如何提高非晶合金性能

⑴ 非晶合金变压器有哪些优点缺点是什么

非晶合金变压器的优点：
1、超低损耗特性，省能源、用电效率高；
2、非晶金属材料制造时使用较低能源以及其超低的损耗特性，可大幅节省电力消耗及减少电厂发电量，相对的减少CO₂、SO₂废气的排放，降低对环境污染及温室效应，免保养，无污染；
3、运转温度低、绝缘老化慢、变压器使用寿命长；
4、高超载能力，高机械强度；
5、非晶铁心在通过较高频率磁通时，仍具有低铁损及低激磁电流的特性而不致产生铁心饱和的问题，故以非晶铁心制成的SCRBH15型非晶合金变压器具有较好的耐谐波能力；
6、投资回收效益快。
缺点：
1、使电力系统短路电流增加。由于高、中压绕组非晶合金变压器两者之间的电气连接，它只与普通双绕组变压器短路阻抗的能力(1 k / 1)时代广场，所以在使用非晶合金变压器在电力系统，使三相短路电流显著增加。和由于自耦合变压器中性点必须直接接地，因此将使系统的单相短路电流大大增加，有时甚至超过三相短路电流。
2、在调节造成一些困难。主要是由于其高、中压绕组电接触引起的非晶合金变压器可能的方式调节三个，第一个是安装在非晶合金变压器绕组分别与负载变化位置调节装置;第二个是在高压和中压线路安装额外的变压器。和这三种方法不仅是制造困难，不经济，有其缺陷以及在运行(如第三绕组电压)的影响，解决方案并不理想。
3、复杂的绕组过电压保护。由于高、中压绕组非晶合金变压器接触，任何一方在振幅对应于闪电的绕组绝缘水平激增，另一边的过电压波幅度可能超出了绝缘等级。为了避免这种现象的发生，必须在高、中压两边的出口端安装一组阀型避雷器。
4、使继电保护复杂。
非晶合金变压器（amorphous alloy transformer）是二十世纪七十年代开发研制的一种节能型变压器。非晶合金变压器产品对于安全性、可靠性的要求特别高，具有典型的技术密集型特点。世界上最早研发非晶合金变压器的国家是美国，当时由美国通用电气（GE）公司承担了非晶合金变压器的研制项目。到上世纪八十年代末实现了商品化生产。由于使用了一种新的软磁材料——非晶合金，非晶合金变压器的性能超越了各类硅钢变压器。非晶合金变压器兼具了节能性和经济性，其显著特点是空载损耗很低，符合国家产业政策和电网节能降耗的要求，是节能效果最为先进，使用成本也较为经济的配电变压器产品。

