如何提高非晶合金性能

⑴ 非晶合金變壓器有哪些優點缺點是什麼

非晶合金變壓器的優點：
1、超低損耗特性，省能源、用電效率高；
2、非晶金屬材料製造時使用較低能源以及其超低的損耗特性，可大幅節省電力消耗及減少電廠發電量，相對的減少CO₂、SO₂廢氣的排放，降低對環境污染及溫室效應，免保養，無污染；
3、運轉溫度低、絕緣老化慢、變壓器使用壽命長；
4、高超載能力，高機械強度；
5、非晶鐵心在通過較高頻率磁通時，仍具有低鐵損及低激磁電流的特性而不致產生鐵心飽和的問題，故以非晶鐵心製成的SCRBH15型非晶合金變壓器具有較好的耐諧波能力；
6、投資回收效益快。
缺點：
1、使電力系統短路電流增加。由於高、中壓繞組非晶合金變壓器兩者之間的電氣連接，它只與普通雙繞組變壓器短路阻抗的能力(1 k / 1)時代廣場，所以在使用非晶合金變壓器在電力系統，使三相短路電流顯著增加。和由於自耦合變壓器中性點必須直接接地，因此將使系統的單相短路電流大大增加，有時甚至超過三相短路電流。
2、在調節造成一些困難。主要是由於其高、中壓繞組電接觸引起的非晶合金變壓器可能的方式調節三個，第一個是安裝在非晶合金變壓器繞組分別與負載變化位置調節裝置;第二個是在高壓和中壓線路安裝額外的變壓器。和這三種方法不僅是製造困難，不經濟，有其缺陷以及在運行(如第三繞組電壓)的影響，解決方案並不理想。
3、復雜的繞組過電壓保護。由於高、中壓繞組非晶合金變壓器接觸，任何一方在振幅對應於閃電的繞組絕緣水平激增，另一邊的過電壓波幅度可能超出了絕緣等級。為了避免這種現象的發生，必須在高、中壓兩邊的出口端安裝一組閥型避雷器。
4、使繼電保護復雜。
非晶合金變壓器（amorphous alloy transformer）是二十世紀七十年代開發研製的一種節能型變壓器。非晶合金變壓器產品對於安全性、可靠性的要求特別高，具有典型的技術密集型特點。世界上最早研發非晶合金變壓器的國家是美國，當時由美國通用電氣（GE）公司承擔了非晶合金變壓器的研製項目。到上世紀八十年代末實現了商品化生產。由於使用了一種新的軟磁材料——非晶合金，非晶合金變壓器的性能超越了各類硅鋼變壓器。非晶合金變壓器兼具了節能性和經濟性，其顯著特點是空載損耗很低，符合國家產業政策和電網節能降耗的要求，是節能效果最為先進，使用成本也較為經濟的配電變壓器產品。

