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後可獲得直徑為的，彌散分布在非晶態的基體上，被稱為微晶、納米晶材料。
基本介紹
- 中文名：鐵基納米晶合金
- 外文名：Nanocrystalline alloy
- 微晶直徑：10-20 nm
- 適用頻率範圍：50Hz-100kHz
材料簡介,作用,優勢,
材料簡介
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(8×104)、低Hc(0.32A/M), 高磁感下的高頻損耗低(P0.5T/20kHz=30W/kg)，電阻率為80μΩ/cm，比坡莫合金(50-60μΩ/cm)高, 經縱向或橫向磁場處理，可得到高Br(0.9)或低Br 值(1000Gs)。是目前市場上綜合性能最好的材料，最佳頻率範圍：20kHz-50kHz。廣泛套用於大功率開關電源、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。
納米晶合金的磁導率、Hc值接近晶態高坡莫合金及鈷基非晶，且飽和磁感Bs與中鎳坡莫合金相當，熱處理工藝簡單，是一種理想的廉價高性能軟磁材料;雖然納米晶合金的Bs值低於鐵基非晶和矽鋼，但其在高磁感下的高頻損耗遠低於它們，並具有更好的耐蝕性和磁穩定性。納米晶合金與鐵氧體相比，在低於50kHz時，在具有更低損耗的基礎上具有高2至3倍的工作磁感，磁芯體積可小一倍以上。
作用
鐵基納米晶合金由鐵、矽、硼和少量的銅、鉬、鈮等組成，其中銅和鈮是獲得納米晶結構必不可少的元素。它們首先被製成非晶帶材，然後經過適當退火，形成微晶和非晶的混合組織。這種材料雖然便宜，但磁性能極好，幾乎能夠和非晶合金中最好的鈷基非晶合金相媲美，但是卻不含有昂貴的鈷，是工業和民用中高頻變壓器、互感器、電感的理想材料，也是坡莫合金和鐵氧體的換代產品。
優勢
為了得到對共模干擾最佳的抑制效果，共模電感鐵芯必須具有高導磁率、優良的頻率特性等。從前絕大多數採用鐵氧體作為共模電感的鐵芯材料，它具有極佳的頻率特性和低成本的優勢。但是，鐵氧體也具有一些無法克服的弱點，例如溫度特性差、飽和磁感低等，在套用時受到了一定限制。
近年來，鐵基納米晶合金的出現為共模電感增加了一種優良的鐵芯材料。鐵基納米晶合金的製造工藝是：首先用快速凝固技術製成厚度大約20－30微米的非晶合金薄帶，卷繞成鐵芯後經過進一步加工形成納米晶。與鐵氧體相比，納米晶合金具有一些獨特的優勢：
高飽和磁感應強度：
鐵基納米晶合金的Bs達1.2T，是鐵氧體的兩倍以上。作為共模電感鐵芯，一個重要的原則是鐵芯不能磁化到飽和，否則電感量急劇降低。而在實際套用中，有不少場合的干擾強度較大（例如大功率變頻電機），如果用普通的鐵氧體作為共模電感，鐵芯存在飽和的可能性，不能保證大強度干擾下的噪聲抑制效果。由於納米晶合金的高飽和磁感應強度，其抗飽和特性無疑明顯優於鐵氧體，使得納米晶合金非常適用於抗大電流強幹擾的場合。
高初始導磁率：
納米晶合金的初始導磁率可達10萬，遠遠高於鐵氧體，因此用納米晶合金製造的共模電感在低磁場下具有大的阻抗和插入損耗，對弱干擾具有極好的抑制作用。這對於要求極小泄漏電流的抗弱干擾共模濾波器尤其適用。在某些特定場合（如醫療設備），設備通過對地電容（如人體）造成泄漏電流，容易形成共模干擾，而設備本身又對此要求極嚴。此時使用高導磁率的納米晶合金製造共模電感可能是最佳選擇。此外，納米晶合金的高導磁率可以減少線圈匝數，降低寄生電容等分布參數，因而將由於分布參數引起的在插入損耗譜上的共振峰頻率提高。同時，納米晶鐵芯的高導磁率使得共模電感具有更高的電感量和阻抗值，或者在同等電感量的前提下縮小鐵芯的體積。
卓越的溫度穩定性：
鐵基納米晶合金的居里溫度高達570oC以上。在有較大溫度波動的情況下，納米晶合金的性能變化率明顯低於鐵氧體，具有優良的穩定性，而且性能的變化接近於線性。一般地，納米晶合金在－50oC----130oC的溫度區間內，主要磁性能的變化率在10%以內。相比之下，鐵氧體的居里溫度一般在250oC以下，磁性能變化率有時達到100%以上，而且呈非線性，不易補償。納米晶合金的這種溫度穩定性結合其特有的低損耗特性，為器件設計者提供了寬鬆的溫度條件。而圖3為不同材料的飽和磁感應強度的溫度特性。
靈活的頻率特性：
通過不同的製造工藝，納米晶鐵芯可以獲得不同的頻率特性，配合適當的線圈匝數可以得到不同的阻抗特性，滿足不同波段的濾波要求，而其阻抗值大大高於鐵氧體。應該指出，任何濾波器都不能指望用一種鐵芯材料就可以實現整個頻率範圍的噪聲抑制，而是應根據濾波器要求的濾波頻段來選擇不同的鐵芯材料、尺寸和匝數等。與鐵氧體相比，納米晶合金可以更加靈活地通過調整工藝來得到所需要的頻率特性。
鐵基納米晶合金自二十世紀八十年代末開發以來，已經在開關電源變壓器、互感器等領域得到了廣泛套用。由於納米晶合金的高導磁率、高飽和磁感、靈活可調的頻率特性等優勢，在抗共模干擾濾波器等領域也越來越受到重視。國外已經存在可以大批量供應的鐵基納米晶合金共模電感鐵芯。隨著人們對納米晶合金認識的逐漸加深，可以預計它們製造的共模電感在國內的套用前景將越來越廣闊。