⑵ 非晶态合金的性能有哪些，未来有什么研究方向

非晶态材料是目前材料科学中广泛研究的一个新领域,也是一种发展迅速的新型材料。所谓的“非晶态”，是相对晶态而言的，是物质的另一种结构状态。它不像晶态那样是原子的有序结构，而是一种长程无序，短程有序的结构，有点类似金属液体的结构。一些合金的非晶态赋予了它比晶态更优异的物理化学性能，使得非晶态材料的研究受到广泛关注。
在非晶态合金中不存在晶态合金中所存在的晶界、位错、扭曲等缺陷，使得其具有优异的机械、物理和化学性能，同时也使得非晶态合金展现出强大的生命力。 1、在机械性能方面，非晶态合金具有高强度、高硬度、高耐磨性、高疲劳抗力、屈服时完全塑性、无加工硬化现象。
非晶态合金具有极高的断裂强度和屈服强度，如非晶态Fe基合金（Fe80P15C5，Fe72Ni8 P15C7）屈服强度在2000~3000MPa，断裂强度约3000MPa，最高达4000MPa，可以用于制作飞机起落架。还可以通过改变成分及控制制备工艺条件等改善其力学性能，以获得超高强度的合金。对于金属材料，通常是高强度、高硬度而较脆，而非晶合金则两者兼顾，它们不仅强度高，硬度高，而且韧性也较好。
非晶态合金在变形时无加工硬化现象。低温时的塑性变形为不均匀变形，而高温时显示出均匀的粘滞性流动。非晶态金属的动态性能也很好，它有高的疲劳寿命和良好的断裂韧性。和非金属玻璃的脆性断裂不同，它的断裂是通过高度局域化的切变变形实现的。许多非晶态金属玻璃带，即使将它们对折，也不会产生裂纹。 2、在化学性能方面，非晶态合金具有较好的耐腐蚀。
由于没有晶粒和晶界，非晶态合金比晶态金属更加耐腐蚀，非晶态耐蚀合金不仅在一般情况下不发生局部腐蚀，而且对于在特殊条件下诱发的点蚀与缝隙腐蚀也能抑制其发展。利用非晶态合金耐腐蚀的优点，可以制造耐蚀管道、电池电极、海底电缆屏蔽、磁分离介质及化学工业的催化剂，目前都已达到了实用阶段，非晶态合金的耐蚀性还可用于长期在泥沙、水流中工作的水轮机上，将大大提高其使用寿命，减少维修费用。 3、在物理性能方面，非晶态合金具有良好的磁学性能以及光学性能。
非晶态合金具具有磁导率和饱和磁感应强度高，矫顽力和损耗低的特点。非晶态合金的磁性能实际上是迄今为止非晶态合金最主要的应用领域。目前，作为软磁材料的非晶合金带材已经实现产业化，并获得了广泛应用。在传统电力工业中，非晶软磁合金正逐渐取代硅钢片，使配电变压器的空载损耗降低60%~80% ，大大节约了能源消耗。
金属材料的光学性能受原子的电子状态所支配，某些非晶态金属由于其特殊的电子状态而具有十分优异的对太阳光能的吸收能力。所以利用某些非晶态材料能够制造出相当理想的高效率的太阳能吸收器，目前应用较多的是非晶态材料为非晶硅。非晶硅太阳电池的应用市场有2个方面：一个是弱光电池市场，如计算器、手表等荧光下工作的微功耗电子产品；二是电源及功率应用领域，如太阳能收音机、太阳帽、庭园灯、微波中继站、航空航海信号灯、气象监测及光伏水泵、户用电源等。
可见，非晶态合金具有优良的性能，在受到广泛研究的同时，也是渐渐用到我们生活的方方面面。但是主要还是集中在磁性材料这一块的应用最广。
1、 非晶合金带材在软磁材料中的应用
优异的磁学性能使非晶合金成为当今软磁材料的首选材料，同时磁性材料是迄今为止非晶合金应用最成功的领域。在传统电力工业中，非晶软磁合金带材正逐渐取代硅钢片，是铁基非晶合金除了居里温度与饱和磁感外，铁基非晶合金的各项性能（抗拉强度、硬度、最大磁导率、激磁功率密度等等）都大大优于冷轧硅钢片，尤其是矫顽力大大小于冷轧硅钢片，使得其磁致损耗远低于冷轧硅钢片，这就使得非晶铁心电机的效率大大提高。
2、块体非晶合金的应用 块体非晶合金，又称为大块非晶合金，因其尺寸较大，打破了带状非晶合金和非晶粉末的尺寸限制，可以方便地制成各种机械零件，做为结构材料大规模使用，因而成为目前非晶合金领域研究最热的方向。
例如非晶钢，与传统钢材相比，大块非晶钢性能优异：其屈服强度是传统高强钢的2～3倍，在室温下不具有铁磁性，热稳定性高(玻璃转变温度接近于或高于900K)，抗海水腐蚀能力强，因而可以用作未来海军舟见船韵表面防护。由无磁非晶钢所制造的船体，在反探测、抗打击能力方面具有传统钢材无法比拟的优势。
还有轻量化结构材料，铝基非晶合金、镁基非晶合金等低密度材料，强度和硬度都大大超过普通钢铁的材料。
更或者是在一些高档用品中的使用，由块体非晶合金制造的高尔夫球头、滑雪板、棒球棒、滑冰用具有良好的强度，抗塑性变形能力。
3、 其他
非晶态合金对某些化学反应具有明显的催化作用，可以用作化工催化剂；某些非晶态合金通过化学反应可以吸收和放出氢，可以用作储氢材料
非晶合金因弹性极限大大高于普通晶态合金，加上优良的抗疲劳性能、高屈服强度等优点，成为精密仪器弹簧的首选材料

