纳米晶金属软磁合金新材料1

坡莫合金等已有100多年的发展历史；近二十多年来先后发展起来的非晶态合金和纳米晶合金等新型软磁合金材料，

发展为纳米晶态，从而把软磁合金新材料的研发与应用推向了一个新的高潮。

致力于研究同时具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低损耗的软磁材料，谓之“二高一低”的“理想”软磁材料，但

、小型、节能方向发展，既对软磁材料提出新的挑战，又给软磁材料提供了一个发展机遇。正是在这种大背景情况下

Fe基纳米晶软磁合金新材料，并命名新合金牌号为Finemet。

结构新颖、不同于晶态和非晶态，而且具有综合的优异软磁特性、即具有较高饱和磁感应强度、高磁导率、低损耗等

染等特点。因而可以讲，Finemet合金的出现是软磁材料的一个突破性进展，它解决了人们长期努力研究而未能解决

细化到1—20纳米（nm）、而饱和磁致伸缩系数和磁晶各向异性常数又同时趋于零的途径；（2）改变了以往各类软

能与成本相矛盾的状况；首次实现了人们长期渴望追求的“二高一低”“理想”软磁材料的愿望。

史，从来没有一种甚至一类软磁材料能全面地或基本上满足软磁材料的全部技术要求。而纳米晶软磁合金通过不同方

求，并具有性能、工艺及成本等全方位的优势，因而它一问世，便获得了迅速发展与应用。日立金属公司公布Finem

达5000万日元，并计划Finemet材料的年产量达600吨以上，广泛用于电子工业大量需求的磁性元器件。德国真空熔炼

itroperm纳米晶软磁合金牌号，据悉其年产量也在200吨级以上，广泛用作磁芯和磁性元器件。

代研发纳米晶软磁合金以来，发展很快，已在电力工业、电子工业、电力电子技术、计算机、通讯、仪器仪表及国防

合金材料的年产量约为300吨；近几年市场需求增长很快，预计目前纳米晶软磁合金材料的年产量可达800吨左右，

来，在如此短的时间内获得这样广泛的发展与应用是不多见的。而纳米晶软磁合金除了具有急冷工艺技术发展的深刻

是它具有生命力的标志。纳米晶金属软磁合金材料作为功能材料，其产量或用量远不能与结构材料相比，但其发挥的

产、应用纳米晶金属软磁合金材料，对发展我国高新技术产业、促进和提升传统产业、带动和支持相关产业的发展和

纳米晶金属软磁合金新材料2

具有优异的软磁特性：

克仁等人，在研究降低Fe基非晶态合金磁致伸缩系数以提高其软磁性能时，发现了Finemet这种纳米晶新材料。这

制取结构为非晶态的FeNbCuSiB合金带材，经热处理后获得了直径为10—20 nm（纳米）（100—200 ?）微细晶粒结

晶软磁合金材料。

，又发展了一系列纳米晶软磁合金材料，例如：Suzuki及M.A.Willard等人又分别推出Nanoperm和Hitperm新型

磁合金牌号和性能。由表1可以看出，Finemet合金的综合优势主要表现在：①饱和磁感BS（1.35T）可接近Fe基非

了Co基非晶合金的水平；③高频损耗P---0.2/100K（38.2W/kg或280KW/m3）达到了Co基非晶合金的水平，仅为MnZ

合金，几乎是Co基非晶合金和MnZn铁氧体的3倍；这些正是Finemet合金倍受人们重视的原因所在。

anoperm纳米晶软磁合金的有效磁导率μe(1k)和高频损耗P0.2/100K均已达到Finemet合金的水平，而饱和磁感Bs（1

说明Nanoperm合金较Finemet合金具有更为广泛的应用范围和更好的温度稳定性，可以说是一种极有应用潜力的纳

上发展起来的具有高饱和磁感和高居里温度的纳米晶软磁合金，由于该合金中含有相当高的Co元素，其饱和磁感

erm合金把高磁导率、高饱和磁感与高温应用结合了起来，它无疑具有高温环境应用的潜在优势。

了Finemet合金有效磁导率的频率特性（μe~f）和高频损耗特性（P~f），与Fe基非晶态软磁合金、Co基非晶态

良磁性能显然是无庸置疑的。

程中，人们总希望它既具有高磁导率、又具有高饱和磁感；但事实并非如此，以往的任何一种软磁材料，要么磁导

磁导率与饱和磁感相矛盾的状况已成为不争的事实。而纳米晶软磁合金材料确打破了这种僵局，它在具有高磁导率的

与其他软磁合金有效磁导率μe与饱和磁感Bs的关系特性（μe~Bs）。可以看出，Finemet、Nanoperm、Hitperm纳

高磁导率和高饱和磁感特性，其磁性能应优于现有任何一种或一类相应的软磁材料。需要指出的是，Nanoperm合金

制取合金带材的条件要求苛刻，通常只能在非氧化性气氛中或真空中制取合金带材，因而目前尚处在实验室研究阶段

能大批量生产和商业化应用，并正在某些领域中发挥重要作用。

表1 纳米晶软

P0.2/100K 入s Tc Tx ρ d 的性能比较

-6g/cm3 w/kg Kw/m3 ×10 ℃ ℃ μΩcm 38.2 280 2.1 570 510 115 38.2 280 ~0 570 510 115 7.4 130 950 2.3 570 510 115 厚Bs HC μe1k (at%) 度 (T) A/M ×104 μm i13.5B9 18 1.24 0.53 10.0 18 1.18 1.1 7.5 16.5B6 20 1.35 0.8 0.5 20 1.35 1.3 20 1.35 1.6 B7 7.0 2.2 47 350 2.3 570 510 115 42 310 2.3 570 510 115 5.520 1.20 0.5 2.0-8.0 20 1.20 0.1 8.0-10.0 35 20 1.20 0.1 14.5 18 1.53 1.7 12.0 58.7 20 1.44 1.3 9.2 64.2 2.0 2.0 25 1.59 2.4 0.5 600 120 7.35 0.3 770 0.2 770 965 61 58 Cu1 Cu1 Cu1 8 27 395 507 130 7.2 B14 i16.5B11 520 0.55 0.4 >10.0 20 0.55 0.4 >10.0 0.70 2.4 0.51 14.3 0.7 ~40 ~40 900 600 ~0 205 550 142 7.59 ~0 210 540 135 7.70 ~0 400 56 215 8.85 4.8 KHz下测量；

00KHz下测量；

和磁致伸缩系数；Tx—晶化温度；ρ—电阻率；d—合金密度

图2、软磁合金的P~f特性 图3、软磁合金的μe~Bs关系