非晶合金的应用

基于非晶独特的组织结构和优异的性能，以及高效的制备工艺和广阔的应用前景，自诞生以来就一直受到广泛重视，人们也逐渐加大了对其应用技术的研究。短短的几十年，非晶已经在很多领域得到广泛应用。目前，非晶主要被用作磨具材料、切削工具材料、电极材料、耐腐蚀材料、储氢材料、运动器材材料、软磁材料等。其在汽车工业、化学工业、运动器材，乃至国防军事上已经表现出巨大的应用潜力。

在物理性质方面的应用主要基于其卓越的软磁性。这是由于与传统的晶态合金磁性材料相比，由于其原子排列无序，故没有晶体的各向异性，电阻率高，具有高的磁导率。由于非晶能减少涡流，因而可被应用在高频设备中。现代工业多用它制造配电变压器，具有显著的节能效果。非晶态合金铁芯还被广泛地应用在各种高频功率器件、传感器、高耐磨音频视频磁头和高频逆变焊机上。这使得电源工作频率和效率大大提高，焊机的体积成倍减少。目前，一种体积小、重量轻的非晶态软磁材料以损耗低、导磁高的优异特性正逐步取代一部分传统的硅钢、坡莫合金和铁氧体材料，成为目前越来越引人注目的新型功能材料之一。专家预计，到2050年，全球的能源消耗将会是目前消费水平的3倍。由于经济发展与电力供应的不匹配，电力短缺代价也越来越大，因此急需新的技术，以提高电力供应的灵活性，改变当前电网能源利用率低，发电、传输、使用过程都存在大量能量损失的现象。电力行业可以采取诸如使用非晶合金变

压器代替硅钢配电与启用需求响应程序，增加电力需求管理等解决方法。非晶合金与硅钢的主要物理性能比较见表7-1。

表7-1　非晶合金与硅钢的主要物理性能比较

注：铁损测量是在50Hz的工作磁场下测试的。

目前我国工业能耗约占总能耗的70%。其中，电机能耗占工业能耗的60%～70%。理论上用非晶材料做成定子铁芯的非晶电机运行效率可达95%以上，最高可达98%。特别是在一些中高频的应用场合，传统硅钢片电机效率很低，而非晶电机的运行效率也在90%以上，所蕴含的节能潜力非常可观。这就为非晶材料在高效电机上的应用提供了广阔的舞台。

与传统材料电机相比，非晶电机具有卓越性能和优势。表7-2以DW47和Met⁃glas2605SA1为例列出了硅钢片与非晶材料定子铁心的不同特性。

表7-2　硅钢片与非晶材料定子铁心的不同特性

由此推断出非晶电机高效节能、功率密度和扭矩密度大的特点。

非晶电机的研发始于20世纪90年代初。1996年美国的LightEngineering，Inc. （LE公司）成功地将非晶材料应用在电机上并实现产业化。经过10多年的研发累积，湘电莱特电气有限公司开发出系列非晶永磁同步电机及发电机产品，在北美、欧洲及亚洲地区批量销售，并在国内建立第一条非晶电机生产流水线，成为国内非晶材料应用于高效电机的典范。

在化学性质方面，非晶对某些化学反应具有明显的催化作用，可被用作化工催化剂；某些非晶通过化学反应可吸收或释放出氢，可被用作储能材料。由于没有晶粒、晶界等缺陷，非晶比晶态合金更加耐腐蚀，可被用作腐蚀环境中工作的设备的首选材料。

表7-3列出了非晶合金带材的典型性能和一些主要应用。

表7-3　非晶纳米晶带材的典型性能及主要应用领域

在电子信息领域，随着计算机、网络和通信技术的迅速发展，对小尺寸、轻重量、高可靠性和低噪声的开关电源和网络接口设备的需求日益增长，要求也越来越高，如：为了减小体积，计算机开关电源的工作频率已经从20kHz提高到500kHz；为了实现CPU的低电压、大电流供电方式，采用磁放大器稳定输出电压；为了消除各种噪声，采用抑制线路滋生干扰的共模和差模扼流圈。因此，在开关电源和接口设备中增加了大量高频磁性器件，而非晶合金再次大有用武之地。

在电子防窃系统中，早期利用钴基非晶窄带的谐波式防盗标签在图书馆中获得了大量应用。最近利用铁镍基非晶带材的声磁式防盗标签克服了谐波式防盗标签误报警率高、检测区窄等缺点，应用市场已经扩展到超市。

在民用产品中，变频技术有利于节约电能，并减少体积和重量，正在大量普及，但负面效应不可忽视。如果变频器中缺少必要的抑制干扰环节，就会有大量高次谐波注人电网，使电网总功率因素下降。减少电网污染最有效的方法之一是在变频器中加人功率因数校正缓解装置。其中，关键部件是高频损耗低、饱和磁感大的电感铁芯。铁基非晶合金在此类应用中有明显优势，将在变频零电绿色方面发挥重要作用。