非晶态合金有着如此优良的性能，可以在很多领域带来巨大的改变，但是同样也存在着一些问题。非晶态合金带材厚度宽度有限，产品尺寸受到限制。许多非晶态合金在500℃以下发生晶化，使得工作温度有限，产品稳定性有限制。同时产品的生产成本费用也是一大问题。

⑶ 非晶带材为什么需要热处理

非晶合金带材的特点是：带材非常薄，硬度大，机械加工控制难度大，且相关材料特性的离散性大。非晶合金铁心的片间结构设计、使用条件设计、质量计算，都跟非晶合金带材的厚度、叠片系数、平整度、硼含量有着密切的关系。铁心的结构设计合理与否，不仅影响到生产制造技术，而且也影响到批量生产的效率、铁心的质量稳定性等问题。因此，合理、优化的结构设计，是开发和推广国产化非晶合金带材铁心的重要前提。
热处理退火工艺是非晶合金铁心整个制作过程中最关键也是最难控制的工序，涉及的工艺要素也最多，包括退火温度点、升温速度、降温速度、保温时间、气氛保护、直流磁场大小、退火炉的炉况要求等。

(1)热处理退火温度
日立金属公司非晶合金带材2605SA1的硼元素含量在2．4％以下，铁心最佳的最高常规热处理退火温度控制范围在340～355℃，甚至可以更宽些。国产非晶合金带材1K101-A1的硼含量在2．4％～2．5％，1K101-A2的硼含量在2．5％～2．6％，因此，铁心的热处理退火温度适宜在370～380℃之间。由于非晶合金带材经热处理退火后呈脆性，退火温度越高，材料脆性越强，因此，热处理后的铁心，在搬运、吊装、储存、运输，以及变压器装配过程中容易形成碎片。如碎片控制不合理，这对变压器运行是非常危险的。因此，适宜的铁心退火温度，不仅要保证消除铁心的内在应力，恢复其磁特性，而且要能够尽量降低非晶合金带材的脆性，减少在铁心后续操作中形成碎片的风险。试验表明：国产非晶合金带材铁心最终的退火温度控制在375～380℃为最佳。

(2)保温时间
铁心到达最佳退火温度后，必要的保温时间，对于调整铁心磁性能，尤其是降低铁心的激磁功率起关键作用。非晶合金铁心的热处理退火温度、退火保温时间和铁心最终性能(单位空载损耗和单位激磁功率水平)的关系如图1所示。单位空载损耗和单位激磁功率是铁心的2个主要性能指标。单位空载损耗大小，决定着非晶变压器最终的空载损耗是否能符合变压器的空载损耗标准；而单位激磁功率的大小，会影响非晶合金变压器运行时的噪声水平。以目前对非晶合金铁心热处理退火工艺的研究，在整个退火过程中，经过最佳退火温度后，铁心的单位空载损耗随着退火温度的提高和退火时间的延长而增大，但单位激磁功率仍随着退火温度的提高和退火时间的延长而降低。而且，铁心带材的脆性，也是随着退火时间的增加、退火温度的提高而增大。因此，铁心制造者必须根据用户对铁心性能的要求，选择最佳的退火温度和最适宜的保温时间。
(3)气氛保护
非晶合金带材是铁基的合金材料，铁的成分占了90％以上，因此，铁心在高温热处理退火时很容易受温度和湿度的影响而被氧化。铁心表面被氧化后，除了表面有锈迹，更主要的是表面氧化层会导致铁心的空载损耗明显增大。因此，铁心在整个热处理退火过程中必须采用气氛保护，减少和防止铁心表面被氧化。与日立金属公司的非晶合金带材相比，根据现有的试验数据，国产非晶合金带材被氧化的程度更明显。因此，国产非晶合金带材铁心在热处理时更需加强气氛保护。目前常用的工艺保护气体为氮气或氩气，保护气的纯度可根据当地气候环境、湿度情况等选择。
(4)升温和降温速度
非晶合金铁心的升温速度和降温速度，对铁心性能也有着重要影响。由于铁心在批量生产时都是多个装载、批次性热处理，所以，合理的升温和降温速度，不仅影响非晶合金铁心的性能结果，而且也影响到生产效率和生产成本。升温速度的快慢，会影响同炉次非晶合金铁心的温度离散性，也会影响到铁心性能的离散性，升温速度越快，离散性越大。对比国产和进口非晶合金带材铁心在升温过程中的情况，进口非晶合金带材铁心在低温段的温度离散性较小，但到达高温区时会增大；而国产非晶合金带材铁心在到达高温区并接近最佳退火温度点时的温度离散性更小，几乎可以控制在3℃之内。因此，在升温阶段，国产非晶合金带材铁心可以直接进行快速升温，而进口非晶合金带材铁心需要采用消除温差的工艺。降温速度的快慢，也直接影响铁心的内在性能。试验证明：降温速度快，对于降低铁心的空载损耗是有益的，但同时会增大铁心的激磁功率。因此，国产非晶合金带材铁心的最佳降温速度，需根据热处理设备的特点、铁心最终所要达到的性能指标来选择，这需要一定的经验数据来支持，对于不同的铁心制造者来说，这不会是唯一的。

