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什么是合金材料？

合金材料是指由兩種或兩種以上的金屬或非金屬元素組成的材料。合金材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、化學(xué)性能和物理性能，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域。

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合金材料的分類

根據(jù)合金成分不同，合金材料可以分為以下幾類：

1. 合金鋼：以鐵為基本元素，通過加入適量的其他元素來提高其性能，如碳鋼、不銹鋼等。

2. 有色金屬合金：以銅、鋁、鎂、鋅、鉛等為基本元素，通過加入適量的其他元素來改善其性能，如黃銅、青銅、鋁合金等。3. 稀有金屬合金：以鎢、鉬、鈮、鈦等為基本元素，通過加入適量的其他元素來提高其性能，如鎢鉬合金、鈦鈮合金等。4.磁性合金：以鐵、鈷、鎳、鋁等為基本元素，通過加入適量的其他元素來調(diào)節(jié)其磁性性能，如永磁材料等。5. 特種合金：以鋼、銅、鋁、鎂等為基本元素，通過加入適量的其他元素來滿足特定的使用要求，如高溫合金、耐蝕合金等。

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合金材料的特點(diǎn)

合金材料具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1. 高強(qiáng)度：合金材料中加入的其他元素可以增強(qiáng)基本元素的力學(xué)性能，從而提高合金材料的強(qiáng)度。

2. 耐磨性好：合金材料中加入的其他元素可以提高材料的硬度和耐磨性能。

3. 耐腐蝕性好：合金材料中加入的其他元素可以提高材料的耐腐蝕性能，延長材料的使用壽命。

4. 良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性：合金材料中加入的其他元素可以改善材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能，使其具有更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

5. 易于加工：合金材料中加入的其他元素可以改善材料的加工性能，使其易于加工和成型。

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磁性材料納米晶

磁性材料是指由過渡元素鐵、鈷、鎳及其合金等組成的能夠直接或間接產(chǎn) 生磁性的物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)表明，任何物質(zhì)在外磁場中都能夠或多或少地被磁化， 只是磁化的程度不同。根據(jù)物質(zhì)在外磁場中表現(xiàn)出的特性，物質(zhì)可分為五 類：順磁性物質(zhì)，抗磁性物質(zhì)，鐵磁性物質(zhì)，亞鐵磁性物質(zhì)，反鐵磁性物 質(zhì)。

順磁性物質(zhì)和抗磁性物質(zhì)稱為弱磁性物質(zhì)，鐵磁性物質(zhì)、亞鐵磁性物質(zhì)稱 為強(qiáng)磁性物質(zhì)。通常所說的磁性材料一般是指強(qiáng)磁性物質(zhì)。磁性材料按使 用可以分為：

永磁材料：又叫硬磁材料，是指難以磁化并且一旦磁化之后又難以退 磁的材料，其主要特點(diǎn)是具有高矯頑力，包括稀土永磁材料、金屬永 磁材料及永磁鐵氧體。

軟磁材料：可以用最小的外磁場實(shí)現(xiàn)最大的磁化強(qiáng)度，是具有低矯頑 力和高磁導(dǎo)率的磁性材料。軟磁材料易于磁化，也易于退磁。例如：軟磁鐵氧體、非晶納米晶合金。

功能磁性材料：主要有磁致伸縮材料、磁記錄材料、磁電阻材料、磁 泡材料、磁光材料以及磁性薄膜材料等。

永磁材料的主要磁性能指標(biāo)：剩磁感應(yīng)強(qiáng)度（Br）、矯頑力（Hcb）、內(nèi)稟 矯頑力 （Hcj）、最大磁能積（BH）max。除磁性能外，永磁材料的物理 性能還包括密度、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等；機(jī)械性能則包括維氏 硬度、抗壓（拉）強(qiáng)度、沖擊韌性等。

