磁材料應(yīng)具有以下特點：1、低剩磁、扁平磁滯回線，以增強運行穩(wěn)定性，防偏磁；2、高電阻率、低損耗，以降低溫升、提高效率。熱處理方式宜采用無磁或橫磁處理。Company L非晶軟磁合金材料與其他常用軟磁料性能的對比非晶軟磁合金材料與其他常用軟磁料性能的對比 下