(5)直流磁场
成型后的非晶合金铁心，在退火时需附加直流磁场来改善其磁特性。其原理是：将非晶合金铁心沿带材长度方向放在磁场中，引起非晶合金带材单轴各向异性的磁畴排列，以此获得良好的磁畴取向。场强的大小，是改善非晶合金铁心磁特性的关键。当采用的场强大于非晶合金铁心材料磁性能的最小饱和值时，该磁场不会对铁心最终的磁特性产生有益或有害影响。因此，铁心退火时常用的场强与非晶合金材料磁性能的饱和值保持一致或略大即可。由于成分、电磁特性等不同，国产与进口非晶合金带材铁心退火时的场强有明显差异。试验表明：进口非晶合金带材铁心退火时的场强为800A／m，或磁场电流大小在500～800A，可保证退火时铁心材料饱和；而国产非晶合金带材铁心退火时的场强需2000A／m左右，或磁场电流大小在1400A时可保证退火时铁心材料饱和，才能达到最佳的退火效果。

⑷ 铁基非晶合金的典型性能

表1 铁基非晶合金的物理性能（国标牌号1K101）
饱和磁感应强度Bs 1.56T 硬度Hv> 960
居里温度Tc 410°C 密度d 7.18g/cm3
晶化温度Tx 550°C 电阻率r 130Wm-cm
饱和磁致伸缩系数ls 27´10-6 热膨胀系数Dl/l
表2 铁基非晶合金的典型磁性能
产品类型 横向磁场退火 无磁场退火 纵向磁场退火
最大导磁率 >2x104 >20´104 >25´104
饱和磁感应强度 1.5 T 1.5 T 1.5 T
剩余磁感应强度 <0.5 T 0.5－1.0 T 1.2 T
矫顽力 <4A/m <2.4 A/m <4A/m
损耗(50Hz, 1.4T) <0.2W/kg <0.13W/kg <0.3W/kg
损耗(400Hz, 1.2T) <1.8W/kg <1.25W/kg <2W/kg
损耗(8kHz, 1.0T) <80W/kg <60W/kg <100W/kg
铁损变化率(-55°C －125°C) <15% <15% <15%
铁损变化率(120°C&acute;200小时) <15% <15% <15%
注：上述数据为非晶带材经过最佳热处理后的磁性能，但并不代表铁芯的最终性能。当带材制造成铁芯时，由于具体情况发生某些性能变化属正常现象。
表3 铁基非晶合金与硅钢片的磁性能对比
性能指标 铁基非晶合金 硅钢
饱和磁感(T) 1.56 2.03
矫顽力(A/m) <4 <30
最大磁导率 (Gs/Os) 45×104 4×104
铁损(W/kg) 50Hz,1.3T下<0.2 50Hz, 1.7T下=1.2
激磁功率(VA/kg) 50Hz,1.3T下<0.5 50Hz, 1.7T下<0.83
叠片系数 >0.80 0.95
磁致伸缩(>&acute;10-6) 27 －
电阻率(>mW-cm) 130 45
比重(g/cm3) 7.18 7.65
晶化温度(℃) 550 －
居里温度(℃) 415 746
抗拉强度(Mpa) 1500 343
维氏硬度(HV) 900 181
厚度(μm) 30 300
铁基非晶带材常用磁性能曲线
产品规格
产品牌号 带材宽度 mm 带材厚度μm
RF1-0050 5±0.2 27±3
RF1-0080 8±0.2 27±3
RF1-0100 10±0.5 27±3
RF1-0150 15±0.5 27±3
RF1-0200 20±1 27±3
RF1-0250 25±1 27±3
RF1-0300 30±1 27±3
RF1-0400 40±1 27±3
RF1-0500 50±1 27±3
RF1-0700 70±1 27±3
RF1-1000 100±1 27±3
RF1-1500 150±1 27±3
RF1-1700 170±1 27±3
RF1-2200 220±1 27±3

