非晶纳米晶软磁材料
非晶/纳米晶软磁材料
一．应用领域
非晶态软磁合金材料为20世纪70年代问世的一种新型材料，因具有铁芯损
耗小、电阻率高、频率特性好、磁感应强度高、抗腐蚀性强等优点，引起了人们
的极大重视，被誉为21世纪新型绿色节能材料。其技术特点为：采用超急冷凝
固技术使合金钢液到薄带材料一次成型；采用纳米技术，制成介于巨观和微观之
间的纳米态(10-20nm)软磁物质。非晶、纳米晶合金的优异软磁特性都来自于其
特殊的组织结构，非晶合金中没有晶粒和晶界，易于磁化；纳米晶合金的晶粒尺
寸小于磁交换作用长度，导致平均磁晶各向异性很小，并且通过调整成分，可以
使其磁致伸缩趋近于零。【表1】列出了非晶/纳米晶软磁材料的典型性能及主要
应用领域。
材料铁基非晶铁镍基非晶钴基非晶铁基纳米晶饱和磁感(T) 1.56 0.77 0.6-0.8 1.25 矫顽力(A/m) <4 <2 <2 <2 Br/Bs -- -- >0.96 0.94 最大磁导率45×104>200,000 >200,000 >200,000 铁损(W/kg) P50Hz,1.3T <0.2 P20KHz,0.5T<90 P20KHz,0.5T<30 P20KHz,0.5T<30 磁致伸缩系数27×10-615×10-6<1×10-6<2×10-6居礼温度(℃) 415 360 >300 560 电阻率(mW-cm) 130 130 130 80
应用领域
配电变压器
中频变压器
功率因子校正器
磁屏蔽
防盗标签
磁放大器
高频变压器
扼流圈
脉冲变压器
饱和电抗器
磁放大器
高频变压器
扼流圈
脉冲变压器
饱和电抗器
互感器
近年来，随着信息处理和电力电子技术的快速发展，各种电器设备趋向高频化、小型化、节能化。
在电力领域，非晶、纳米晶合金均得到大量应用。其中铁基非晶合金的最大应用是配电变压器铁芯。由于非晶合金的工频铁损仅为硅钢的1/5～1/3，利用非晶合金取代硅钢可使配电变压器的空载损耗降低60﹪～70﹪。因此，非晶配电变压器作为换代产品有很好的应用前景。纳米晶合金的最大应用是电力互感器铁芯。电力互感器是专门测量输变电线路上电流和电能的特种变压器。近年来高精度等级（如0.2级、0.2S级、0.5S级）的互感器需求量迅速增加。传统的冷轧硅钢片铁芯往往达不到精度要求，虽然高磁导率玻莫合金可以满足精度要求，但价格高。而采用纳米晶铁芯不但可以达到精度要求、而且价格低于玻莫合金。
在电力电子领域，随着高频逆变技术的成熟，传统大功率线性电源开始大量被高频开关电源所取代，而且为了提高效率，减小体积，开关电源的工作频率越来越高，这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。硅钢高频损耗太大，已不能满足使用要求。铁氧体虽然高频损耗较低，但在大功率条件下仍然存在很多问题，一是饱和磁感低，无法减小变压器的体积；二是居礼温度低，热稳定性差；三是制作大尺寸铁芯成品率低，成本高。目前采用功率铁氧体的单个变压器的转换功率不超过20kW。纳米晶软磁合金同时具有高饱和磁感和很低的高频损耗，且热稳定性好，是大功率开关电源用软磁材料的最佳选择。采用纳米晶铁芯的变压器的转换功率可达500kW，体积比功率铁氧体变压器减少50﹪以上。目前在逆变焊机电源中纳米晶合金已经获得广泛应用，在通讯、电动交通工具、电解电镀等领域用开关电源中的应用正在积极开发之中。
在电子信息领域，随着计算机、网络和通讯技术的迅速发展，对小尺寸、轻重量、高可靠性和低噪音的开关电源和网络接口设备的需求日益增长、要求越来越高。例如，为了减小体积，计算机开关电源的工作频率已经从20kHz提高到500kHz；为了实现CPU的低电压大电流供电方式，采用磁放大器稳定输出电压；为了消除各种噪音，采用抑制线路自生干扰的尖峰抑制器，以及抑制传导干扰的共模和差模扼流圈。因此，在开关电源和接口设备中增加了大量高频磁性器件。非晶、纳米晶合金在此大有用武之地。
在电子防窃系统中，早期利用钴基非晶窄带的谐波式防盗标签在图书馆中获得了大量应用。最近利用铁镍基非晶带材的声磁式防盗标签克服了谐波式防盗标签误报警率高、检测区窄等缺点，应用市场已经扩展到超级市场。可以预见，随开放式服务方式的发展，作为防盗防伪的非晶合金带材和线材的应用会急剧增加。
在家用产品中，变频技术有利于节约电能、并减小体积和重量，正在大量普及。但负面效应不可忽视，如果变频器中缺少必要的抑制干扰环节，会有大量高次谐波注入电网，使电网总功率因素下降。减少电网污染最有效的办法之一是在变频器中加入功率因子校正（PFC）环节，其中关键部件是高频损耗低、饱和磁感大的电感铁芯。铁基非晶合金在此类应用中有明显优势，将在变频家电绿色化方面发挥重要作用。目前在变频空调中使用非晶PFC电感已经成为一个焦点。
在漏电保护器中，近年来大量使用的漏电保护器中的零序电流互感器的铁心是由软磁材料制成的，该互感器对漏电保护器的灵敏度、可靠性、体积和成本影响很大。由软磁材料制成的互感器作为检测组件，其作用是当互感器初级有毫安级漏电电流或触电电流产生的弱磁场作用时，在互感器次级产生足够大的感应电势，通过执行机构动作，达到保护人体及设备安全的目的。允许的漏电电流的大小，即关系到漏电保护器的灵敏度，铁心在其中起重要作用，对铁心材料的要求主要是：(1)在漏电电流作用下，具有高的交流磁导率；(2)铁心随温度、时间的变化性能要稳定；(3)互感器平衡特性好。坡莫合金是国内外漏电保护器中互感器铁心的基本选用材料，它虽然有不少优点，但生产工艺复杂、价格昂贵、对应力较为敏感，在运输及装配时要轻拿轻放，避免震动。而非晶态材料具有很多优异的特性，是一种超高导磁材料，使用于互感器铁心，不仅能提高漏电保护器的性能，降低产品成本，而且由于非晶铁心简单，从原材料到铁心成品，可节约大量人力、物力和财力，节时、节电，经济效益显著。另外非晶态材料与坡莫合金相比，不仅直流磁导率高，而且交流磁导率也高。非晶态材料的电阻率是坡莫合金的2倍。它的硬度和强度也比坡莫合金高得多。经过长时间和高低温试验表明它还有较高的稳定性。
总之，非晶、纳米晶合金不仅软磁性能优异，而且制程简单、成本低廉，正成为一项具有市场竞争优势的基础功能材料。可以预见，非晶、纳米晶材料对传统产业转型和高科技迅速发展将发挥越来越重要的作用
二.非晶软磁合金的制备
纳米晶体的制备方法有很多,如超细金属粉末冷压法 ,机械球磨法和新发明的非晶晶化法等。其中以超细金属粉末冷压法最为普遍,但这种方法在工艺上存在许多不足之处,如工艺复杂、成本高、产量小且样品中存在微孔隙等。
(1) 惰性气体冷凝法( IGC) 制备纳米粉体( 固体)
这是目前用物理方法制备具有清洁界面的纳米粉体(固体) 的主要方法之一。其主要过程是:在真空蒸发室内充入低压惰性气体(He 或Ar) ,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,与惰性气体原子碰撞而失去能量,凝聚形成纳米尺寸的团簇,并在液氮冷棒上聚集起来,将聚集的粉状颗粒刮下,传送至真空压实装置,在数百兆帕至几千兆帕压力下制成直径为几毫米,厚度为1~10 mm 的圆片。纳米合金可通过同时蒸发两种或数种金属物质得到。纳米氧化物的制备可在蒸发过程中或制得团簇后于真空室内通以纯氧使之氧化得到。惰性气体冷凝法制得的纳米界面成分因颗粒尺寸大小而异,一般约占整个体积50 %左右,其原子排列与相应的晶态和非晶态均有所不同,介于非晶态到晶态之间。因此,其性质与化学成分和它相同的晶态和非晶态有明显的区别。
（2）机械球磨法
机械合金化就是将欲合金化的元素粉末按一定配比机械混合,在高能球磨机等设备中长时间运转将回转机械能传递给粉末,同时粉末在球磨介质的反复冲撞下承受冲力、剪切、摩擦和压缩多种力的作用,经历反复的挤压、冷焊合及粉碎过程成为弥散分布的超细粒子,在固态下实现合金化。利用机械合金化制备纳米粉末是一个非常有效而简便的方法。粉末机械合金化形成纳米晶有两种途径。
1.粗晶材料经过机械合金化形成纳米晶
粗晶粉末经高强度机械球磨,产生大量塑性变形,并产生高密度位错。在初期,塑性变形后的粉末中的位错先是纷乱地纠缠在一起,形成“位错缠结”。随着球磨强度的增加,粉末变形量增大,缠结在一起的位错移动形成“位错胞”,高密度位错主要集中在胞的周围区域,形成胞壁。这时变形的粉末是由许多“位错胞”组成,胞与胞之间有微小的取相差。随着机械合金化强度进一步增加,粉末变形量增大,“位错胞”的数量增多,尺寸减小,跨越胞壁的平均取向差也逐渐增加。当粉末的变形量足够大时,由于构成胞壁的位错密度急剧增加而使胞与胞之间的取向差达到一定限度后,胞壁转变为晶界形成纳米晶。
2. 非晶材料经过机械合金化形成纳米晶
