·1160· 工程科学学报，第40卷，第10期 非晶软磁合金的饱和磁化强度B.通常在1.5~1.6T Co基非品 FeSiBMCu系纳米品 之间，矫顽力H在1~5Am1之间，Co的添加可以 通过提高饱和磁矩来提高合金的饱和磁化强度.纳 10 FeBMCu系纳米晶 FeSiB(PC)Cu系 米晶合金中有磁导率极高的Fe-Si-B-Nb-Cu(牌号 坡莫合金 √纳米晶 Finemet)合金和高饱和磁化强度的Fe-Si-B-P-Cu FeNi基非品 合金，以及综合软磁性能优异的Fe-Zr-B(牌号 大块非晶 Fe基非晶 Nanoperm)合金.从成分上看，铁基非晶合金中一般 FeSiAl 含有15%~25%的类金属元素以保证合金的非晶 硅铜 形成能力，因此磁性原子含量是显著低于硅钢的，在 铁氧体 饱和磁化强度方面处于劣势.在性能方面，相比软 10 0.5 1.0 1.5 2.0 .5 磁硅钢，铁基非品合金及纳米品合金在矫顽力和磁 饱和磁通量，BT 导率方面有不可替代的优势，同时由于其电阻率显 图11k比z下典型软磁材料的饱和磁通量和有效磁导率)] 著高于硅钢，因此磁滞、涡流等损耗更低，节能优势 Fig.1 Permeability at 1 kHz and saturation flux density (B.for 明显 typical soft magnetic materials(] 在几十年的发展历程中，更多的铁基软磁非晶 表1硅钢，Fe基非品和纳米品合金的软磁性能比较 Table 1 Soft magnetic properties of Si-steel,Fe-based amorphous,and nanocrystalline alloys 类别 合金成分 饱和磁化强度/T 矫顽力/(A·m1) 1kHz下的磁导率 电工硅钢片 3.2%(Si-Fe)(质量分数) 2.01 24 -2000 Feso Bo【s] 1.61 3.2 Feso PiaC[s] 1.61 3.2 非品合金 Fens Bi3Sp[9] 1.56 2.4 10000 Fes BisSiasC[o] 1.61 3.2 Feo Cois B4Si,【u 1.80 4.0 一 FensSin..sBoNbsCu,【a] 1.24 0.53 100000 Fe0Z,B,【u 1.63 5.6 22000 纳米晶合金 Fega.3 SiBsPCua,【4 1.94 10 16000 Fegs.sZr2 Nba Bs.s[14] 1.64 3.0 60000 Fes27Si2 BuCu1.3(14] 1.85 6.5 合金体系被开发出来，有关铁基非晶合金的研究主 示.研究人员经过大量的试验发现Fezs Sito B1s非晶 要朝着两个方向进行：提高非晶形成能力与提高饱 合金的临界厚度达到250μum,为该体系内非晶形成 和磁化强度.铁基纳米晶合金的发展依赖于铁基非 能力最优的合金成分.然而，即便在这样的高冷速 晶合金的开发与研究，合金Fe含量的提高、a-Fe纳 下，Fe-Si-B三元合金的非晶临界尺寸仍然显著小 米晶的有效析出等均是重要的研究课题 于1mm. 直到1995年，日本东北大学noue研究组首次 2高饱和磁化强度铁基非晶软磁合金的研 采用铜模铸造法成功制备出直径Imm的FeaA,M2 究进展 P,C,B,(M为Ga或者Ge)块体非晶合金6].到目 2.1块体铁基非晶软磁合金 前为止，关于铁基块体非晶软磁合金的研究已有很 由于对非晶形成理论和快速凝固技术的认识和 多，众多体系被开发出来，主要有：Fe-(Al,Ga)- 研究需要一个过程，铁基软磁合金在非晶形成能力 (P,C,B,Si)(]Fe-Co-Ni-(Zr,Nb,Hf,Ta)- 上的突破较晚.1982年，Hagiwara等s通过单辊旋 B]、Fe-Co-Ln-B(Ln为La系元素)8]、Fe-(Co, 淬技术（辊速50m·s-1)系统研究了Fe-Si-B三元 Ni)-(Si,B)-(Nb,Zr,Ta)U19]Fe-(RE,Nb,Zr)-B 非品合金薄带的临界厚度随成分的变化，如图2所 (RE为稀土元素)[20]等工程科学学报,第 40 卷,第 10 期 图 1 1 kHz 下典型软磁材料的饱和磁通量和有效磁导率[7] Fig. 1 Permeability at 1 kHz and saturation flux density ( Bs ) for typical soft magnetic materials [7] 非晶软磁合金的饱和磁化强度 Bs通常在 1郾 5 ~ 1郾 6 T 之间,矫顽力 Hc在 1 ~ 5 A·m - 1之间,Co 的添加可以 通过提高饱和磁矩来提高合金的饱和磁化强度. 