軟磁材料的分類介紹（1）——合金類

1. 硅鋼

      硅鋼是一種合金，在純鐵中加入少量的硅（一般在4.5%以下）形成的鐵硅系合金稱為硅鋼，該類鐵芯具有*高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值為20000 高斯；由于它們具有較好的磁電性能，又易于大批生產(chǎn)，價格便宜，機(jī)械應(yīng)力影響小等優(yōu)點(diǎn)，在電力電子行業(yè)中獲得極為廣泛的應(yīng)用，如電力變壓器、配電變壓器、電流互感器等鐵芯。

      硅鋼是軟磁材料中產(chǎn)量和使用量*大的材料。也是電源變壓器用磁性材料中用量*大的材料。特別是在低頻、大功率下*為適用。常用的有冷軋硅鋼薄板DG3、冷軋無取向電工鋼帶DW、冷軋取向電工鋼帶DQ，適用于各類電子系統(tǒng)、家用電器中的中、小功率低頻變壓器和扼流圈、電抗器、電感器鐵芯，這類合金韌性好，可以沖片、切割等加工，鐵芯有疊片式及卷繞式。但高頻下?lián)p耗急劇增加，一般使用頻率不超過400Hz。

      從應(yīng)用角度看，對硅鋼的選擇要考慮兩方面的因素：磁性和成本。對小型電機(jī)、電抗器和繼電器，可選純鐵或低硅鋼片；對于大型電機(jī)，可選高硅熱軋硅鋼片、單取向或無取向冷軋硅鋼片；對變壓器常選用單取向冷軋硅鋼片。在工頻下使用時，常用帶材的厚度為0.2~0.35 毫米；在400Hz 下使用時，常選0.1 毫米厚度為宜。厚度越薄，價格越高。

2. 坡莫合金

      坡莫合金常指鐵鎳系合金，鎳含量在30~90%范圍內(nèi)。是應(yīng)用非常廣泛的軟磁合金。通過適當(dāng)?shù)墓に?，可以有效地控制磁性能，比如超過十萬的初始磁導(dǎo)率、超過一百萬的*大磁導(dǎo)率、低到千分之二奧斯特的矯頑力、接近1或接近零的矩形系數(shù)，具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)的坡莫合金具有很好的塑性，可以加工成1微米的超薄帶及各種使用形態(tài)。常用的坡莫合金有1J50、1J79、1J85 等。

      1J50 的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度比硅鋼稍低一些，但磁導(dǎo)率比硅鋼高幾十倍，鐵損也比硅鋼低2~3 倍。做成較高頻率(400~8000Hz)的變壓器，空載電流小，適合制作100 瓦以下小型較高頻率變壓器。

1J79 具有好的綜合性能，適用于高頻低電壓變壓器，漏電保護(hù)開關(guān)鐵芯、共模電感鐵芯及電流互感器鐵芯。

 1J85 的初始磁導(dǎo)率可達(dá)十萬以上，適合于作弱信號的低頻或高頻輸入輸出變壓器、共模電感及高精度電流互感器等。

3. 非晶合金(Amorphous alloys)

     硅鋼和坡莫合金軟磁材料都是晶態(tài)材料，原子在三維空間做規(guī)則排列，形成周期性的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，存在著晶粒、晶界、位錯、間隙原子、磁晶各向異性等缺陷，對軟磁性能不利。從磁性物理學(xué)上來說，原子不規(guī)則排列、不存在周期性和晶粒晶界的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)對獲得優(yōu)異軟磁性能是十分理想的。

非晶態(tài)金屬與合金是70 年代問世的一個新型材料領(lǐng)域。它的制備技術(shù)*不同于傳統(tǒng)的方法，而是采用了冷卻速度大約為每秒一百萬度的超急冷凝固技術(shù)，從鋼液到薄帶成品一次成型，比一般冷軋金屬薄帶制造工藝減少了許多中間工序，這種新工藝被人們稱之為對傳統(tǒng)冶金工藝的一項(xiàng)革命。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，稱之為非晶合金，被稱為是冶金材料學(xué)的一項(xiàng)革命。