非晶粉末在机械合金化过程中的晶体生长是一个形核与长大的过程。在一定条件下,晶
体在非晶基体中形核。晶体的生长速率较低,且其生长受到机械合金化造成的严重塑性变形的限制。由于机械合金化使晶体在非晶基体中形核位置多且生长速率低,所以形成纳米晶。
3.影响因素
(1) 球磨时间; (2) 磨球的球径和转速; (3) 球料比、装球容积比; (4) 球磨气氛等。
（3）非晶晶化法
最近,卢柯等提出非晶态合金晶化过程的微观机制,即有序原子集团切变沉积机制,发展了一种制备纳米晶体的新方法———非晶晶化法,即通过非晶态合金的晶化产生晶粒为纳米尺寸的超细多晶材料。这种方法具有工艺简单、成本低、晶粒易控制。非晶态是一种热力学亚稳态,在一定条件下易转变为较稳定的晶态。这一转变的动力来自于非晶态和晶态之间的吉布斯自由能的差异。当对非晶态样品进行热处理、辐射和细微机械粉碎[20 ]时,非晶态就转变为多晶。其尺寸和化学成分与退火条件有着密切的关系,非晶态转变为纳米尺度多晶粒子的过程通常称之为纳米晶化。纳米晶化可分为恒温和非恒温退火两种,其中恒温退火工艺为:用较快的速度将非晶态样品升温至退火温度,在保护气氛中保温一定时间使非晶态样品完全晶化,冷却至室温便得到纳米晶。最基本的原则是通过选择合适的热处理条件(退火温度、时间、加热速率等) 在动力学上对晶化进行控制,①多形态纳米晶化,即单一化学成分非晶转变为单相纳米晶; ②共晶纳米晶化,同时析出两相纳米晶相; ③多步纳米晶化,某些成分先以共晶或多形态反应的形式形成纳米晶镶嵌在非晶合金里,余下的成分以共晶或多形态纳米晶化的形式纳米晶化。非晶纳米晶复合材料主要采用非晶退火制备,通过控制晶化过程中各种条件,如时间、温度、升温速度和分步晶化,使合金中某一相或几相析出,其余大部分则仍为非晶态,从而可以得到纳米微晶镶嵌在非晶体的非晶纳米晶复合材料,
（4）其他方法
1 深度范性形变法制备纳米晶体
这是由Islamgaliev 等人于1994 年初发展起来的独特的纳米材料制备工艺,材料在准静态压力的作用下发生严重范性形变,从而将材料的晶粒细化到亚微米或纳米级。例如:Φ= 82μm 的锗在6 GPa 准静压力作用后,材料结构转化为10～30 nm 的晶相与10 %～15 %的非晶相共存;再经850 ℃热处理后,纳米结构开始形成,材料由粒径100 nm 的等轴晶组成,而当温度升至9400 nm。
2 物理气相沉积法制备纳米薄膜
该法作为一种常规的薄膜制备手段被广泛应用于纳米薄膜的制备与研究中,包括蒸镀、电子束蒸镀、溅射等。这一方法主要通过两种途径获得纳米薄膜:①在非晶薄膜晶化的过程
中控制纳米结构的形成,比如采用共溅射法制备Si/ SiO2 薄膜,在700～900 ℃氮气气氛下快速降温获得硅颗粒; ②在薄膜的成核生长过程中控制纳米结构的形成,薄膜沉积条件的控制和在溅射过程中采用高溅射气压、低溅射功率特别重要,这样易得到纳米结构的薄膜。
3 低能团簇束沉积法(LEBCD) 制备
该纳米薄膜技术也是新近出现的,由Paillard 等人于1994 年初发展起来。首先将所要沉积的材料激发成原子状态,以氩气、氦气作为载体使之形成团簇,同时采用电子束使团簇离化,然后利用飞行时间质谱仪进行分离,从而控制一定质量、一定能量的团簇束沉积而形成薄膜。该法可有效地控制沉积在衬底上的原子数目。
4 压淬法制备纳米晶体
这一技术是中科院金属所姚斌等人于1994 年初实现的,他们用该技术制备出了块状
Pd2Si2Cu 和Cu2Ti 等纳米晶合金。压淬法就是利用在结晶过程中由压力控制晶体的成核速率、抑制晶体生长过程,通过对熔融合金保压急冷(压力下淬火,简称“压淬”) 来直接制备块状纳米晶体,并通过调整压力来控制晶粒的尺寸。目前,压淬法主要用于制备纳米晶合金。与其他纳米晶制备方法相比,它有以下优点:直接制得纳米晶,不需要先形成非晶或纳米晶粒;能制得大块致密的纳米晶;界面清洁且结合好; 晶粒度分布较均匀。
5 脉冲电流非晶晶化法制备纳米晶体
这种方法是由东北大学滕功清等人于1993 年发展起来的。他们用该法制备了纳米晶Fe2Si2B 合金。这一方法是通过对非晶合金(非晶条带) 采用高密度脉冲电流处理使之晶化。与其他晶化法相比,它无需采用高温退火处理,而是通过调整脉冲电流参数来控制晶体的成核和长大,以形成纳米晶,而且由脉冲电流所产生的试样温度远低于非晶合金的晶化温度。
三非晶软磁材料的耐腐蚀性能
从近年非晶合金腐蚀行为研究的结果来看,可以肯定地指出, 若干相同成分的晶态合金与其非晶合金相比, 或非晶合金与典型不锈钢相比,非晶合金抗腐蚀性能极高。传统理论认为, 非晶合金的高耐腐蚀性能应归因于非晶态合金的组织结构特点。非晶合金作为一种非晶态的均匀单相, 不存在诸如晶界、位错和成分波动等腐蚀成核中心, 使腐蚀液不能入侵。另外, 制备非晶态合金的熔融状态快淬可以防止在淬火过程中的固态扩散, 所以, 它们没有诸如第二相、沉淀和偏析等缺陷, 这些缺陷一般是通过慢冷或热处理过程中的固态扩散而形成的。但是目前的研究却表明, 非晶合金在组织结构上的特点对耐腐蚀性能的影响并不是主要的,在以往有关非晶与相同成分晶态合金的耐蚀性能比较中, 既有非晶耐蚀性好于晶态的报道, 也
有晶态好于非晶的报道[3～6 ] 。作者认为, 影响材料耐腐蚀性能的关键还是在钝化膜的形成方面, 能否快速均匀地形成钝化膜, 以及钝化膜的成分、结构、钝化性能的高低等, 是影响耐腐蚀性能的决定因素。非晶态合金中含有形成非晶态合金结构所必须的大量类金属P 和B 等, 以及添加的大量有利于提高耐蚀性的合金化元素Ni 、Ga 和Cr 等, 这些成分通过影响它们的化学特性, 改变表面钝化膜的成分, 改善其钝化性能, 从而对它们的高耐腐蚀性能的形成起到了非常大的作用。
由于非晶合金Fe2Ni2P2B 具有其它磁性材料无法比拟的磁性能, 矫顽力小、导磁率高和铁损小, 非常适于制作变压器、电磁开关和磁放大器等磁芯。目前对Fe2Ni2P2B 非晶合金系列的各方面性能都做了很多研究, 对其耐腐蚀性能的研究也取得了一定的进展。在块体Fe2Ni2P2B 非晶合金的制备中, 需加入少量的Ca 以改善其玻璃形成能力, 目前发现加入性能也有一定的影响。Kedim 等通过测定Fe2Ni2P2B2Ca 合金系在腐蚀溶液中的极化曲线, 并与不锈钢合金进行比较, 以考察它们的耐腐蚀性能[7 ] 。结果表明, 非晶合金
Fe2Ni2P2B2Ca 具有良好的耐腐蚀性能, 并随Ca 的含量增加, 其腐蚀电流密度减小, 耐蚀性能增大。与不锈钢Cr2Ni2ti 相比, 非晶合金的耐腐蚀性能具有明显优势,不锈钢合金的临界电流密度要比同样条件下非晶态合金的临界电流密度大得多。这表明非晶合金在同样条件下要比不锈钢耐腐蚀。Gbmez2Polo 等在对Fe2Ni2P2B 非晶合金体系耐腐蚀性能的研究中得到同样的结论[8 ] 。认为合金材料的耐蚀性主要是取决于表面膜的成分、稳定性和均匀性。同时, 非晶态合金自身的活性很高, 能够在表面迅速形成均匀的钝化膜, 或一旦钝化膜局部破裂也能够及时修复, 从而具有高的耐蚀性。研究进一步表明, 对于一个非晶合金系的耐腐蚀行为而言, 成分的影响比结构的影响更为重要。在同一个非晶合金体系中, 元素含量的相对量发生变化, 将引起耐蚀性能的变化, 如Ni 含量的变化直接影响到非晶合金的耐腐蚀性能。原因是, Ni 是对耐腐蚀性能最有效的元素,其在化学上是稳定的, 它们的阳离子在表面膜内较少, 因此合金的腐蚀导致了在表面膜下面金属态的那些贵金属Ni 的选择富集。这样的富集导致阳极活性和合金溶解速率的降低以及阴极活性的增加, 所以合金表面内贵金属Ni 的富集能提高耐蚀性和钝化能力[9 ] 。而对于非晶态合金（Fe40Ni40 P14B6 ) 1002X Ga x 的研究表明, Ga 元素含量的多少也会对其腐蚀性能产生大的影响。随着Ga 含量的增加, 其腐蚀电流密度减小, 耐腐蚀性提高, 这是由于元素Ga 对钝化能力和钝化膜的形成具有促进作用, 提高了耐蚀性能。Wendler 等研究了添加微量元素Cr 对Fe 基非晶合金在酸、碱、盐中耐腐蚀性能的影响[10 ] 。结果表明, 掺杂适量的Cr 能显著提高Fe 基块体非晶在酸、碱和盐溶液中的抗腐蚀性能, 并认为是因为Cr 在纯水溶液中的溶解度相当小, 所以Zr、Ti 、Ni 等金属在电化学极化过程中较难形成稳定的钝化膜[11 ] 。这就使得不含Cr 的Fe 基块体非晶钝化区宽度较窄, 腐蚀电流密度较大, 抗腐蚀性能主要是由于形成了富Cr 的钝化膜。该钝化膜主要由水和氧化铬组成, 水化羟基氧化铬本身耐蚀, 而且H2O 与OH- 相结合溶解Cr 离子的能力很强, 提高了钝化膜中Cr 的含量[12 ] 。通常非晶态合金的结构和化学均匀性都会影