纳 米晶合金中有磁导率极高的 Fe鄄鄄Si鄄鄄B鄄鄄Nb鄄鄄Cu(牌号 Finemet)合金和高饱和磁化强度的 Fe鄄鄄 Si鄄鄄 B鄄鄄 P鄄鄄 Cu 合金,以及综合软磁性能优异的 Fe鄄鄄 Zr鄄鄄 B(牌号 Nanoperm)合金. 从成分上看,铁基非晶合金中一般 含有 15% ~ 25% 的类金属元素以保证合金的非晶 形成能力,因此磁性原子含量是显著低于硅钢的,在 饱和磁化强度方面处于劣势. 在性能方面,相比软 磁硅钢,铁基非晶合金及纳米晶合金在矫顽力和磁 导率方面有不可替代的优势,同时由于其电阻率显 著高于硅钢,因此磁滞、涡流等损耗更低,节能优势 明显. 在几十年的发展历程中,更多的铁基软磁非晶 表 1 硅钢、Fe 基非晶和纳米晶合金的软磁性能比较 Table 1 Soft magnetic properties of Si鄄steel, Fe鄄based amorphous, and nanocrystalline alloys 类别 合金成分 饱和磁化强度/ T 矫顽力/ (A·m - 1 ) 1 kHz 下的磁导率 电工硅钢片 3郾 2% (Si鄄鄄Fe)(质量分数) 2郾 01 24 ~ 2000 Fe80B20 [8] 1郾 61 3郾 2 — Fe80 P13C7 [8] 1郾 61 3郾 2 — 非晶合金 Fe78B13 Si9 [9] 1郾 56 2郾 4 10000 Fe81B13郾 5 Si3郾 5C2 [10] 1郾 61 3郾 2 — Fe67Co18B14 Si1 [11] 1郾 80 4郾 0 — Fe73郾 5 Si13郾 5B9Nb3Cu1 [12] 1郾 24 0郾 53 100000 Fe90 Zr7B3 [13] 1郾 63 5郾 6 22000 纳米晶合金 Fe84郾 3 Si4B8 P3Cu0郾 7 [14] 1郾 94 10 16000 Fe85郾 5 Zr2Nb4B8郾 5 [14] 1郾 64 3郾 0 60000 Fe82郾 7 Si2B14Cu1郾 3 [14] 1郾 85 6郾 5 — 合金体系被开发出来,有关铁基非晶合金的研究主 要朝着两个方向进行:提高非晶形成能力与提高饱 和磁化强度. 铁基纳米晶合金的发展依赖于铁基非 晶合金的开发与研究,合金 Fe 含量的提高、琢鄄鄄Fe 纳 米晶的有效析出等均是重要的研究课题. 2 高饱和磁化强度铁基非晶软磁合金的研 究进展 2郾 1 块体铁基非晶软磁合金 由于对非晶形成理论和快速凝固技术的认识和 研究需要一个过程,铁基软磁合金在非晶形成能力 上的突破较晚. 1982 年,Hagiwara 等[15] 通过单辊旋 淬技术(辊速 50 m·s - 1 )系统研究了 Fe鄄鄄 Si鄄鄄 B 三元 非晶合金薄带的临界厚度随成分的变化,如图 2 所 示. 研究人员经过大量的试验发现 Fe75 Si 10 B15非晶 合金的临界厚度达到 250 滋m,为该体系内非晶形成 能力最优的合金成分. 然而,即便在这样的高冷速 下,Fe鄄鄄 Si鄄鄄B 三元合金的非晶临界尺寸仍然显著小 于 1 mm. 直到 1995 年,日本东北大学 Inoue 研究组首次 采用铜模铸造法成功制备出直径 1 mm 的 Fe73Al 5M2 P11C5B4 (M 为 Ga 或者 Ge)块体非晶合金[16] . 到目 前为止,关于铁基块体非晶软磁合金的研究已有很 多,众多体系被开发出来,主要有:Fe鄄鄄 (Al, Ga)鄄鄄 (P, C, B, Si) [16] 、Fe鄄鄄 Co鄄鄄 Ni鄄鄄 ( Zr, Nb, Hf, Ta)鄄鄄 B [17] 、Fe鄄鄄Co鄄鄄Ln鄄鄄B(Ln 为 La 系元素) [18] 、Fe鄄鄄 (Co, Ni)鄄鄄 (Si, B)鄄鄄 (Nb, Zr, Ta) [19] 、Fe鄄鄄 (RE, Nb, Zr)鄄鄄 B (RE 为稀土元素) [20]等. ·1160·