编号：CYYJ00085

篇名：非晶、纳米晶合金的国内外发展概况及应用展望

作者： 卢志超、李德仁、周少雄

关键词： 非晶、纳米晶合金 国内外 发展概况

机构： 安泰科技股份有限公司

原文： 节选部分： 自1960年美国Duwez教授发明了用快淬工艺制备非晶态合金以来，由于其独特的组织结构、高效的制备工艺、优异的材料性能和广阔的应用前景，一直受到材料科学工作者和产业界的特别关注。在过去的四十年中，伴随着非晶态材料基础研究、制备工艺和应用产品开发的不断进步，各类非晶态材料已经逐步走向实用化。特别是作为软磁材料的非晶合金带材已经实现了产业化，并获得了广泛应用。其中在传统电力工业中，非晶软磁合金带材正在取代硅钢，使配电变压器的空载损耗降低70%以上，从节能和环境保护角度被誉为绿色材料。在现代电子工业中，最近发展起来的纳米晶合金进一步兼备了非晶合金和各类传统软磁材料的优点，成为促进电子产品向高效节能、小型轻量化方向发展的关键材料。本文简要综述了该领域的发展历程和应用前景。 一、发展历史概述， 非晶软磁合金的发展历程大体上可以分为两个主要阶段： 1967年～1988年：1967年Duwez教授率先开发出Fe-P-C系非晶软磁合金，带动了第一个非晶合金研究开发热潮。1979年美国Allied Signal公司开发出非晶合金宽带的平面流铸带技术，并于1982年建成非晶带材连续生产厂，先后推出命名为Metglas的Fe基、Co基和FeNi基系列非晶合金带材，标志着非晶合金产业化和商品化的开始。1984年美国四个变压器厂家在IEEE会议上展示了实用的非晶配电变压器，从而将非晶合金应用开发推向高潮。在这期间，美国主要致力于非晶合金带材的大规模生产和节能非晶配电变压器的推广应用，在技术和产品方面基本形成垄断。到1989年，美国Allied Signal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。除美国之外，日本和德国在非晶合金应用开发方面拥有自己的特色，重点是电子和电力电子元件，例如高级音响磁头、高频电源（含开关电源）用变压器、扼流圈、磁放大器等。但在1988年以前，由于专利问题，日本的非晶发展始终受到美国的制约。 1988年～至今：1988年日本日立金属公司的Yashizawa[3]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）。此类合金的突出优点在于兼备了铁基非晶合金的高磁感和钴基非晶合金的高磁导率、低损耗，并且是成本低廉的铁基材料。因此铁基纳米晶合金的发明是软磁材料的一个突破性进展，从而把非晶态合金研究开发又推向一个新高潮。纳米晶合金可以替代钴基非晶合金、晶态坡莫合金和铁氧体，在高频电力电子和电子信息领域中获得广泛应用，达到减小体积、降低成本等目的。1988年当年，日立金属公司纳米晶合金既实现了产业化，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。在此期间，美国Allied Signal公司（现被Honeywell公司兼并）也加强了非晶合金在电力电子领域的推广应用，先后推出4个系列的铁芯制品。 在非晶合金的产业化发展过程中，非晶纳米晶合金带材及其铁芯制品一直是主流，非晶丝材的研究开发和产业化是重要分支。1980年，日本Hagiwara首先提出采用内圆水纺法制备非晶合金丝材，随后日本的Unitika公司开始利用此法商业生产Fe基和Co基非晶丝，作为产业化的软磁材料，应用重点集中在图书馆和超市用防盗标签。此外，利用非晶丝材各种独特的物理效应开发 各类高性能传感器一直受到特别关注。尤其最近在钴基非晶丝材中发现巨磁阻抗效应以来，高精度磁敏传感器的开发成为热点。1999年日本科学技术振事业团委托名古屋大学和爱知钢铁公司联合开发MI微型磁传感器和专用集成电路芯片，目标是将非晶丝MI传感器用于高速公路汽车自动导航和安全监测系统。 国内非晶材料研究始于1976年，国家科委从“六五”开始连续5个五年计划均将非晶、纳米晶合金研究开发和产业化列入重大科技攻关项目。其中标志性的成果分别是：“七五”期间建成百吨级非晶带材中试生产线，带材宽度达到100mm，“八五”期间突破了非晶带材在线自动卷取技术，并建成年产20万只非晶铁芯中试生产线，“九五”期间，成立了国家非晶微晶合金工程技术研究中心，建成了千吨级铁基非晶带材生产线，带材宽度达到220mm，同时建成年产600吨非晶配电变压器铁芯生产线。通过前4个五年科技攻关计划的实施，我国基本实现了非晶合金带材及制品产业化。在十五期间，纳米晶带材及其制品产业化开发又被列入重大科技攻关计划，国家给予重点支持，旨在推动纳米晶材料应用开发快速发展，满足电力电子和电子信息等高新技术领域日益增长的迫切需求。安泰科技股份有限公司（原钢铁研究总院部分转制上市）是国内非晶材料研究开发力量最强、产业规模最大的单位，也是上述国家科技攻关项目的主要承担单位。目前具有年产非晶带材3000吨，纳米晶带材300吨的生产能力。 与美、日、德相比，我国非晶合金带材的产业规模与日本和德国相当，但远小于美国。在工艺技术和产品质量方面与上述国家差距很大。尤其对纳米晶合金来说，国内现有制带设备尚无法批量生产厚度小于20mm的超薄带。因此，严重制约了国内非晶、纳米晶合金在高频电力电子领域的推广应用。安泰科技股份有限公司目前正在建设年产500吨高质量纳米晶超薄带生产线，力求满足市场迫切需求。 二、制备方法和材料特性 非晶态合金通常采用冷却速度大约每秒一百万度的快速凝固技术，将熔融的钢水一次成型为厚度小于50mm的非晶带材或直径小于200mm的非晶丝材。所谓非晶态是指急冷凝固过程使金属来不及结晶，原子排列保持液态金属的长程无序状态。