响非晶态合金抗腐蚀性能, 而强钝化性元素的影响更为重要。Cr 是强钝化性元素, 所以Cr 的Fe 基非晶合金具有较高的耐腐蚀性能[13 ] 。已有研究表明,非晶态合金钝化膜中Cr3 + 的富集程度很高, 例如, 含Cr 仅3 %的FeCrMoPC 非晶态合金的钝化能力, 与含Cr 量达19 %的不锈钢相当。
四纳米晶软磁材料的耐腐蚀性能
目前, 关于纳米晶软磁材料耐蚀性能的研究, 主要集中在Fe2M2B 软磁材料上。原因是纳米晶材料与多晶和非晶材料相比, 在磁结构上有很大的差别, 这导致其在磁性方面具有更优良的性能。如纳米晶体结构使Fe2M2B 的有效磁导率、饱和磁通密度等性能得到显著提高, 但是环境腐蚀会使磁性材料的各方面磁性能, 尤其是饱和磁通密度大幅降低, 因此纳米晶软磁材料的耐蚀性能自然引起了人们的关注。
（1）Zr 和Nb 元素对纳米晶材料耐腐蚀性能的影响
Souza 在对Fe2M2B2Cu (M = Zr , Nb) 系列合金体系的研究中, 通过电化学实验发现, 局部晶化后的纳米晶材料与相同成分的非晶材料相比,其耐腐蚀性能明显降低[14 ] 。原因是纳米晶化时在非晶相中形成了α2Fe 相, 而α2Fe 相的耐蚀性比非晶相的差, 并降低了合金表面钝化膜的钝化性能和均匀性, 但是纳米晶的耐腐蚀性能仍要高于相同成分的普通晶体合金。May 在对此合金体系的研究中发现, 含Nb 成分的纳米晶合金的耐腐蚀性能要优于只含有Zr 的[15 ] 。原因是虽然Nb和Zr 都可以生成钝化膜, 但由于其成分、结构不一样,导致耐腐蚀性能上也有一定的差异。含Nb 的纳米晶合金的钝化膜成分是Nb2O5 , 而含Zr 的钝化膜成分是ZrO2H20 , Nb2O5 的耐腐蚀性能要优于ZrO2H2O。另外根据Sato 理论, 钝化膜的耐腐蚀性能取决于钝化性能, 而钝化性能与钝化膜的能量带有关[16 ] 。根据这一理论, 含有Nb5 + 和Zr4 + 的Fe 基钝化膜有n2型半导体氧化能量带, 在能量带带间的电荷费米能带与在合金钝化膜底层处的费米能带形成平衡。当阳极电动势足够大时, 在n2型半导体氧化物中就会发生电子能带跃迁, 当电子能带能量高于费米能带能量时, 就会发生电荷转移。在钝化膜中, Nb5 + 相比于Zr4 + , 费米能带和电子能带能量差要大得多。所以对Nb 来说, 从电子能带到费米能带的跃迁所必须的电动势更大, 钝化膜的钝化性能更好。进一步的研究发现, Nb 代替Zr 后, 还提高了高温时的抗氧化性能。
（2）Si 元素对纳米晶合金耐腐蚀性能的影响
May 在研究中发现, 在FeCuNbZrB 中加入Si后, 非晶态合金的耐腐蚀性能增强了, 局部纳米晶化后相比于非晶态时, 耐腐蚀性能不但没有降低, 反而得到了提高, 并在XRD 分析中发现了SiO217 ] 。他认为这些SiO2 可能是耐腐蚀性能提高的原因, 具体解释为, 在非晶
和纳米晶的接触界面上形成了更好的扩散通道, 这些扩散通道帮助更多的Si 元素在表面沉积, 使得表面生成更厚的SiO2 膜。而对于含硅只有215 % (质量分数) 的体系, 局部纳米晶化则降低了合金的耐腐蚀性能, 因为硅含量不足以形成表面致密的SiO2表面膜。此时纳米晶由于大量的晶界而带来的易腐蚀效应, 在腐蚀过程中起了主导作用, 导致其耐蚀性能下降。Sitek 等也有类似的报道[14 ,18 ] 。Oliveira 认为, Nb 和Zr 也可在表面氧化形成钝化膜, 但由于原子半径大于Si , 使得扩散速率慢于Si , 形成钝化膜的效率以及钝化膜的耐腐蚀性能等就要弱于Si。
（3）其他因素对耐腐蚀性能的影响
Szewieczek 认为, FeSiBNbCu 非晶带纳米晶化后, 其耐蚀性能得以增加是因为一方面纳米晶化过程中产生的结构弛豫可提高耐腐蚀性能; 另一方面在适当温度下的热处理是降低腐蚀速率的主要原因[20 ] 。适当温度的热处理可以促进Nb、Zr以及Si 原子的扩散, 使其分布均匀, 目前已经有原子尺度方面的研究证明了这一点。同时, 他认为材料表面质量对耐腐蚀性能也有非常大的影响, 减少非晶、纳米晶薄带表面由于杂质、粗糙以及气泡而形成的缺陷可明显提高耐腐蚀性能,并提出了两个电化学腐蚀机理: (1) 电子转移控制机理; (2) 混合机理———大规模转移率和电子转移控制机理相结合。非晶合金通常是第一类电化学腐蚀机制, 而纳米晶往往是混合机制。Szewieczek 在Fe2Si2B2Cu 体系研究中, 发现在纳米晶化发生前的一定温度范围内腐蚀速率最高。原因是非晶在纳米晶化前先生成Cu 簇, 非晶相各个区域的化学成分发生改变, 电化学电位差也扩大了, 形成了大量微电池, 导致腐蚀速率迅速上升。在Ei2Moneim 关于晶粒尺寸(100～600nm)对纳米晶FeNbB 软磁材料耐蚀性能影响的研究中发现, 耐蚀性能随纳米晶晶粒尺寸的增加而增强, 并把原因归结为晶界富铌相的减少和分布上。
非晶纳米晶软磁材料都有哪些
如果金属或合金的凝固速度非常快（例如用每秒高达一百万度的冷却速率将铁－硼合金熔体凝固），原子来不及整齐排列便被冻结住了，其排列方式类似于液体，是混乱的，这就是非晶合金。非晶纳米晶软磁材料都有哪些？您可以咨询安徽华晶机械有限公司，下面小编为您简单介绍，希望给您带来一定程度上的帮助。 非晶软磁合金材料的种类： 1、铁基非晶合金铁基非晶合金：主要元素是铁、硅、硼、碳、磷等。它们的特点是磁性强（饱和磁感应强度可达1.4-1.7T ）、磁导率、激磁电流和铁损等软磁性能优于硅钢片，价格便宜，最适合替代硅钢片，特别是铁损低（为取向硅钢片的1/3－1/5），代替硅钢做配电 变压器可降低铁损60－70%。铁基非晶合金的带材厚度为0.03毫米左右，广泛应用于中低频变压器的铁心（一般在10千赫兹以下） ，
例如配电变压器、中频变压器、大功率电感、电抗器等。 2、铁镍基非晶合金铁镍基非晶合金：主要由铁、镍、硅、硼、磷等组成，它们的磁性比较弱（饱和磁感应强度大约为1T以下），价格较贵，但磁导率比较高，可以代替硅钢片或者坡莫合金，用作高要求的中低频变压器铁心，例如漏电开关互感器。 3、钴基非晶合金钴基非晶合金：由钴和硅、硼等组成，有时为了获得某些特殊的性能还添加其它元素，由于含钴，它们价格很贵，磁性较弱（饱和磁感应强度一般在1T以下），但磁导率极高，一般用在要求严格的军工电源中的变压器、电感等，替代坡莫合金和铁氧体。 4、纳米(超微晶)软磁合金材料由于非晶合金中原子的排列是混乱无序的这种特殊结构，使得非晶合金具有一些独特的性质。
安徽华晶机械有限公司位于安庆长江大桥经济开发区。是人民解放军第4812工厂全资子公司。公司经营以机械制造为主，拥有各类专业生产、检验试验设备94台（套），涉及铸造、橡胶制品、压力容器、制造等多个行业，主要从事非晶软磁设备、空压机及气源设备、橡胶件（含特种橡胶件）、餐余垃圾处理设备、铸件、机械加工等产品的研制、生产、经营和服务。 自成立以来，公司上下高度重视技术创新和产品结构升级工作，建立了以市场为导向，努力满足用户需求的产品研发体系。公司坚持以跨越发展的思想为指导，秉承敬业、高效、求实、创新的优良传统，继续依托军工技术和“中”牌品质，为广大新老客户提供更优良的产品和服务。
非晶纳米晶软磁材料
非晶/纳米晶软磁材料 一．应用领域 非晶态软磁合金材料为20世纪70年代问世的一种新型材料，因具有铁芯损 耗小、电阻率高、频率特性好、磁感应强度高、抗腐蚀性强等优点，引起了人们 的极大重视，被誉为21世纪新型绿色节能材料。其技术特点为：采用超急冷凝 固技术使合金钢液到薄带材料一次成型；采用纳米技术，制成介于巨观和微观之 间的纳米态(10-20nm)软磁物质。非晶、纳米晶合金的优异软磁特性都来自于其 特殊的组织结构，非晶合金中没有晶粒和晶界，易于磁化；纳米晶合金的晶粒尺 寸小于磁交换作用长度，导致平均磁晶各向异性很小，并且通过调整成分，可以 使其磁致伸缩趋近于零。【表1】列出了非晶/纳米晶软磁材料的典型性能及主要 应用领域。 材料铁基非晶铁镍基非晶钴基非晶铁基纳米晶饱和磁感(T) 1.56 0.77 0.6-0.8 1.25 矫顽力(A/m) <4 <2 <2 <2 Br/Bs -- -- >0.96 0.94 最大磁导率45×104>200,000 >200,000 >200,000 铁损(W/kg) P50Hz,1.3T <0.2 P20KHz,0.5T<90 P20KHz,0.5T<30 P20KHz,0.5T<30 磁致伸缩系数27×10-615×10-6<1×10-6<2×10-6居礼温度(℃) 415 360 >300 560 电阻率(mW-cm) 130 130 130 80 应用领域 配电变压器 中频变压器 功率因子校正器 磁屏蔽 防盗标签 磁放大器 高频变压器 扼流圈 脉冲变压器 饱和电抗器 磁放大器 高频变压器 扼流圈 脉冲变压器 饱和电抗器 互感器
