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大力发展快淬铁基软磁合金的节能意义

2017-02-14 10:27 来源:中国联合钢铁网
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利用快淬技术制备的非晶软磁合金显示出传统软磁材料不可比拟的优良综合软磁性能,同时由于是由液相一次成型,其生产成本显著降低。自问世以来,快淬软磁材料的技术应用视角越来越广。目前已获得成功应用的快淬非晶合金带材主要有Fe基,,Co基和FeNi基,这些非晶合金带材在软磁性能上各有优势,但铁基非晶态合金比钴基或镍基非晶态合金价格低廉,并且有较高的磁感应强度;与传统硅钢片相比,其高的抗饱和特性,良好的温度稳定性和横磁退火后的恒导磁特性都很有竞争优势,因而成为变压器铁芯的首选材料。Fe基非晶合金带材的基本化学成分(原子分数)是10%~16%的B,8%~15%的Si,其余成分为Fe,其他少量元素主要为了改善矩形比和磁导率等性能而作适量添加。
Fe基非晶的显著特点是饱和磁感应强度在三类非晶合金中最高(1.4~1.7T),但由于此类合金的磁致伸缩系数较大,因此弱场磁性能较差。通常这类合金由于在低频区域(1kHz以下)具有较低的损耗而在高频区域(1kHz以上)损耗较大,所以更适合于在60~400Hz范围内使用。为了进一步降低铁基非晶态合金的低频损耗,可以采用在较低温度下纵向磁场退火的办法,但此办法对于降低其高频损耗无效。如果提高退火温度,使这类合金部分晶化,析出很少量的α-Fe晶粒,虽然可以降低高频损耗,但同时对静态磁导率有损伤作用,特别是析出的晶化相较多时,弱场磁导率会显著下降。后来的研究发现,在FeSiB中添加适量的Cu和Nb,非晶态合金退火后会形成在非晶基体上均匀分布着无规取向的直径约为10~15nm的α-Fe(Si)晶粒的纳米晶合金,结果其弱场磁导率不是下降而是大幅度提高,同时具有相当高的饱和磁感应强度(1.25T),由此大大拓宽了快淬铁基软磁合金的应用前景。与原非晶态相比,纳米晶合金具有高磁感应强度、高磁导率、低矫顽力、功率损耗小等综合优势。典型的铁基纳米晶材料的成分是Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9。将熔体快淬所获得的非晶在晶化温度以上热处理使其晶化,形成晶粒直径为10~20nm的α-Fe(Si)纳米晶。这种材料除了具有初始磁导率高、矫顽力低等特点外,还具有很低的铁芯损耗性能;在一个相当宽的频率范围内均表现出优良的磁性能。
快淬铁基非晶纳米晶软磁合金是综合软磁性能优异的金属磁性功能材料。一方面,由于非晶快淬带材的制造过程是一次喷制成型,与硅钢片采用传统的炼钢、连铸、轧制、热处理等多道生产工序相比,节约能耗约80%;另一方面,非晶快淬带材使用过程中铁损相对较小,如果配电变压器采用非晶铁芯,可以使变压器的空载损耗降低60%~80%,由此可以大幅度降低输配电损耗,提高输电效率。这种双节能的特点,使非晶铁芯制成的变压器具备显著的节能环保价值。因此,促进快淬铁基非晶纳米晶材料产业及其应用是一项节能环保的重要政策。(钢研)

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