⑵ 非晶態合金的性能有哪些，未來有什麼研究方向

非晶態材料是目前材料科學中廣泛研究的一個新領域,也是一種發展迅速的新型材料。所謂的「非晶態」，是相對晶態而言的，是物質的另一種結構狀態。它不像晶態那樣是原子的有序結構，而是一種長程無序，短程有序的結構，有點類似金屬液體的結構。一些合金的非晶態賦予了它比晶態更優異的物理化學性能，使得非晶態材料的研究受到廣泛關注。
在非晶態合金中不存在晶態合金中所存在的晶界、位錯、扭曲等缺陷，使得其具有優異的機械、物理和化學性能，同時也使得非晶態合金展現出強大的生命力。 1、在機械性能方面，非晶態合金具有高強度、高硬度、高耐磨性、高疲勞抗力、屈服時完全塑性、無加工硬化現象。
非晶態合金具有極高的斷裂強度和屈服強度，如非晶態Fe基合金（Fe80P15C5，Fe72Ni8 P15C7）屈服強度在2000~3000MPa，斷裂強度約3000MPa，最高達4000MPa，可以用於製作飛機起落架。還可以通過改變成分及控制制備工藝條件等改善其力學性能，以獲得超高強度的合金。對於金屬材料，通常是高強度、高硬度而較脆，而非晶合金則兩者兼顧，它們不僅強度高，硬度高，而且韌性也較好。
非晶態合金在變形時無加工硬化現象。低溫時的塑性變形為不均勻變形，而高溫時顯示出均勻的粘滯性流動。非晶態金屬的動態性能也很好，它有高的疲勞壽命和良好的斷裂韌性。和非金屬玻璃的脆性斷裂不同，它的斷裂是通過高度局域化的切變變形實現的。許多非晶態金屬玻璃帶，即使將它們對折，也不會產生裂紋。 2、在化學性能方面，非晶態合金具有較好的耐腐蝕。
由於沒有晶粒和晶界，非晶態合金比晶態金屬更加耐腐蝕，非晶態耐蝕合金不僅在一般情況下不發生局部腐蝕，而且對於在特殊條件下誘發的點蝕與縫隙腐蝕也能抑制其發展。利用非晶態合金耐腐蝕的優點，可以製造耐蝕管道、電池電極、海底電纜屏蔽、磁分離介質及化學工業的催化劑，目前都已達到了實用階段，非晶態合金的耐蝕性還可用於長期在泥沙、水流中工作的水輪機上，將大大提高其使用壽命，減少維修費用。 3、在物理性能方面，非晶態合金具有良好的磁學性能以及光學性能。
非晶態合金具具有磁導率和飽和磁感應強度高，矯頑力和損耗低的特點。非晶態合金的磁性能實際上是迄今為止非晶態合金最主要的應用領域。目前，作為軟磁材料的非晶合金帶材已經實現產業化，並獲得了廣泛應用。在傳統電力工業中，非晶軟磁合金正逐漸取代硅鋼片，使配電變壓器的空載損耗降低60%~80% ，大大節約了能源消耗。
金屬材料的光學性能受原子的電子狀態所支配，某些非晶態金屬由於其特殊的電子狀態而具有十分優異的對太陽光能的吸收能力。所以利用某些非晶態材料能夠製造出相當理想的高效率的太陽能吸收器，目前應用較多的是非晶態材料為非晶硅。非晶硅太陽電池的應用市場有2個方面：一個是弱光電池市場，如計算器、手錶等熒光下工作的微功耗電子產品；二是電源及功率應用領域，如太陽能收音機、太陽帽、庭園燈、微波中繼站、航空航海信號燈、氣象監測及光伏水泵、戶用電源等。
可見，非晶態合金具有優良的性能，在受到廣泛研究的同時，也是漸漸用到我們生活的方方面面。但是主要還是集中在磁性材料這一塊的應用最廣。
1、 非晶合金帶材在軟磁材料中的應用
優異的磁學性能使非晶合金成為當今軟磁材料的首選材料，同時磁性材料是迄今為止非晶合金應用最成功的領域。在傳統電力工業中，非晶軟磁合金帶材正逐漸取代硅鋼片，是鐵基非晶合金除了居里溫度與飽和磁感外，鐵基非晶合金的各項性能（抗拉強度、硬度、最大磁導率、激磁功率密度等等）都大大優於冷軋硅鋼片，尤其是矯頑力大大小於冷軋硅鋼片，使得其磁致損耗遠低於冷軋硅鋼片，這就使得非晶鐵心電機的效率大大提高。
2、塊體非晶合金的應用 塊體非晶合金，又稱為大塊非晶合金，因其尺寸較大，打破了帶狀非晶合金和非晶粉末的尺寸限制，可以方便地製成各種機械零件，做為結構材料大規模使用，因而成為目前非晶合金領域研究最熱的方向。
例如非晶鋼，與傳統鋼材相比，大塊非晶鋼性能優異：其屈服強度是傳統高強鋼的2～3倍，在室溫下不具有鐵磁性，熱穩定性高(玻璃轉變溫度接近於或高於900K)，抗海水腐蝕能力強，因而可以用作未來海軍舟見船韻表面防護。由無磁非晶鋼所製造的船體，在反探測、抗打擊能力方面具有傳統鋼材無法比擬的優勢。
還有輕量化結構材料，鋁基非晶合金、鎂基非晶合金等低密度材料，強度和硬度都大大超過普通鋼鐵的材料。
更或者是在一些高檔用品中的使用，由塊體非晶合金製造的高爾夫球頭、滑雪板、棒球棒、滑冰用具有良好的強度，抗塑性變形能力。
3、 其他
非晶態合金對某些化學反應具有明顯的催化作用，可以用作化工催化劑；某些非晶態合金通過化學反應可以吸收和放出氫，可以用作儲氫材料
非晶合金因彈性極限大大高於普通晶態合金，加上優良的抗疲勞性能、高屈服強度等優點，成為精密儀器彈簧的首選材料