非晶纳米晶软磁材料应用市场概况
非晶/纳米晶软磁材料应用市场概况 非晶态软磁合金材料为20世纪70年代问世的一种新型材料，因具有铁芯损耗小、电阻率高、频率特性好、磁感应强度高、抗腐蚀性强等优点，引起了人们的极大重视，被誉为21世纪新型绿色节能材料。其技术特点为：采用超急冷凝固技术使合金钢液到薄带材料一次成型；采用纳米技术，制成介于巨观和微观之间的纳米态(10-20nm)软磁物质。非晶、纳米晶合金的优异软磁特性都来自于其特殊的组织结构，非晶合金中没有晶粒和晶界，易于磁化；纳米晶合金的晶粒尺寸小于磁交换作用长度，导致平均磁晶各向异性很小，并且通过调整成分，可以使其磁致伸缩趋近于零。【表1】列出了非晶/纳米晶软磁材料的典型性能及主要应用领域。 表1 非晶/纳米晶软磁材料的典型性能及主要应用领域
近年来，随着信息处理和电力电子技术的快速发展，各种电器设备趋向高频化、小型化、节能化。 在电力领域，非晶、纳米晶合金均得到大量应用。其中铁基非晶合金的最大应用是配电变压器铁芯。由于非晶合金的工频铁损仅为硅钢的1/5～1/3，利用非晶合金取代硅钢可使配电变压器的空载损耗降低60﹪～70﹪。因此，非晶配电变压器作为换代产品有很好的应用前景。纳米晶合金的最大应用是电力互感器铁芯。电力互感器是专门测量输变电线路上电流和电能的特种变压器。近年来高精度等级（如级、级、级）的互感器需求量迅速增加。传统的冷轧硅钢片铁芯往往达不到精度要求，虽然高磁导率玻莫合金可以满足精度要求，但价格高。而采用纳米晶铁芯不但可以达到精度要求、而且价格低于玻莫合金。 在电力电子领域，随着高频逆变技术的成熟，传统大功率线性电源开始大量被高频开关电源所取代，而且为了提高效率，减小体积，开关电源的工作频率越来越高，这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。硅钢高频损耗太大，已不能满足使用要求。铁氧体虽然高频损耗较低，但在大功率条件下仍然存在很多问题，一是饱
纳米晶软磁材料的应用
纳米晶软磁材料的应用 【摘要】本文首先回顾了纳米晶软磁材料的发展过程，介绍了纳米晶软磁材料的组织结构与磁特性，并介绍了纳米晶软磁合金的应用。 【关键词】纳米晶；软磁材料；铁芯；铁基合金 引言 八十年代以来，由于计算机网络和多媒体技术、高密度记录技术和高频微磁器件等的发展和需要，越来越要求所用各种元器件高质量、小型、轻量，这就要求制造这些器件所用的软磁合金等金属功能材料不断提高性能，向薄小且高稳定性发展[1]。正是根据这种需要，1988年日本的Yoshizawa等人首先发现，在Fe—Si—B非晶合金的基体中加人少量Cu和M（M=Nb，Fa，Mo，W等），经适当的温度晶化退火以后，可获得一种性能优异的具有b.c.c结构的超细晶粒（D 约10nm）软磁合金[2]。这时材料磁性能不仅不恶化，反而非常优良，这种非晶合金经过特殊的晶化退火而形成的晶态材料称为纳米晶合金。其典型成份为Fe73.5CuNb3Si13.5B9，牌号为Finemet。其后，Suzuki等人又开发出了Fe—M—B （M=Zr，Hf，Ta）系。到目前为止，已经开发了许多纳米晶软磁材料，包括：Fe基、Co基、Ni基[3]。由于Co基和Ni基易于形成K、λs、同时为零的非晶态或晶态合金，如果没有特殊情况，实用价值不大。故本文主要介绍铁基纳米晶软磁合金。铁基纳米晶合金是以铁元素为主，加人少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为l0—20纳米的微晶，弥散分布在非晶母体上，被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料。纳米晶材料具有优异的综合磁性能：高饱和磁感（1.2T）、高初始磁导率（8万）、低Hc（0.32A/M），高磁感下的高频损耗低（P0.5T/20kH=30W/kg），电阻率为80微欧厘米，比坡莫合金（50—60微欧厘米）高，经纵向或横向磁场处理，可得到高Br（0.9T）或低Br值（1000Gs）。是目前市场上综合性能最好的材料。 1 纳米晶软磁合金的性能 1.1 软磁合金的磁特性 对于纳米晶软磁合金，按性能要求，常分为高Bs型、高0型等。 （1）高型纳米晶合金，其成份至今局限于FeSiB系。以FeCuNbSiB系磁性最佳，其性能参数达到：在磁场0.08A/m下，相对磁导率达14万以上，矫顽力最低已达0 .16A/m，饱和磁感Bs高达135T，在频率lOOkHz和磁感0.2T下铁损低达250kW/1T。值得研究的是饱和磁致伸缩系数21×10-6，而不是0左右。 （2）高Bs型铁基纳米晶合金，其Fe含量在88at%以上，Bs值可达16～1.72T，典型成份为FeMB（M=Zr，Hf等）。对于FeZrB系合金，典型成份为
非晶和纳米晶合金的比较
铁基非晶合金在工频和中频领域，正在和硅钢竞争。铁基非晶合金和硅钢相比，有以下优缺点。 1）铁基非晶合金的饱和磁通密度Bs比硅钢低 但是，在同样的Bm下，铁基非晶合金的损耗比0.23mm厚的3％硅钢小。一般人认为损耗小的原因是铁基非晶合金带材厚度薄，电阻率高。这只是一个方面，更主要的原因是铁基非晶合金是非晶态，原子排列是随机的，不存在原子定向排列产生的磁晶各向异性，也不存在产生局部变形和成分偏移的晶粒边界。因此，妨碍畴壁运动和磁矩转动的能量壁垒非常小，具有前所未有的软磁性，所以磁导率高，矫顽力小，损耗低。 2）铁基非晶合金磁芯填充系数为0.84～0.86 3）铁基非晶合金磁芯的工作磁通密度 1.35T～1.40T，硅钢为1.6T～1.7T。铁基非晶合金工频变压器的重量是硅钢工频变压器的重量的130％左右。但是，即使重量重，对同样容量的工频变压器，磁芯采用铁基非晶合金的损耗，比采用硅钢的要低70％～80％。 4）考虑损耗，总的评估价为89％ 假定工频变压器的负载损耗（铜损）都一样，负载率也都是50％。那么，要使硅钢工频变压器的铁损和铁基非晶合金工频变压器的一样，则硅钢变压器的重量是铁基非晶合金变压器的1?8倍。因此，国内一般人所认同的抛开变压器的损耗水平，笼统地谈论铁基非晶合金工频变压器的重量、成本和价格，是硅钢工频变压器的130％～150％，并不符合市场要求的性能价格比原则。国外提 出两种比较的方法，一种是在同样损耗的条件下，求出两种工频变压器所用的铜铁材料重量和价格，进行比较。另一种方法是对铁基非晶合金工频变压器的损耗降低瓦数，折合成货币进行补偿。每瓦空载损耗折合成5～11美元，相当于人民币42～92元。每瓦负载损耗折合成0.7～1.0美元，相当于人民币6～8.3元。例如一个50Hz，5kVA单相变压器用硅钢磁芯，报价为1700元/台；空载损耗28W，按60元人民币/W计，为1680元；负载损耗110W，按8元人民币/W计，为880元；则，总的评估价为4260元/台。用铁基非晶合金磁芯，报价为2500元/台；空载损耗6W，折合成人民币360元；负载损耗110W，折合成人民币880元，总的评估价为3740元/台。如果不考虑损耗，单计算报价，5kVA铁基非晶合金工 频变压器为硅钢工频变压器的147％。如果考虑损耗，总的评估价为89％。 5）铁基非晶合金抗电源波形畸变能力比硅钢强 现在测试工频电源变压器磁芯材料损耗，是在畸变小于2％的正弦波电压下进行的。而实际的工频电网畸变为5％。在这种情况下，铁基非晶合金损耗增加到106％，硅钢损耗增加到123％。如果在高次谐波大，畸变为75％的条件下（例如工频整流变压器），铁基非晶合金损耗增加到160％，硅钢损耗增加到300％以上。说明铁基非晶合金抗电源波形畸变能力比硅钢强。 6）铁基非晶合金的磁致伸缩系数大 是硅钢的3～5倍。因此，铁基非晶合金工频变压器的噪声为硅钢工频变压器噪声的120％，要大3～5dB。
新型纳米晶软磁合金及其应用(二)
综述·动态·评论 新型纳米晶软磁合金及其应用 张世远 南京大学物理系 3 Fe-Si-B-Cu-Nb纳米晶合金 这种纳米晶合金是最先发现的新型软磁材 料 因此 研究退火过程中微结构的变化十分重要 图 3 为晶化过程示意图 在退火的 开始阶段通过调幅分解或成 核机理成分接近于30at% Cu 的Cu团簇Fe的浓度也会出现涨落 体心立方晶态相的晶核密度明显增大 而Nb和B则因为不溶 于α-FeSi 相中而在残余非晶相中富集 当晶化继续时 最后富Cu颗粒顺磁相的直径达到5 nm 左右 然而 它的析出不会对软 磁性能造成有害影响 图4是最佳热处 理后合金中所观察到的微结构 α-FeSi相含 ~20at% Si 残余非晶相 ~5at% Si 富Cu相 Si Nb中每一种都小于5at% 差热分析和X射线衍射实验表明[20] 以上温 度退火Fe 2 B相一经析出 由于硼化铁具有大的磁 晶各向异性常数L o ≈ 5 nm 即使Fe 2 B的体积分数只有百分之几 如图5所示除了可以有 效阻止α-FeSi相长大之外 的温度下才析出 图3 FINEMET合金的纳米晶化过程[20] 图4 FINEMET合金用透射电镜观察到 的典型微结构[21]
