非晶合金

鐵基非晶合金(Fe-based amorphous alloys)

特別是鐵損低（為取向硅鋼片的1/3－1/5），代替硅鋼做配電變壓器可節能60－70%。鐵基非晶合金的帶材厚度為0.03mm左右，廣泛應用於配電變壓器、大功率開關電源、脈衝變壓器、磁放大器、中頻變壓器及逆變器鐵芯, 適合於10kHz 以下頻率使用由於超急冷凝固，合金凝固時原子來不及有序排列結晶，得到的固態合金是長程無序結構，沒有晶態合金的晶粒、晶界存在，稱之為 非晶合金，被稱為是冶金材料學的一項革命。這種非晶合金具有許多獨特的性能，如優異的磁性、耐蝕性、耐磨性、高的強度、硬度和韌性，高的電阻率和機電耦合性能等。由於它的性能優異、工藝簡單，從80年代開始成為國內外材料科學界的研究開發重點。

在以往數千年中，人類所使用的金屬或合金都是晶態結構的材料，其原子三維空間內作有序排列、形成周期性的點陣結構。

而非晶態金屬或合金是指物質從液態（或氣態）急速冷卻時，因來不及結晶而在室溫或低溫保留液態原子無序排列的凝聚狀態，其原子不再成長程有序、周期性和規則排列，而是出於一種長程無序排列狀態。具有鐵磁性的非晶態金合金又稱鐵磁性金屬玻璃或磁性玻璃（Glassy Alloy），為了敘述方便，以下均稱為非晶態合金。

1960年美國Duwez教授發明用快淬工藝製備非晶態合金為始。其間，非晶軟磁合金的發展大體上經歷了兩個階段：第一個階段從1967年開始，直到1988年。1984年美國四個變壓器廠家在IEEE會議上展示實用非晶配電變壓器則標誌著第一階段達到高潮，到1989年，美國AlliedSignal公司已經具有年產6萬噸非晶帶材的生產能力，全世界約有100萬台非晶配電變壓器投入運行，所用鐵基非晶帶材幾乎全部來源於該公司。從1988年開始，非晶態材料發展進入第二階段。這個階段具有標誌性的事件是鐵基納米晶合金的發明。1988年日本日立金屬公司的Yashiwa等人在非晶合金基礎上通過晶化處理開發出納米晶軟磁合金（Finemet）。1988年當年，日立金屬公司納米晶合金實現了產業化，並有產品推向市場。1992年德國VAC公司開始推出納米晶合金替代鈷基非晶合金，尤其在網路介面設備上，如ISDN，大量採用納米晶磁芯製作介面變壓器和數字濾波器件。

1.水淬法

2.銅模吸鑄法

3.銅模噴鑄法

4.旋轉淬冷法

5.定向凝固

6.粉末冶金

7.高能球磨

等其他方法。

在對非晶合金有了初步的了解后，我們在來看一下非晶合金的一個非常具有前景的應用領域——非晶變壓器。非晶合金鐵芯變壓器是用新型導磁材料——非晶合金製作鐵芯而成的變壓器，它比硅鋼片作鐵芯變壓器的空載損耗（指變壓器次級開路時，在初級測得的功率損耗）下降75%左右，空載電流（變壓器次級開路時，初級仍有一定的電流，這部分電流稱為空載電流）下降約80%，是目前節能效果較理想的配電變壓器，特別適用於農村電網和發展中地區等負載率較低的地方。中國的上市公司——置信電氣從美國通用電氣公司引進非晶合金變壓器的專有技術后，通過消化吸收，自主創新開發了適合中國電網運行的非晶合金變壓器系列產品，已經成為目前國內規模最大的非晶合金變壓器專業化生產企業，這證明了非晶材料廣闊的市場空間。

2006年開始，硅鋼的大幅度漲價導致非晶價格甚至比硅鋼還低；同時，其節能作用也由於對能源問題的重視而備受關注。非晶帶材由於具有更低的損耗率，在用於新型配電變壓器時，可以起到很好的降低電耗的作用，隨著中國變壓器市場加快向非晶配電變壓器發展，非晶帶材的市場正在不斷擴大。

與傳統硅鋼片不同的是，非晶合金在衝壓后易碎，難以形成疊片。因此在實際應用中，非晶合金常以卷繞工藝的形式存在。近年來，使用非晶軟磁材料的電機，也越來越多，其低鐵耗的優良節能性得到學術界的廣泛關注。