剩磁感應(yīng)強(qiáng)度（Br）：永磁材料在外磁場中充磁到飽和后，當(dāng)外磁場為 零時(shí)，永磁材料所具有的磁感應(yīng)強(qiáng)度值。此項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)直接關(guān)系著電 機(jī)中氣隙磁密的高低。磁感應(yīng)強(qiáng)度值越高，電機(jī)的氣隙磁密將可能較 高，轉(zhuǎn)矩常數(shù)、反電勢系數(shù)等電機(jī)的主要指標(biāo)將達(dá)到最佳值，電機(jī)的 電負(fù)荷和磁負(fù)荷的取值關(guān)系才可能最合理，效率才能達(dá)到最佳。矯頑力（Hcb）：永磁材料在飽和磁化的情況下，當(dāng)剩磁感應(yīng)強(qiáng)度 Br 降到零時(shí)所需要的反向磁場強(qiáng)度。此項(xiàng)指標(biāo)與電機(jī)的抗退磁能力即過 載倍數(shù)和氣隙磁密等指標(biāo)相關(guān)。Hc 值越大，電機(jī)的抗退磁能力越強(qiáng)， 過載倍數(shù)越大，對強(qiáng)退磁動(dòng)態(tài)工作環(huán)境的適應(yīng)能力越強(qiáng)。同時(shí)電機(jī)的 氣隙磁密也會(huì)有所提高。

磁性材料：磁性材料根據(jù)功能通常可劃分為：永磁（硬磁）材料、軟磁材料、功能性磁材。

磁性材料的性能指標(biāo)：穩(wěn)定性、抗退磁性、抗溫性

穩(wěn)定性：主要參數(shù)是剩余磁化強(qiáng)度、最大磁能積，其值越高表示磁場強(qiáng)度越高，磁體越能保持磁性；

抗退磁性：主要參數(shù)為內(nèi)稟矯頑力，其值越大代表磁體的抗退磁能力越強(qiáng)

抗溫性：主要參數(shù)為工作溫度和居里溫度，其值越高表示在高溫下磁材的性能更穩(wěn)定。

軟磁材料：軟磁材料因具有磁電轉(zhuǎn)換的功能，廣泛應(yīng)用于變壓器、電感電容、逆變器等領(lǐng)域，下游包含電力電網(wǎng)、新能源車、新能源發(fā)電、消費(fèi)電子、5G通訊、家電等諸多行業(yè)。

常見的用于工業(yè)領(lǐng)域的電能轉(zhuǎn)換

軟磁材料的分類：

1、軟磁材料按材料成分分類：

金屬軟磁：最早使用，包括硅鋼、坡莫合金等。

鐵氧體軟磁：為以氧化鐵為主要成分的磁性氧化物，包括錳鋅系，鎳鋅系鐵氧體等。

非晶軟磁：主要包含鐵基、鐵鎳基、鈷基非晶材料、納米非晶材料等。

非晶合金生產(chǎn)工藝

納米晶軟磁：納米晶合金有時(shí)會(huì)被認(rèn)為是非晶合金的一類，兩者的區(qū)分并不嚴(yán)格，但兩者實(shí)際有較大的區(qū)別。納米晶是在非晶態(tài)合金制備工藝之后，再經(jīng)過高度控制的退火環(huán)節(jié)，形成的具有納米級(jí)微晶體和非晶混合組織結(jié)構(gòu)的材料。

非晶與晶體結(jié)構(gòu)微觀對比

納米晶軟磁相較前述三者具備更加優(yōu)異的綜合性能：相較于非晶合金，可具有更高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和初始磁導(dǎo)率，同時(shí)也更加適應(yīng)小型化、集成化的發(fā)展趨勢，相較于鐵基非晶，損耗通常還可繼續(xù)降低，為高頻電力電子應(yīng)用的理想材料。

2、軟磁材料按照產(chǎn)品形態(tài)分類

軟磁材料可分為合金類、粉芯類、鐵氧體類。

四、軟磁材料的對比

軟磁材料性能

鐵氧體、納米非晶等主要用于高頻電子電力元器件，包括各類電容、電感等，可應(yīng)用于通信、家電、新能源車、無線充電等領(lǐng)域，納米晶合金在部分領(lǐng)域與鐵氧體形成直接競爭。