3.2 饱和磁化强度 Fe 73.5Si 13.5B 9Cu 1Nb 3纳米晶合金的饱和磁化强度J s 主要由α-FeSi 晶粒的成分及体积分数决定 这种合金在淬态下 为单一的非晶相 J s (T ) = J 0 (122 T C 是居里温度因此 合金在经过520 J s 1/β ~T 由两段斜率不同的直线组成 处 显然内部包含残余非晶相和纳米α-FeSi 相两个铁磁相 和T C2 =600因此在室温下 可将总磁化强度分成 两项之和 23 RT RT 经过对图6的拟合 从T C 2值可根据Fe-Si 合金的已知数据推断出纳米晶粒中的Si 含量约为23%该相的J 2 (RT ) =1.3T 由非晶相的体积 分数V 1 = 1 将两相组织等效于一球形晶粒被一薄层的 非晶相所包围则可从近似公式V 1=3δ /D 推算出α-FeSi 晶粒间距δ ≈1.2nm 约为80% 顺便指出 非晶相的体积分数约为34%与磁极化强度分析结果稍有差别 残存非晶相的磁晶各向 异性可以忽略 πδ≈(A /
纳米晶带材简介
铁基纳米晶合金 一、简介： 铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为的，弥散分布在非晶态的基体上，被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料。微晶直径10-20 nm, 适用频率范围50Hz-100kHz. 二、背景介绍： 1988年日本的Yoshizawa等人首先发现,在Fe-S-iB非晶合金的基体中加入少量Cu和 M(M=Nb,Ta,Mo,W等),经适当的温度晶化退火以后,可获得一种性能优异的具有bcc结构的超细晶粒(D约10nm)软磁合金。这时材料磁性能不仅不恶化,反而非常优良,这种非晶合金经过特殊的晶化退火而形成的晶态材料称为纳米晶合金。其典型成份为 Fe7315Cu1Nb3Si1315B9,牌号为Finemet。其后,Suzuki等人又开发出了Fe-M- B(M=Zr,Hf,Ta)系,即Nanoperm系。到目前为止,已经开发了许多纳米晶软磁材料,包括:Fe基、Co基、Ni基[2]。由于Co基和Ni基不易于形成K、Ks同时为零的非晶态或晶态合金,如果没有特殊情况,实用价值不大。 三、铁基纳米晶软磁合金的制备方法 纳米晶软磁合金的制备一般采用非晶晶化法。它是在用快淬法、雾化法、溅射法等制得非晶合金的基础上,对非晶合金在一定的条件下(等温、真空、横向或纵向磁场等)进行退火,得到含有一定颗粒大小和体积分数的纳米晶相。近年来,也有一些研究者采用高能球磨法制备纳米晶软磁合金。 四、纳米晶软磁合金的结构与性能 纳米晶软磁合金的典型成份为Fe7315Cu1Nb3Si1315B9。随着研究的不断进行,合金化元素几乎遍及整个元素周期表。从合金的化学成份在合金中的作用看,可以分为4类: (1). 铁磁性元素:Fe、Co、Ni。由于Fe基合金具有高Bs的优势,且纳米晶合金可以实现K和Ks同时为零,因而使L值很高、损耗很低,价格便宜,成为当今研究开发的中心课题。 (2). 非晶形成元素:主要有Si、B、P、C等。对于纳米晶软磁合金带材,一般都是先形成非晶带,然后通过退火使材料出现纳米晶,因而非晶化元素是基本元素。特别是B对形成非晶有利,成为几乎所有纳米晶软磁合金的构成元素,含量在5at%~15at%之间。Si也是
硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金
硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金 磁性材料 一. 磁性材料的基本特性 1. 磁性材料的磁化曲线 磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场h 作用下，必有相应的磁化强度m 或磁感应强度b，它们随磁场强度h 的变化曲线称为磁化曲线（m～h或b～h曲线）。磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度h 足够大时，磁化强度m达到一个确定的饱和值ms，继续增大h，ms保持不变；以及当材料的m值达到饱和后，外磁场h降低为零时，m并不恢复为零，而是沿msmr曲线变化。材料的工作状态相当于m～h曲线或b～h曲线上的某一点，该点常称为工作点。 2. 软磁材料的常用磁性能参数 饱和磁感应强度bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整洁排列。 剩余磁感应强度br：是磁滞回线上的特征参数，h回到0时的b值。 矩形比：br∕bs 矫顽力hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）。 磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的b与h的比值，与器件工作状态密切相关。 初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率μp。 居里温度tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确定了磁性器件工作的上限温度。 损耗p：磁滞损耗ph及涡流损耗pe p = ph + pe = af + bf2+ c pe ∝f2 t2 / ，ρ 降低， 磁滞损耗ph的方法是降低矫顽力hc；降低涡流损耗pe 的方法是减薄磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻率ρ。在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为： 总功率耗散（mw）/表面积（cm2） 3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换 在设计软磁器件时，首先要根据电路的要求确定器件的电压～电流特性。器件的电压～电流特性与磁芯的几何外形及磁化状态密切相关。设计者必须熟知材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯的几何外形及尺寸；根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。 二、软磁材料的发展及种类 1. 软磁材料的发展 软磁材料在工业中的应用始于19世纪末。随着电力工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。到20世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。到20年代，无线电技术的兴起，促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。从40年代到60年代，是科学技术飞速发展的时期，雷达、电视广播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入70年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业的发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统的晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶
熔体快淬法制备非晶、纳米晶