⑸ 什么是非晶合金变压器缺点是什么

非晶合金变压器是一种低损耗、高能效的电力变压器。此类变压器以铁基非晶态金属作为铁芯，由于该材料不具长程有序结构，其磁化及消磁均较一般磁性材料容易。

非晶合金变压器的铁损要比一般采用硅钢作为铁芯的传统变压器低70-80%。由于损耗降低，发电需求亦随之下降，二氧化碳等温室气体排放亦相应减少。

基于能源供应和环保的因素，非晶合金变压器在中国和印度等大型发展中国家得到大量采用。以若于配电网全面采用非晶合金变压器的话，每年大约可节省25-30TWh发电量，以及减少2至3千万吨二氧化碳排放。

(5)如何提高非晶合金性能扩展阅读：

非晶合金铁芯配电变压器的最大优点是，空载损耗值特低。最终能否确保空载损耗值，是整个设计过程中所要考虑的核心问题。

当在产品结构布置时，除要考虑非晶合金铁芯本身不受外力的作用外，同时在计算时还须精确合理选取非晶合金的特性参数。

利用导磁性能突出的非晶合金，来用作制造变压器的铁芯材料，最终能获得很低的损耗值。但它具有许多特性，在设计和制造中是必须保证和考虑的。

⑹ 非晶态合金的特点

一种没有原子三维周期性排列的金属或合金固体。
它在超过几个原子间距范围以外，不具有长程有序的晶体点阵排列。
和普通晶态金属与合金相比，非晶态金属与合金具有较高的强度、良好的磁学性能和抗腐蚀性能等，通常又称之为金属玻璃或玻璃态合金。可部分替代硅钢、玻莫合金和铁氧体等软磁材料，且综合性能高于这些材料。
最早发现非晶合金的是1940年左右由美国科学家通过电解做出来的，后来美国另外一个科学家通过液体凝固做出了金-硅非晶合金。到上世纪七八十年代，许多的科学家研究非晶合金，但是一直没有太大的进展，到1990年，我国留学生张涛在日本留学期间，发现了大块非晶材料。从此，大块非晶材料有了很快的发展，如今国内高校和科研机构对金属非晶材料的研究比较多，科研成果也比较突出。
基于非晶金属材料有很好的性能，大部分的研究是将大块非晶如何应用于生产。但由于非晶合金的体系不是很完善，种类也不是很多，也有一大部分科研团队在开发新的非晶态合金。

⑺ 什么是非晶合金非晶合金的结构特征非晶合金的性能特点

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。这种非晶合金具有许多独特的性能，由于它的性能优异、工艺简单，从80年代开始成为国内外材料科学界的研究开发重点。铁基非晶合金是由80%Fe及20%Si,B类金属元素所构成,它具有高饱和磁感应强度（1.54T），磁导率、激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片的特点。
铁基非晶合金(Fe-based amorphous alloys)
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节能60－70%。铁基非晶合金的带材厚度为0.03mm左右，广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器及逆变器铁芯, 适合于10kHz 以下频率使用
由于超急冷凝固，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，称之为非晶合金，被称为是冶金材料学的一项革命。这种非晶合金具有许多独特的性能，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高的强度、硬度和韧性，高的电阻率和机电耦合性能等。由于它的性能优异、工艺简单，从80年代开始成为国内外材料科学界的研究开发重点。
在以往数千年中，人类所使用的金属或合金都是晶态结构的材料，其原子三维空间内作有序排列、形成周期性的点阵结构。
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（Glassy Alloy），为了叙述方便，以下均称为非晶态合金。