大力發展快淬鐵基軟磁合金的節能意義

     利用快淬技術制備的非晶軟磁合金顯示出傳統軟磁材料不可比擬的優良綜合軟磁性能，同時由于是由液相一次成型，其生產成本顯著降低。自問世以來，快淬軟磁材料的技術應用視角越來越廣。目前已獲得成功應用的快淬非晶合金帶材主要有Fe基,，Co基和FeNi基，這些非晶合金帶材在軟磁性能上各有優勢，但鐵基非晶態合金比鈷基或鎳基非晶態合金價格低廉，并且有較高的磁感應強度;與傳統硅鋼片相比，其高的抗飽和特性，良好的溫度穩定性和橫磁退火后的恒導磁特性都很有競爭優勢，因而成為變壓器鐵芯的首選材料。Fe基非晶合金帶材的基本化學成分(原子分數)是10%~16%的B，8%~15%的Si，其余成分為Fe，其他少量元素主要為了改善矩形比和磁導率等性能而作適量添加。

     Fe基非晶的顯著特點是飽和磁感應強度在三類非晶合金中最高(1.4~1.7T)，但由于此類合金的磁致伸縮系數較大，因此弱場磁性能較差。通常這類合金由于在低頻區域(1kHz以下)具有較低的損耗而在高頻區域(1kHz以上)損耗較大，所以更適合于在60~400Hz范圍內使用。為了進一步降低鐵基非晶態合金的低頻損耗，可以采用在較低溫度下縱向磁場退火的辦法，但此辦法對于降低其高頻損耗無效。如果提高退火溫度，使這類合金部分晶化，析出很少量的α-Fe晶粒，雖然可以降低高頻損耗，但同時對靜態磁導率有損傷作用，特別是析出的晶化相較多時，弱場磁導率會顯著下降。后來的研究發現，在FeSiB中添加適量的Cu和Nb，非晶態合金退火后會形成在非晶基體上均勻分布著無規取向的直徑約為10~15nm的α-Fe(Si)晶粒的納米晶合金，結果其弱場磁導率不是下降而是大幅度提高，同時具有相當高的飽和磁感應強度(1.25T)，由此大大拓寬了快淬鐵基軟磁合金的應用前景。與原非晶態相比，納米晶合金具有高磁感應強度、高磁導率、低矯頑力、功率損耗小等綜合優勢。典型的鐵基納米晶材料的成分是Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9。將熔體快淬所獲得的非晶在晶化溫度以上熱處理使其晶化，形成晶粒直徑為10~20nm的α-Fe(Si)納米晶。這種材料除了具有初始磁導率高、矯頑力低等特點外，還具有很低的鐵芯損耗性能;在一個相當寬的頻率范圍內均表現出優良的磁性能。

     快淬鐵基非晶納米晶軟磁合金是綜合軟磁性能優異的金屬磁性功能材料。一方面，由于非晶快淬帶材的制造過程是一次噴制成型，與硅鋼片采用傳統的煉鋼、連鑄、軋制、熱處理等多道生產工序相比，節約能耗約80%;另一方面，非晶快淬帶材使用過程中鐵損相對較小，如果配電變壓器采用非晶鐵芯，可以使變壓器的空載損耗降低60%~80%，由此可以大幅度降低輸配電損耗，提高輸電效率。這種雙節能的特點，使非晶鐵芯制成的變壓器具備顯著的節能環保價值。因此，促進快淬鐵基非晶納米晶材料產業及其應用是一項節能環保的重要政策。