熔体快淬法制备非晶、纳米晶 一、实验目的 1. 实践粗晶材料如何制备成非晶、纳米晶材料； 2. 了解不同快淬速度对材料的组织的影响； 3. 了解材料从粗晶变成非晶或纳米晶对其性能的影响。 二、实验原理 熔体快淬就是在真空状态下，将熔融的金属或合金在一定的压力下，注射到高速旋转的水冷铜辊上，使其在极大的过泠度下凝固，获得具有超细结构的非平衡组织，由于这种方法具有极高的冷速，可使金属及合金的晶粒尺寸达到纳米级或得到非晶组织。使制备的金属或合金具有与一般非平衡冷却完全不同的力学和物理性能。 金属或合金的晶粒尺寸随过冷度的增加而减小。熔体快淬的冷速极高，可以使多种金属及合金形成纳米晶或非晶态。而且，由于冷却铜辊的转速及液态金属及合金的喷射压力是可调的，所以冷却速度可以严格控制，从而达到控制金属或合金的晶粒度的目的。 应用熔体快淬制备纳米晶、非晶态金属及合金的工艺易于控制，而且可以实现批量生产，易于产业化。目前，熔体快淬已经在稀土永磁材料、贮氢合金、Ni2MnGa磁性形状记忆合金、耐高温非晶钛基及钛锆基钎焊料、高强度非晶态结构材料等领域得到广泛的应用。 熔体快淬方法的典型工艺如下所示，母合金冶炼→浇注成锭→铸锭在带喷嘴的试管中再熔化→熔化喷射→高速旋转的冷却辊→固化→薄带和辊分离→收集带子→晶化退火（可省略）→破碎制粉→SPS烧结。 熔体快淬分为单辊快淬法和双辊快淬法。本实验室用的是单辊快淬法，其原理如图1 所示。铸锭在试管内被感应线圈加热熔化，然后通入氩气，使试管内外产生0.3～0.7个大气压的压力差，使熔化合金从漏嘴喷出，到达快速旋转的辊面，迅速凝固，形成连续薄带，再借助离心力抛离辊面。如此完成一次喷铸过程需要数秒到数十秒的时间。图2为快淬的薄带。如果淬速更高，得到的薄带将更碎且细小，其晶粒为纳米级（如图3）。实验中，水冷铜辊的转速、液态金属的压力、液态金属的温度、石英管喷口的尺寸、形状以及喷口与铜辊的距离都是快淬工艺的关键因素。 图1 单辊快淬法制备NdFeB薄带图2 NdFeB薄带
非晶态软磁合金
题目：非晶态软磁合金材料 摘要：本文以非晶态软磁材料为主要阐述对象，并就其定义、晶体结构特征、磁性性能及其产生机理、制备工艺、国内外发展过程、实际应用和未来应用前景等方面进行了分段阐述,其中着重介绍了非晶材料的结构特征及其相应性能产生的机理、材料制备、发展及其在不同领域的应用。从而使自己能够对这一磁性材料有一个全面详细的了解。 关键字：长程有序短程无序过冷各项同性电磁转换 1.材料定义及其基本性能与其产生机理 1.1软磁材料 软磁材料是指具有低的矫顽力，高的磁导率的磁性材料，在交流磁化状态下应用要求具有低的功率损耗。软磁材料在外磁场作用下迅速被磁化，去掉外磁场后，磁性消失。软磁材料按结构分为晶体、非晶体、纳米晶体磁性薄膜、磁泡、磁性液体与铁粉芯等类型。 1.2非晶合金结构特点 非晶态合金是指原子不是长程有规则排列的物质。一般晶态金属的原子密集规则排列切具有周期性，这种结构特征叫作原子排列的长程有序。和晶态金属相比，非晶态合金结构没有长程有序、间隙较多、但是均质、各项同性。其原子结构和各种特性表明,非晶无序并不是“混乱”，而是破坏了长城有序系统的周期性和平移对称性，形成一种有缺陷的，不完整的有序即最近邻或局域短程有序。这种短程序只是由于原子间的相互关联作用，是其在小于几个原子间距的小区间内仍然保持着位形和组分的某些有序特征，故具有短程序。 1.3非晶态软磁合金的基本性能及其产生机理 作为软磁材料，希望它有高的饱和磁感应强度和磁导率，低的矫顽力。这些软磁性能又和材料的磁晶各向异性，磁致伸缩系数有关。磁晶各向异性系数和磁致伸缩系数越小，组织结构越均匀，材料的软磁性能就越好。非晶态磁性合金没有长程有序，因此非晶磁性材料的磁晶各向异性为零，而且非晶磁性材料组织结构均匀，不存在阻碍畴壁运动的晶界或析出物，这样，非晶结构决定了其具有良好的软磁性能。但非晶态磁性材料的磁致伸缩一般不为零，因为磁致伸缩起源于短程相互作用。所以，非晶磁性材料的软 磁特性主要取决于磁致伸缩系数λ s 的大小。当λ s ≈0时，则可得到高磁导率，低矫顽 力的非晶软磁材料。除此之外，非晶态合金的电阻率较高，因此涡流损耗低，频率特性好，可应用在较高的频率范围。非晶态的结构均匀，各向同性特点也决定了非晶材料具
纳米铁纸(非晶、纳米晶材料)
目前，国内纳米生物效应的研究工作主要从生物整体水平、细胞水平、分子水平和环境等几个层面开展。其重点是研究纳米物质整体生物学效应以及对生理功能的影响、纳米物质的细胞生物学效应及其机制以及大气纳米颗粒对人体作用和影响等领域的研究。 （1）在纳米颗粒的整体生物效应方面，目前已经取得了一些初步的研究结果。我们发现在生理盐水溶液中尺寸小于100nm的磁性纳米颗粒，仅仅微克量级进入小鼠血管就能很快导致凝血现象以致堵塞血管，导致小鼠死亡。说明这种纳米颗粒进入生物体容易与心血管系统相互作用，可能有导致心血管疾病的潜在危险。进一步研究发现，对这种纳米颗粒表面进行化学修饰，可以极大地改变它的生物效应。一般的微米Cu粉，被认为是无毒的。但研究发现，纳米Cu粉对小鼠的脾、肾、胃均能造成严重伤害，而相同剂量的微米Cu却没有损害。但是，也不是所有的纳米颗粒都如此，比如，我们发现纳米ZnO与通常的微米ZnO的生物毒性，几乎没有差别。目前，大部分纳米材料的生物效应以及它们和相应微米材料的差别等问题还没有进行研究。 （2）纳米颗粒在体内的吸收、分布、代谢和清除，各种纳米物质与生物靶器官相互作用的机理等，是另一个重要的研究方向。研究发现富勒烯在SD大鼠中，90%-95%富集于肝脏，48小时清除。然而，稍做表面修饰后的富勒烯，如：166Hox＠C82OHx，其生物效应明显不同，显出生物分布较广，在肝、骨骼、脾、肾、肺的含量依次递减，其它组织分布极低。比如对Gd＠C82OH40的生物分布研究结果表明，其24小时后主要位于肝和脾，在肺和血液中衰减极快。水溶性富勒烯衍生物C61CO2H2可以进入细胞，并达到不同的细胞器中。我们与北京大学合作研究还发现，分子量高达60万的水溶性多羟基单壁碳纳米管SWNToks 能非常容易且迅速地在小鼠的各组织和脏器间穿梭，现有的知识还无法解释这种现象。（3）纳米颗粒与细胞的相互作用研究刚刚开始。纳米颗粒能够进入细胞并与细胞发生作用，主要是对跨膜过程和细胞分裂、增殖、凋亡等基本生命过程的影响和相关信号传导通路的调控，从而在细胞水平上产生的生物效应。研究发现，材料的拓扑结构和化学特性是决定细胞与其相互作用的重要因素。某些纳米拓扑结构会促进细胞的粘附、铺展和细胞骨架的形成，但是在某些情况下，纳米拓扑结构会对细胞骨架分布和张力纤维的取向产生负面影响。本实验室研究发现碳纳米管容易进入细胞，并影响细胞结构，在低剂量下（2.5μg /mk），可以刺激肺巨噬细胞的吞噬能力，但在高剂量下（20μg / mk），则严重降低肺巨噬细胞对外源性毒物的吞噬功能。在研究纳米氧化钛对人肝细胞（L02细胞株）的影响时，庞小峰等人发现纳米氧化钛游离于细胞之间，阻碍了胞间通信，降低细胞的生长速度。另有研究发现，富勒醇能够吸收紫外辐照产生的自由基，保护细胞膜不被紫外辐照损伤，能明显提高细胞存活率。纳米材料与细胞的作用机理目前尚不清楚，需要更进一步的系统研究。 （4）纳米颗粒与生物大分子的相互作用研究。重点在纳米材料与生物分子，例如蛋白质、DNA的相互作用及其对生物分子结构和功能的影响等。在研究血浆蛋白分子在碳纳米管无纺膜表面的吸附行为中，许海燕等人发现纤维蛋白原分子有比较强的吸附作用，并且吸附上的纤维蛋白原分子的构型功能发生了某些改变。纳米结构物质与补体系统和免疫细胞的激活作用研究说明，纳米颗粒与蛋白质分子之间存在着较强的相互作用，使补体蛋白分子的酶活性发生改变。研究发现PAMAM dendrimers可通过静电作用与DNA形成稳定的复合物，且可保护与之复合的DNA分子免受限制性内切酶的降解，可以作为DNA运送的载体导入细胞，实行外源基因在生物体内的表达。 （5）大气中纳米颗粒的生物效应。目前，临床实验研究已对大气中超细颗粒物的生物毒性得出了初步结论，发现尺寸在7-100 nm的颗粒物在人体呼吸系统内有很高的沉积率；尺寸越小越难以被巨噬细胞清除，且容易向肺组织以外的组织器官转移，超细颗粒物可穿过血脑屏障。由于纳米毒理学刚开始发展，这方面的研究和数据比较少，目前尚缺乏准确的分析测试方法，研究存在一定的难度。
非晶软磁材料生产企业
非晶合金是由超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在。非晶软磁材料生产企业哪家好？您可以选择安徽华晶机械有限公司，下面小编为您简单介绍，希望给您带来一定程度上的帮助。 1960年美国Duwez 教授发明用快淬工艺制备非晶态合金为始。其间，非晶软磁合金的发展大体上经历了两个阶段：第一个阶段从1967年开始，直到1988年。1984年美国四个变压器厂家在IEEE 会议上展示实用非晶配电变压器则标志着第一阶段达到高潮，到1989年，美国AlliedSignal 公司已经具有年产6万吨非晶带材的生产能力，全世界约有100万台非晶配电变压器投入运行，所用铁基非晶带材几乎全部来源于该公司。从1988年开始，非晶态材料发展进入第二阶段。 这个阶段具有标志性的事件是铁基纳米晶合金的发明。
