金属-类金属型非晶态磁性合金 (metal-met-alloid Amorphous magnetic alloy)

含70％～84％(原子分数)过渡族金属铁、钴、镍等铁磁性元素和16％～30％(原子分数)硼、硅、碳、磷等类金属元素的非晶态磁性合金。金属-类金属型非晶态磁性合金按成分组成可分为铁基、钴基和铁镍基三大类。

铁基非晶态磁性合金  在过渡族金属中，以铁的原子磁矩最大。所以，要得到高的饱和磁感应强度，选取的成分是在相图富铁区，即以铁为基。此类合金同晶态合金的电工钢和中镍合金相对应，主要用于功率器件如配电变压器、大功率中频电源变压器、电动机等。从实际应用出发合金应满足以下主要性能要求：饱和磁感应强度B_s高，铁芯损耗P低，最大磁导率，μ_m高，矫顽力H_c低、饱和磁致伸缩系数小，非晶态形成能力强，性能稳定，加工性好，以及价格便宜等。表1示出国内外-些铁基非晶态磁性合金的性能和晶态合金的性能。从表1数据可以看出，同冷轧晶粒取向硅钢相比，非晶态铁基磁性合金具有矫顽力低、磁导率高等特点。电阻率是硅钢片的3倍左右，而铁损仅为取向硅钢的1/4左右，为无取向硅钢片的1/10甚至更低，因而对节约能源有相当大的意义。由于电阻率高，在高频场合下应用涡流损耗低，同硅钢片相比优越性更加明显。铁基非晶态磁性合金的不足之处有：饱和磁感应强度比硅钢片低，带材较薄，因而填充系数偏低，热处理后材质发脆和成本高等。

铁基非晶态磁性合金，主要有铁硼、铁硼碳、铁硅硼、铁硅硼碳和铁钴硅硼5个系列，近期又对添加锰、钼、铬、铝、铌及稀土元素铈等的合金进行了性能研究。(全白云)卢博斯基(Luborsky)曾对铁硼合金进行了系统研究，发现在室温下Fe₈₀B₂₀的饱和磁感应强度最高。有人对铁基二元系Fe_100-xMx(M=硼、磷、碳、硅、锗等)作了系统研究，发现M对饱和磁化强度的提高有影响，其影响大小顺序为碳>硼>硅>锗>磷。对三元系合金也发现有类似现象。类金属元素对铁基非晶态磁性合金的形成能力有重要影响，日本增本健等人对二元系合金用单辊外圆法作出薄带最大厚度分别是：Fe₈₀B₂₀为40μm，Fe₈₀P₂₀为20μm，Fe₈₀Si₂₀和Fe₈₀C₂₀为20μm以下，很难形成非晶态。如图为铁硅硼合金制成非晶态合金条带的临界厚度与成分的关系。铁硅硼非晶态合金的最大磁导率也同成分有密切关系。出现最高的最大磁导率的成分范围基本上与易于形成非晶态的成分范围相近，即易于形成非晶态合金的成分范围正是软磁性能较好的范围。Fe_84-xSi_2xB_16-x系合金成分与饱和磁感应强度、铁损之间关系的研究结果表明：在铁含量为82％～83％处(原子分数)(即x=1～2)，室温下，饱和磁感应强度出现最大值；而在x=6时，即Fe₇₈Si₁₂B₁₀处，铁损达到最小值，并且此处同最高的晶化温度相对应。另外，随硅含量的增加，饱和磁感应强度降低，居里温度升高，矫顽力降低。以其他金属元素(如钴，镍，锰，铬，铌，铝，钒和稀土元素铈，钐等)取代少量的铁，可以进-步提高铁基合金的高频性能，降低高频损耗，改善稳定性。

80年代末期发展起来的铁基超微晶合金是在铁基非晶的基础上，用铌、钼或铜取代少量铁，经高温480～580℃处理后产生尺寸为纳米(nm)级的超细晶粒结构。获得了集铁基高磁感应强度及钴基高磁导率、低的高频损耗于-体的优异特性，且价格接近铁基非晶，适合于高频大功率的电力、电子方面的应用。

钴基非晶态磁性合金特点是磁致伸缩系数小、磁导率高、矫顽力低、高频损耗小，但饱和磁感应强度较低，一般在0.9T以下。钴基非晶态磁性合金包括钴铁、钴锰、钴铁镍基的非晶态合金等。这类合金对成分配比要求严格，对原材料纯度要求高，成本高，适于做电子器件。如电子变压器，磁放大器，磁记录头等。表2示出-些典型的钴基非晶态合金的性能，并列出晶态坡莫合金及铁氧体的性能以进行对比。由表中数据可以明显看出，钴基非晶态合金的软磁特性优越，高频损耗(如在200kHz以内)最低。

铁镍基非晶态磁性合金在性能上介于铁基和钴基非晶态合金之间的-个系列，-般而言，其静态软磁特性高于铁基而低于钴基非晶态合金，饱和磁感应强度Bs一般在0.7～1.4T之间，低于铁基而高于钴基非晶态合金；其动态性能，如动态磁导率、矫顽力、铁损等特性，都低于钴基而优于铁基非晶态合金。价格也介于铁基和钴基非晶态合金之间。这类合金成分变化范围很宽，性能上可以同晶态坡莫合金相比，其中具有较高饱和磁感应强度的合金性能优于晶态1J50合金。这类合金性能列于表3，同时列出部分晶态合金性能。