不同類型非晶合金性能及下游應(yīng)用

納米晶合金較非晶合金整體具有更高的磁導(dǎo)率和更低的損耗，傳輸效率更高，體積更小，主要應(yīng)用于中、高頻環(huán)境的電子磁性元器件，下游包括消費(fèi)電子、新能源汽車、變頻家電、粒子加速器等領(lǐng)域。

隨著國家對“碳達(dá)峰”、“碳中和”整體規(guī)劃和目標(biāo)的確定，以非晶合 金等材料制造的高效節(jié)能變壓器迎來戰(zhàn)略性的發(fā)展機(jī)遇和更寬廣的市 場空間。

納米晶合金是將含鐵、硅、硼、鈮、銅等元素的合金熔液，通過急速、高 精度冷卻技術(shù)，在非晶基礎(chǔ)上形成彌散、均勻納米島嶼結(jié)構(gòu)的材料，具有 較高的飽和磁密、高初始磁導(dǎo)率和較低的高頻損耗等特性，廣泛應(yīng)用于中、 高頻領(lǐng)域的能量傳輸與濾波。

納米晶超薄帶產(chǎn)品是制造電感、電子變壓器、互感器、傳感器、無線充電 模塊等磁性器件的優(yōu)良材料，主要應(yīng)用于消費(fèi)電子、新能源發(fā)電、新能源 汽車、家電、粒子加速器等領(lǐng)域，滿足電力電子技術(shù)向大電流、高頻化、 小型輕量、節(jié)能等發(fā)展趨勢的要求，目前已在智能手機(jī)無線充電模塊、新 能源汽車電機(jī)等產(chǎn)品端實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。

納米晶合金將加速替代鐵氧體軟磁。與鐵氧體軟磁材料、非晶軟磁材料等 材料相比，納米晶超薄帶因其高飽和磁度、低矯頑力、高初始磁導(dǎo)率等材 料特性可以縮小磁性器件體積、降低磁性器件損耗，屬于新型磁性材料， 綜合磁性性能更為優(yōu)異。隨著技術(shù)進(jìn)步對磁性材料的要求提高以及消費(fèi)電 子、新能源汽車等新興市場領(lǐng)域需求的上升，納米晶超薄帶對傳統(tǒng)鐵氧體 材料有望逐步形成替代。

目前，亞太地區(qū)在全球磁性材料行業(yè)中處于中心地位，以 TDK、日立 金屬、日本戶田（Toda）等為代表的日本企業(yè)處于行業(yè)技術(shù)領(lǐng)先地位， 中國作為磁性材料的重要生產(chǎn)基地，近年來磁性材料行業(yè)迅速發(fā)展， 整體實(shí)力不斷增強(qiáng)。根據(jù)中國電子材料行業(yè)協(xié)會(huì)磁性材料分會(huì)，國內(nèi)從事非晶納米晶軟磁 合金材料生產(chǎn)的企業(yè)約 250 多家，萬噸級(jí)企業(yè)約 10 家。

納米晶帶材的核心指標(biāo)包括帶材寬度、厚度：帶材寬度決定材料的利用率和加工效率，帶材厚度直接影響材料的磁導(dǎo)率，在其他條件相同的情況下，厚度越薄，其材料在高頻條件下磁導(dǎo)率越高、損耗越低。

非晶合金作為新一代軟磁材料，具有高飽和磁感、低矯頑力、高磁導(dǎo)率、高電阻率等優(yōu)異磁性能，主要用于制作變壓器鐵芯，納米晶合金在軟磁材料中綜合磁性能最優(yōu)，適用于高頻電力電子元器件領(lǐng)域。非晶合金和納米晶合金可以在某些特定應(yīng)用中替代硅鋼片作為電機(jī)的軟磁體，特別是在需要高效低損耗的高頻應(yīng)用中。

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