世界自然保護(hù)基金組織在“解決全球溫室效應(yīng)”綱要中指出：“非晶、納米晶材料是一種很有希望節(jié)能的新材料”。鐵基非晶納米晶軟磁合金是20世紀(jì)80年代末問世的一類新型軟磁材料。它的軟磁性能兼?zhèn)淞烁鞣N傳統(tǒng)軟磁材料的優(yōu)點(diǎn)，如高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、高磁導(dǎo)率和低損耗等，滿足了各類電子設(shè)備向高效節(jié)能、微型化、集成化方面發(fā)展的需求，而且成本低廉。

技術(shù)研究狀況

1988年日本的Yoshizawa等人首先發(fā)現(xiàn)，在Fe-Si-B非晶合金的基體中加入少量Cu和M（M＝Nb、Ta、Mo、W等），經(jīng)適當(dāng)?shù)臏囟染Щ嘶鹨院螅色@得一種性能優(yōu)異的具有體心立方結(jié)構(gòu)的超細(xì)晶粒（D約為10nm）軟磁合金，堪稱“第三代軟磁”材料。該材料磁性能不僅不惡化，反而非常優(yōu)良，這種非晶合金經(jīng)過特殊的晶化退火而形成的晶態(tài)材料稱為納米晶合金。其典型成份為Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9，牌號(hào)為Finemet，磁性能為高飽和磁感(1.2Ｔ)、高初始磁導(dǎo)率(80000)、低Hc(0.32A/M)，高磁感下的高頻損耗低（P0.5T／20kHz＝30W/kg），電阻率為80Ωcm，比坡莫合金(50～60μΩcm)高。其后，Suzuki等人又開發(fā)出了Fe-M-B（M＝Zr，Hf，Ta）系。到目前為止，已經(jīng)開發(fā)了許多納米晶軟磁材料。

早期的Fe基納米晶軟磁合金現(xiàn)已產(chǎn)業(yè)化，它具有1.25～1.30T的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、105數(shù)量級(jí)的起始磁導(dǎo)率μi、mOe數(shù)量級(jí)的低矯頑力Hc和良好的磁導(dǎo)率頻散特性，在寬頻率范圍內(nèi)的低鐵損以及良好的磁性溫度穩(wěn)定性等性能，因此應(yīng)用范圍越來越廣。早期開發(fā)的合金含有較昂貴的Nb，且鋼水粘度較大，制取非晶有一定的困難。為了降低原材料成本和改善加工性能，又保持早期合金優(yōu)良的軟磁性能，國內(nèi)外學(xué)者又在第三代軟磁合金的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，以研制出更加廉價(jià)的具有中等或中上等品質(zhì)性能的軟磁性能合金。在第三代軟磁合金問世2-3年以后，日本東北大學(xué)井上明久（A.Inoue）等人又成功開發(fā)了高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs的鐵基納米晶合金，其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs為1.5～1.7T，合金的納米晶相與第三代軟磁合金體心立方的α-Fe+Si相不同，為單一體心立方結(jié)構(gòu)的α-Fe納米晶。這類Fe基納米晶軟磁合金是指飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs≥1.5T，在Hm＝0.4Am-1的弱場下具有104～105數(shù)量級(jí)的磁導(dǎo)率和較低鐵損的Fe-M1-B-M2類合金（其中M1＝Zr、Nb、Hf、Ta、Ti、Mo、W等單一元素或多種元素組合，M2＝Cu、Si、Al等單一元素或組合）或者為Fe-M-B系(M=Zr、Nb、Hf)被公認(rèn)為第三代軟磁合金的改進(jìn)型，其在軟磁材料中處于重要的地位。

綜上可知，對(duì)非晶材料進(jìn)行退火處理使其發(fā)生部分晶化，獲得的非晶納米晶雙相材料具有極其優(yōu)良的綜合軟磁性能。在電力電工領(lǐng)域，采用非晶納米晶軟磁合金作為鐵芯材料的變壓器，其空載損耗可比同容量的硅鋼芯變壓器降低60％～80％。美國通過使用這種變壓器每年可節(jié)約近5×1010kWh的空載損耗，節(jié)能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益節(jié)約為35億美元。同時(shí)減少電力損耗也就降低了發(fā)電的燃料消耗，從而減少了諸如CO2、SO2、NOX等有害氣體的排放量，滿足了社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的需要。因此，鐵基非晶納米晶軟磁合金符合21世紀(jì)新材料發(fā)展的節(jié)能化、環(huán)?；?，是一種綠色環(huán)保的節(jié)能材料，其正在成為硅鋼片、鐵氧體等傳統(tǒng)軟磁材料的有利競爭者。

產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀

軟磁材料是國民經(jīng)濟(jì)與國防工業(yè)的重要基礎(chǔ)與支柱產(chǎn)業(yè)，應(yīng)用非常廣泛，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)、交通運(yùn)輸、儀器儀表、電力電子、新能源、生物工程以及國防工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)軟磁材料提出了更高的要求，那就是高性能化、高頻化、多功能化、低成本化。

目前，納米晶軟磁材料已成為軟磁鐵氧體的有力競爭者，其應(yīng)用領(lǐng)域遍及軟磁材料應(yīng)用的各個(gè)方面，如抗電磁干擾（EMI）濾波器、功率變壓器、高頻變壓器、互感器、磁頭、傳感器、高頻開關(guān)電源以及程控交換電源等。特別是現(xiàn)代國防工業(yè)所需要的高精度傳感器、高頻開關(guān)電源用磁芯、相控陣?yán)走_(dá)雙模移項(xiàng)器尤其需要納米晶軟磁材料。納米晶軟磁材料也可以廣泛應(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)、共模電感鐵芯等。

由于非晶納米晶材料巨大的研究和市場潛力，國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者和專家對(duì)此進(jìn)行了較為深入的研究和生產(chǎn)研發(fā)。日本、美國、德國已相繼研制成功相關(guān)的生產(chǎn)線，并開始了中、小規(guī)摸的生產(chǎn)。

目前國外主要的生產(chǎn)廠商有美國Conway非晶金屬制帶廠和印度Gurgaon電子鐵芯元件廠，日本的Hitachi（日立金屬公司）和Toshiba（東芝公司），德國的真空熔煉公司（VAC）以及俄羅斯和韓國的由由公司。這些公司目前生產(chǎn)的非晶帶材的寬度為100～250mm，年產(chǎn)量在百t級(jí)左右。其中，德國VAC公司生產(chǎn)的材料及其產(chǎn)品，由于質(zhì)量優(yōu)異（無論在交流磁性能還是直流磁性能），因而在中國相關(guān)的高端產(chǎn)品市場中占主要份額，每年有上億，甚至數(shù)億元進(jìn)口，僅深圳一地每年就有5000～6000萬元的進(jìn)口量（深圳格潤高科技有限公司的市場調(diào)研資料顯示）。日本高性能的鐵基納米晶軟磁材料產(chǎn)品，其售價(jià)折合人民幣的為300多元/kg，而且還很難買到。