軟磁材料的分類介紹（1）——合金類

1. 硅鋼

      硅鋼是一種合金，在純鐵中加入少量的硅（一般在4.5%以下）形成的鐵硅系合金稱為硅鋼，該類鐵芯具有*高的飽和磁感應強度值為20000 高斯；由于它們具有較好的磁電性能，又易于大批生產，價格便宜，機械應力影響小等優點，在電力電子行業中獲得極為廣泛的應用，如電力變壓器、配電變壓器、電流互感器等鐵芯。

      硅鋼是軟磁材料中產量和使用量*大的材料。也是電源變壓器用磁性材料中用量*大的材料。特別是在低頻、大功率下*為適用。常用的有冷軋硅鋼薄板DG3、冷軋無取向電工鋼帶DW、冷軋取向電工鋼帶DQ，適用于各類電子系統、家用電器中的中、小功率低頻變壓器和扼流圈、電抗器、電感器鐵芯，這類合金韌性好，可以沖片、切割等加工，鐵芯有疊片式及卷繞式。但高頻下損耗急劇增加，一般使用頻率不超過400Hz。

      從應用角度看，對硅鋼的選擇要考慮兩方面的因素：磁性和成本。對小型電機、電抗器和繼電器，可選純鐵或低硅鋼片；對于大型電機，可選高硅熱軋硅鋼片、單取向或無取向冷軋硅鋼片；對變壓器常選用單取向冷軋硅鋼片。在工頻下使用時，常用帶材的厚度為0.2~0.35 毫米；在400Hz 下使用時，常選0.1 毫米厚度為宜。厚度越薄，價格越高。

2. 坡莫合金

      坡莫合金常指鐵鎳系合金，鎳含量在30~90%范圍內。是應用非常廣泛的軟磁合金。通過適當的工藝，可以有效地控制磁性能，比如超過十萬的初始磁導率、超過一百萬的*大磁導率、低到千分之二奧斯特的矯頑力、接近1或接近零的矩形系數，具有面心立方晶體結構的坡莫合金具有很好的塑性，可以加工成1微米的超薄帶及各種使用形態。常用的坡莫合金有1J50、1J79、1J85 等。

      1J50 的飽和磁感應強度比硅鋼稍低一些，但磁導率比硅鋼高幾十倍，鐵損也比硅鋼低2~3 倍。做成較高頻率(400~8000Hz)的變壓器，空載電流小，適合制作100 瓦以下小型較高頻率變壓器。

1J79 具有好的綜合性能，適用于高頻低電壓變壓器，漏電保護開關鐵芯、共模電感鐵芯及電流互感器鐵芯。

 1J85 的初始磁導率可達十萬以上，適合于作弱信號的低頻或高頻輸入輸出變壓器、共模電感及高精度電流互感器等。

3. 非晶合金(Amorphous alloys)

     硅鋼和坡莫合金軟磁材料都是晶態材料，原子在三維空間做規則排列，形成周期性的點陣結構，存在著晶粒、晶界、位錯、間隙原子、磁晶各向異性等缺陷，對軟磁性能不利。從磁性物理學上來說，原子不規則排列、不存在周期性和晶粒晶界的非晶態結構對獲得優異軟磁性能是十分理想的。

非晶態金屬與合金是70 年代問世的一個新型材料領域。它的制備技術完全不同于傳統的方法，而是采用了冷卻速度大約為每秒一百萬度的超急冷凝固技術，從鋼液到薄帶成品一次成型，比一般冷軋金屬薄帶制造工藝減少了許多中間工序，這種新工藝被人們稱之為對傳統冶金工藝的一項革

﹡。由于超急冷凝固，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*。

      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。由于它的性能優異、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。目前美、日、德國已具有完善的生產規模，并且大量的非晶合金產品逐漸取代硅鋼和坡莫合金及鐵氧體涌向市場。

      常用的非晶合金的種類有：鐵基、鐵鎳基、鈷基非晶合金以及鐵基納米晶合金。

3.1 鐵基非晶合金(Fe-based amorphous alloys)

       鐵基非晶合金是由80%Fe 及20%Si,B 類金屬元素所構成,它具有高飽和磁感應強度（1.54T），鐵基非晶合金與硅鋼的損耗比較，磁導率、激磁電流和鐵損等各方面都優于硅鋼片的特點，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0.03 毫米左右，廣泛應用于配電變壓器、大功率開關電源、脈沖變壓器、磁放大器、中頻變壓器及逆變器鐵芯, 適合于10kHz 以下頻率使用。

3.2 鐵鎳基非晶合金(Fe-Ni based-amorphous alloy)

      鐵鎳基非晶合金是由40%Ni、40%Fe 及20%Si,B 類金屬元素所構成,它具有中等飽和磁感應強度 〔0.8T〕、較高的初始磁導率和很高的*大磁導率以及高的機械強度和優良的韌性。在中、低頻率下具有低的鐵損。空氣中熱處理不發生氧化，經磁場退火后可得到很好的矩形回線。價格比1J79 便宜30－50％。鐵鎳基非晶合金的應用范圍與中鎳坡莫合金相對應, 但鐵損和高的機械強度遠比晶態合金優越；廣泛用于漏電開關、精密電流互感器鐵芯、磁屏蔽等。鐵鎳基非晶合金是國內開發*早，也是目前國內非晶合金中應用量*大的非晶品種，年產量近200 噸左右。空氣中熱處理不發生氧化鐵鎳基非晶合金（1K503）獲得國家發明專*和美國*利權。

3.3 鈷基非晶合金(Co based-amorphous alloy)

      鈷基非晶合金是由80%Co 及20%Si,B 類金屬元素所構成，在所有的非晶合金中具有*高的導磁率，同時具有較低的飽和磁感應強度、低矯頑力、低損耗、優異的耐磨性和耐蝕性，良好的溫度穩定性和時效穩定性，耐沖擊振動。一般用在要求嚴格的**電源中的變壓器、電感等，替代坡莫合金和鐵氧體，但價格高。

4. 微晶（納米晶）合金（Nanocrystalline alloy）

      納米晶特殊的非晶合金，鐵基納米晶合金是由鐵元素為主，加入少量的Nb、Cu、Si、B 元素所構成的合金經快速凝固工藝所形成的一種非晶態材料，這種非晶態材料經熱處理后可獲得直徑為10－20 納米的微晶,彌散分布在非晶態的基體上，被稱為微晶、納米晶材料或納米晶材料。

納米晶材料具有優異的綜合磁性能: 高飽和磁感(1.2T)、高初始磁導率(8 萬)、低Hc(0.32A/M), 高磁感下的高頻損耗低（P0.5T／20kHz＝30 W/kg）,電阻率為80 微歐厘米，比坡莫合金(50-60 微歐厘米)高, 經縱向或橫向磁場處理，可得到高Br(0.9)或低Br 值(1000Gs)。 

      納米晶是目前市場上綜合性能*好的材料; 適用頻率范圍：50Hz-100kHz，*佳頻率范圍：20kHz-50kHz。 廣泛應用于大功率開關電源、逆變電源、磁放大器、高頻變壓器、高頻變換器、高頻扼流圈鐵芯、電流互感器鐵芯、漏電保護開關、共模電感鐵芯。