1988年日本日立金属公司的Yashiwa 等人在非晶合金基础上通过晶化处理开发出纳米晶软磁合金（Finemet ）。1988年当年，日立金属公司纳米晶合金实现了产业化，并有产品推向市场。1992年德国VAC 公司开始推出纳米晶合金替代钴基非晶合金，尤其在网络接口设备上，如ISDN ，大量采用纳米晶磁芯制作接口变压器和数字滤波器件。 而非晶态金属或合金是指物质从液态（或气态）急速冷却时，因来不及结晶而在室温或低温保留液态原子无序排列的凝聚状态，其原子不再成长程有序、周期性和规则排列，而是出于一种长程无序排列状态。具有铁磁性的非晶态金合金又称铁磁性金属玻璃或磁性玻璃。 安徽华晶机械有限公司位于安庆长江大桥经济开发区。是人民解放军第4812工厂全资子公司。公司经营以机械制造为主，拥有各类专业生产、检验试验设备94台（套） ，涉及铸造、橡胶制品、压力
非晶软磁合金材料及其产业现状与发展前景
非晶软磁合金材料及其产业现状与发展前景 newmaker 1 非晶软磁合金材料及其应用 非晶软磁合金材料及其形成机理 我们根据原子排列方式把物质划分为晶体和非晶体两类。物质里面的原子排列是整齐有序的叫做晶体;物质的原子排列是混乱的叫做非晶体。通常情况下，金属及合金在从液体凝固成固体时，原子总是从液体的混乱排列转变成整齐的排列，即成为晶体。但是，如果金属或合金的凝固速度非常快（例如用每秒高达一百万度的冷却速率将铁－硼合金熔体凝固），原子来不及整齐排列便被冻结住了，最终的原子排列方式类似于液体，是混乱的，这就是非晶合金（又称为金属玻璃）。 由于不同的物质形成非晶所需要的冷却速度大不相同。单一金属需要每秒高达一亿度以上的冷却速度才能形成非晶态。受目前工艺水平的限制，实际生产中难以达到如此高的冷却速度，普通的单一的金属难以从生产上制成非晶。为了获得非晶态的金属，一般将金属与其它物质混合。当原子尺寸和性质不同的几种物质搭配混合后，就形成了合金。这些合金具有两个重要性质：①合金的成分一般在冶金学上的所谓“共晶”点附近，它们的熔点远低于纯金
属，例如FeSiB合金的熔点一般为1200度以下，而纯铁的熔点为1538度； ②由于原子的种类多了，合金在液体时它们的原子更加难以移动，在冷却时更加难以整齐排列，也就是说更加容易被“冻结”成非晶。有了上面的两个重要条件，合金才可能比较容易地形成非晶。实际上，目前所有的实用非晶合金都是两种或更多种元素组成的合金，例如Fe-Si-B，FeNiPB，CoZr，ZrTiCuNi等。 迄今为止，国内外非晶合金开发最多的是作为软磁材料的一类。它们在化学成分上的一个共同点是：由两类元素组成：一类是铁磁性元素（铁、钴、镍或者他们的组合），它们用来产生磁性；另一类是硅、硼、碳等，它们称为类金属，也叫做玻璃化元素，有了它们，合金的熔点比纯金属降低了很多，才容易形成非晶。 非晶软磁合金材料的种类 铁基非晶合金 铁基非晶合金：主要元素是铁、硅、硼、碳、磷等。它们的特点是磁性强（饱和磁感应强度可达）、磁导率、激磁电流和铁损等软磁性能优于硅钢片，价格便宜，最适合替代硅钢片，特别是铁损低（为取向硅钢片的1/3－1/5），代替硅钢做配电变压器可降低铁损60－70％。铁基非晶合金的带材厚度为毫米左右，广泛应用于中低频变压器的铁心（一般在10千赫兹以下），例如配
非晶纳米晶软磁材料
磁粉芯是由铁磁性粉末与绝缘介质混合压制而成的一种软磁复合材料。纳米晶磁粉芯具有高频稳定性好、高频损耗低等优点，但磁导率较低。非晶纳米晶软磁材料哪家好？您可以选择安徽华晶机械有限公司，下面小编为您简单介绍，希望给您带来一定程度上的帮助。 这种软磁复合材料相对于传统软磁材料而言具备诸多优点。首先，磁粉芯的基本组成单元是粒度非常小的磁性颗粒，这样可以有效地抑制金属颗粒内的涡流。同时，由于磁性颗粒尺寸较小，基本上不发生趋肤现象，磁导率随频率的变化也就较为稳定。其次，绝缘介质对磁性颗粒的包覆，可以有效地增加磁粉芯的电阻，大大提高其频率使用范围。另外，由于采用模压成型的制备方法，磁粉芯可以制备成各种形状的异型件，更有利于满足产业需要。 由于金属软磁粉末被绝缘材料包围，形成分散气隙， 大大降低了
金属软磁材料的高频涡流损耗，使磁粉芯具有抗饱和特性与宽频相应特性，特别适用于制作谐振电感、功率因数校正电感、输出滤波电感、滤波器电感等。 目前，人们研究的热点大多集中在单一的粉体上，关于Fe-6.5%Si 磁粉与Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9磁粉进行复合制备复合磁粉芯的报道则较为少见。根据复合材料的理论，如果选用两种磁性粉体进行复合来制备磁粉芯，可综合两种材料的优点来弥补单一材料的不足，从而提高复合磁粉芯的综合软磁性能。 安徽华晶机械有限公司位于安庆长江大桥经济开发区。是人民解放军第4812工厂全资子公司。公司经营以机械制造为主，拥有各类专业生产、检验试验设备94台（套），涉及铸造、橡胶制品、压力容器、制造等多个行业，主要从事非晶软磁设备、 空压机及气源设备、
纳米晶软磁材料
纳米晶软磁材料 这是一类新型的软磁材料。 通过熔体快淬法（轧辊法）制得的非晶态条带，如被加热到它们的晶化温度以上保持一段时间（这种热处理称为退火），非晶态条带就会开始晶化，内部组织从非晶态向晶态转变。如果控制这种退火处理的温度和时间得当，就能控制条带内部的微观结构，使得已经晶化的晶粒尺寸控制在10～15nm的范围内，而且，这些晶粒在形态上是弥散地分布在残余的非晶相之中，这样就可以得到纳米晶材料。例如，成分为Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶态合金在550℃退火1小时后在最佳磁性能的状态下，内部包含三个相，一是体心立方结构的FeSi相，其成分为20%Si和80%Fe（原子百分比）；第二相是尚未晶化的残余非晶相，包含大约10%～15%的Nb和B，约占总体积的20%～30%；第三相是大大富集的Cu团簇。少量铜和铌的加入是使这类纳米微晶成为优异软磁材料的关键。它们都不溶解于体心立方结构的FeSi相。但是，Cu原子团簇在退火早期的形成，使其成为FeSi晶粒的成核中心，促进了FeSi晶粒的成核。Nb进入残余非晶相可以阻止FeSi晶粒的长大，同时可以在晶化过程中，抑制Fe2B 相的形成。如果退火温度高于600℃Fe2B相就会首先形成，从而导致性能的全面恶化。 对于纳米晶合金，存在一交换耦合长度为L0=[A/K1]1/2。这里，A是交换常数，K1是合金铁磁相的磁晶各向异性常数。对于Fe-Cu-Nb-Si-B合金，L0=35nm。当晶粒尺寸小于L0时，相邻晶粒中的磁矩将通过交换作用而趋于平行排列。因此，局部各向异性应对交换耦合长度范围内所包含的晶粒数求平均，于是，材料的有效各向异性常数为 〈K〉=K1(D/L0)6=K14D6/A3。 式中，D是纳米晶粒的尺寸。对于20%Si-80%Fe的合金，K1=8×103J/m3，由上式算出，对于纳米微晶，平均各向异性常数〈K〉将比K1小大约三个数量级，只有0.5J/m3左右，因此可降低材料的矫顽力。由于Fe-Si晶粒相和残余非晶相的磁致伸缩系数符号相反（前者为负，后者为正），所以包含这两相的合金的λs将减小，估计由此可使磁导率提高一个数量级。这种合金的畴壁很厚，假定残余非晶相的磁晶各向异性可以忽略，由畴壁厚度公式δ=π(A/〈K〉)1/2算得为3μm，畴壁厚度远大于晶粒尺寸。由此，沿畴壁厚度方向，包含了大约200～300个FeSi小晶粒。这种情况和传统材料正好相反，正是这种结构，尽管晶粒尺寸小到只有10nm，但是两相界面不再可能对畴壁产生较大的钉扎作用。此外，因为Fe-Si晶粒的尺寸为10nm，而晶粒与晶粒之间的间隔距离为1～2nm，即残余非晶相的体积分数不大，所以合金的饱和磁感应强度仍可高达1.5T，比著名的高磁导率的坡莫合金（Ni79Fe21）和钴基非晶态合金要高。对于厚度为18μm的条带，在惰性气体保护下，于550℃退火1小时，FeSi 晶粒尺寸为13nm，相应的软磁性能为：μ1kHz=100000，B s=1.24T，H c=0.5A/m，损耗远低于坡莫合金，和钴基非晶差不多。 近年来，这类纳米晶合金除了用作软磁合金外，又有了新的用途。因为它们具有巨磁阻抗效应，即当高频电流通过条带的同时，如沿条带再施加一直流磁场，条带交流阻抗的相对变化竟高达80%～400%，而且显示出很高的磁场灵敏度，因此，成为十分优异的高灵敏磁传感器的新材料。 除了Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9外，属于纳米晶软磁材料还有Fe-M-C、Fe-M-N（M=Ta，Hf，Ti，Nb，Zr）和Fe-M-O（M=Zr，Hf）薄膜等。这些材料是通过溅射法制得非晶态薄膜，然后，
硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金
磁性材料地基本特性 . 磁性材料地磁化曲线 磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成地，在外加磁场作用下，必有相应地磁化强度或磁感应强度，它们随磁场强度地变化曲线称为磁化曲线（～或～曲线）.磁化曲线一般来说是非线性地，具有个特点：磁饱和现象及磁滞现象.即当磁场强度足够大时，磁化强度达到一个确定地饱和值，继续增大，保持不变；以及当材料地值达到饱和后，外磁场降低为零时，并不恢复为零，而是沿曲线变化.材料地工作状态相当于～曲线或～曲线上地某一点，该点常称为工作点. 文档来自于网络搜索 . 软磁材料地常用磁性能参数 饱和磁感应强度：其大小取决于材料地成分，它所对应地物理状态是材料内部地磁化矢量整齐排列. 剩余磁感应强度：是磁滞回线上地特征参数，回到时地值. 矩形比：∕ 矫顽力：是表示材料磁化难易程度地量，取决于材料地成分及缺陷（杂质、应力等）. 磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应地与地比值，与器件工作状态密切相关. 初始磁导率μ、最大磁导率μ、微分磁导率μ、振幅磁导率μ、有效磁导率μ、脉冲磁导率μ. 居里温度：铁磁物质地磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度.它确定了磁性器件工作地上限温度. 文档来自于网络搜索 损耗：磁滞损耗及涡流损耗∝，ρ 降低，文档来自于网络搜索 磁滞损耗地方法是降低矫顽力；降低涡流损耗地方法是减薄磁性材料地厚度及提高材料地电阻率ρ.在自由静止空气中磁芯地损耗与磁芯地温升关系为：文档来自于网络搜索 总功率耗散（）表面积（） . 软磁材料地磁性参数与器件地电气参数之间地转换 在设计软磁器件时，首先要根据电路地要求确定器件地电压～电流特性.器件地电压～电流特性与磁芯地几何形状及磁化状态密切相关.设计者必须熟悉材料地磁化过程并拿握材料地磁性参数与器件电气参数地转换关系.设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯地几何形状及尺寸；根据磁性参数要求，模拟磁芯地工作状态得到相应地电气参数. 文档来自于网络搜索 二、软磁材料地发展及种类 . 软磁材料地发展 软磁材料在工业中地应用始于世纪末.随着电力工及电讯技术地兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中地电感线圈地磁芯中使用了细小地铁粉、氧化铁、细铁丝等.到世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器地效率，降低了损耗.直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位.到年代，无线电技术地兴起，促进了高导磁材料地发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等.从年代到年代，是科学技术飞速发展地时期，雷达、电视广播、集成电路地发明等，对软磁材料地要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料.进入年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业地发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统地晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶态软磁合金. 文档来自于网络搜索 . 常用软磁磁芯地种类 铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材料地基本组元. 按（主要成分、磁性特点、结构特点）制品形态分类： () 粉芯类：磁粉芯，包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯（）、坡莫合金粉芯（）、铁氧体磁芯文档来自于网络搜索 () 带绕铁芯：硅钢片、坡莫合金、非晶及纳米晶合金 三常用软磁磁芯地特点及应用 (一) 粉芯类 . 磁粉芯
非晶纳米晶
机械合金化制备纳米晶与非晶 Al-Pb 系粉末 摘要：采用 X 射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）研究了球料比为 8:1、转速 280 r/min 和球料比为 25:1、转速 450r/min 条件下经不同球磨时间后混合粉末的相变、晶粒大小和微观形貌等。结果表明：通过机械合金化可以制备出Al-15%Pb-4%Si-1%Sn-1.5%Cu 纳米晶粉末，而且球磨导致了合金粉体非晶化，在球磨过程中混合粉体首先细化、合金化和纳米晶化，然后部分纳米晶转变为非晶；在机械合金化过程中球料比越大、转速越高，即给球磨系统供给的能量越大，则混合粉末获得纳米晶的时间越短；基于多层非晶化模型讨论了ΔH mix≈1.34 的情况下 Al-Pb 非晶形成的机制，指出在机械合金化过程中 Al-Pb 非晶形成并非需要ΔH mix<<0，其非晶化驱动力主要由浓度梯度提供。 1 前言 Al-Pb 系轴瓦合金比 Al-Sn 系轴瓦合金更容易在摩擦表面形成铅自润滑膜，表面性能更优越，且 Pb 的价格仅为 Sn 的 1/10~1/20；同时铝基轴瓦材料的疲劳强度约为巴氏合金的两倍，具有质轻、高导热性、高耐腐蚀性和良好的摩擦磨损性能等特点。因此 Al-Pb 系合金被认为是具有前途的轴瓦材料之一，研究开发新型的 Al-Pb 系耐磨合金具有重要的技术意义和经济意义。 但由于 Al 与 Pb 在室温不互溶，而且在高温也存在较宽的固溶间隙，同时 Al 与 Pb 之间较大的密度差异以及凝固点的差异，导致了用常规方法难以制备出Pb 粒子细小均匀弥散分布在 Al 基体上的 Al-Pb 轴瓦合金。而通过机械合金化可制备出 Pb 粒子细小均匀弥散分布的 Al-Pb 轴瓦合金[1]。 研究表明[2~4]：在 Al-Pb 二元合金中添加一定量的其它组元，可以进一步提高合金的性能，使其抗摩擦磨损性能优于纯二组元的 Al-Pb 合金。例如，在 Al-Pb二元合金中加入少量的Sn 可以提高 Pb 相的抗腐蚀性能；Cu 可以提高基体的强度；Si 可以提高 Al-Pb 合金 的磨损抗力和提高基体强度。因此，研究多组元 Al-Pb系合金对于研制高性能轴瓦材料具有重要意义。本实验将对 Al-Pb-Si-Sn-Cu 系混合粉末的机械合金化过程进行研究，并采用多层复合非晶模型对该系统形成非晶的机理进行研究。 2 实验方法 将纯度(质量分数)为 99.0%Al，99.9%Pb，99.9%Si，99.7%Cu，99.9%Sn，尺寸为 0.074 mm 的原始粉末按Al-15%Pb-4%Si-1%Sn-1.5%Cu( 质量分数，下同 ) 混合，并加入 1％的过程控制剂硬脂酸（PCA），在搅拌式高能球磨机中进行球磨，球罐为不锈钢。采用直径为 6 mm 的 GCr15 轴承钢球做研磨球，球磨的装填系数为 0.5，球磨过程始终在氩气保护和循环水冷却的条件下进行。球料比和球磨转速选用两种参数：球料比 25:1，球磨转速 450 r/min；球料比 8:1，球磨转速 280 r/min。 采用 Rigaku D/max-3C 型 X 射线衍射仪对混合粉末的组织结构和晶粒尺寸进行分析，采用CuKα辐射，并根据XRD 的半高宽计算出晶粒的大小。其计算公式为[5]： θ λ θsin ε Bcos+ .0 =d，其中 d 为晶粒尺寸，单位 nm；ε为晶格畸变量；λ为 4 94 / 衍射波长；其值λ＝0.1540598 nm；B 为扣除非球磨因素（例如仪器、测量条件、原始粉末的畸变等）引起宽化后的值，用Warren 法计算：2S2M2B = B?B，其中 BS为原始粉末衍射峰半高宽值，BM为球磨粉末相应峰的半高宽值。采用 JEM-200CX 型透射电镜（TEM）分析了微观结构形貌，相机常数为 1.62 mm·nm。 3 分析与讨论 3.1 球磨粉末的 XRD 分析 图 1 是 Al-15Pb-4Si-1Sn-1.5Cu 混合粉末在不同球磨工艺和经不同球磨时间后的 X 射线