      這種非晶合金具有許多*的性能，如優(yōu)異的磁性、耐蝕性、耐磨性、高的強(qiáng)度、硬度和韌性，高的電阻率和機(jī)電耦合性能等。由于它的性能優(yōu)異、工藝簡單，從80 年代開始成為國內(nèi)外材料科學(xué)界的研究開發(fā)重點(diǎn)。目前美、日、德國已具有完善的生產(chǎn)規(guī)模，并且大量的非晶合金產(chǎn)品逐漸取代硅鋼和坡莫合金及鐵氧體涌向市場。

      常用的非晶合金的種類有：鐵基、鐵鎳基、鈷基非晶合金以及鐵基納米晶合金。

3.1 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(qiáng)度（1.54T），鐵基非晶合金與硅鋼的損耗比較，磁導(dǎo)率、激磁電流和鐵損等各方面都優(yōu)于硅鋼片的特點(diǎn)，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0.03 毫米左右，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。

3.2 鐵鎳基非晶合金(Fe-Ni based-amorphous alloy)

      鐵鎳基非晶合金是由40%Ni、40%Fe 及20%Si,B 類金屬元素所構(gòu)成,它具有中等飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 〔0.8T〕、較高的初始磁導(dǎo)率和很高的*大磁導(dǎo)率以及高的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良的韌性。在中、低頻率下具有低的鐵損。空氣中熱處理不發(fā)生氧化，經(jīng)磁場退火后可得到很好的矩形回線。價格比1J79 便宜30－50％。鐵鎳基非晶合金的應(yīng)用范圍與中鎳坡莫合金相對應(yīng), 但鐵損和高的機(jī)械強(qiáng)度遠(yuǎn)比晶態(tài)合金*；廣泛用于漏電開關(guān)、精密電流互感器鐵芯、磁屏蔽等。鐵鎳基非晶合金是國內(nèi)開發(fā)*早，也是目前國內(nèi)非晶合金中應(yīng)用量*大的非晶品種，年產(chǎn)量近200 噸左右。空氣中熱處理不發(fā)生氧化鐵鎳基非晶合金（1K503）獲得國家發(fā)明專*和美國專*權(quán)。

3.3 鈷基非晶合金(Co based-amorphous alloy)

      鈷基非晶合金是由80%Co 及20%Si,B 類金屬元素所構(gòu)成，在所有的非晶合金中具有*高的導(dǎo)磁率，同時具有較低的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、低矯頑力、低損耗、優(yōu)異的耐磨性和耐蝕性，良好的溫度穩(wěn)定性和時效穩(wěn)定性，耐沖擊振動。一般用在要求嚴(yán)格的軍工電源中的變壓器、電感等，替代坡莫合金和鐵氧體，但價格高。

4. 微晶（納米晶）合金（Nanocrystalline alloy）

      納米晶特殊的非晶合金，鐵基納米晶合金是由鐵元素為主，加入少量的Nb、Cu、Si、B 元素所構(gòu)成的合金經(jīng)快速凝固工藝所形成的一種非晶態(tài)材料，這種非晶態(tài)材料經(jīng)熱處理后可獲得直徑為10－20 納米的微晶,彌散分布在非晶態(tài)的基體上，被稱為微晶、納米晶材料或納米晶材料。

納米晶材料具有優(yōu)異的綜合磁性能: 高飽和磁感(1.2T)、高初始磁導(dǎo)率(8 萬)、低Hc(0.32A/M), 高磁感下的高頻損耗低（P0.5T／20kHz＝30 W/kg）,電阻率為80 微歐厘米，比坡莫合金(50-60 微歐厘米)高, 經(jīng)縱向或橫向磁場處理，可得到高Br(0.9)或低Br 值(1000Gs)。 

      納米晶是目前市場上綜合性能*好的材料; 適用頻率范圍：50Hz-100kHz，*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(hù)開關(guān)、共模電感鐵芯。