非晶態合金有著如此優良的性能，可以在很多領域帶來巨大的改變，但是同樣也存在著一些問題。非晶態合金帶材厚度寬度有限，產品尺寸受到限制。許多非晶態合金在500℃以下發生晶化，使得工作溫度有限，產品穩定性有限制。同時產品的生產成本費用也是一大問題。

⑶ 非晶帶材為什麼需要熱處理

非晶合金帶材的特點是：帶材非常薄，硬度大，機械加工控制難度大，且相關材料特性的離散性大。非晶合金鐵心的片間結構設計、使用條件設計、質量計算，都跟非晶合金帶材的厚度、疊片系數、平整度、硼含量有著密切的關系。鐵心的結構設計合理與否，不僅影響到生產製造技術，而且也影響到批量生產的效率、鐵心的質量穩定性等問題。因此，合理、優化的結構設計，是開發和推廣國產化非晶合金帶材鐵心的重要前提。
熱處理退火工藝是非晶合金鐵心整個製作過程中最關鍵也是最難控制的工序，涉及的工藝要素也最多，包括退火溫度點、升溫速度、降溫速度、保溫時間、氣氛保護、直流磁場大小、退火爐的爐況要求等。

(1)熱處理退火溫度
日立金屬公司非晶合金帶材2605SA1的硼元素含量在2．4％以下，鐵心最佳的最高常規熱處理退火溫度控制范圍在340～355℃，甚至可以更寬些。國產非晶合金帶材1K101-A1的硼含量在2．4％～2．5％，1K101-A2的硼含量在2．5％～2．6％，因此，鐵心的熱處理退火溫度適宜在370～380℃之間。由於非晶合金帶材經熱處理退火後呈脆性，退火溫度越高，材料脆性越強，因此，熱處理後的鐵心，在搬運、吊裝、儲存、運輸，以及變壓器裝配過程中容易形成碎片。如碎片控制不合理，這對變壓器運行是非常危險的。因此，適宜的鐵心退火溫度，不僅要保證消除鐵心的內在應力，恢復其磁特性，而且要能夠盡量降低非晶合金帶材的脆性，減少在鐵心後續操作中形成碎片的風險。試驗表明：國產非晶合金帶材鐵心最終的退火溫度控制在375～380℃為最佳。

(2)保溫時間
鐵心到達最佳退火溫度後，必要的保溫時間，對於調整鐵心磁性能，尤其是降低鐵心的激磁功率起關鍵作用。非晶合金鐵心的熱處理退火溫度、退火保溫時間和鐵心最終性能(單位空載損耗和單位激磁功率水平)的關系如圖1所示。單位空載損耗和單位激磁功率是鐵心的2個主要性能指標。單位空載損耗大小，決定著非晶變壓器最終的空載損耗是否能符合變壓器的空載損耗標准；而單位激磁功率的大小，會影響非晶合金變壓器運行時的雜訊水平。以目前對非晶合金鐵心熱處理退火工藝的研究，在整個退火過程中，經過最佳退火溫度後，鐵心的單位空載損耗隨著退火溫度的提高和退火時間的延長而增大，但單位激磁功率仍隨著退火溫度的提高和退火時間的延長而降低。而且，鐵心帶材的脆性，也是隨著退火時間的增加、退火溫度的提高而增大。因此，鐵心製造者必須根據用戶對鐵心性能的要求，選擇最佳的退火溫度和最適宜的保溫時間。
(3)氣氛保護
非晶合金帶材是鐵基的合金材料，鐵的成分佔了90％以上，因此，鐵心在高溫熱處理退火時很容易受溫度和濕度的影響而被氧化。鐵心表面被氧化後，除了表面有銹跡，更主要的是表面氧化層會導致鐵心的空載損耗明顯增大。因此，鐵心在整個熱處理退火過程中必須採用氣氛保護，減少和防止鐵心表面被氧化。與日立金屬公司的非晶合金帶材相比，根據現有的試驗數據，國產非晶合金帶材被氧化的程度更明顯。因此，國產非晶合金帶材鐵心在熱處理時更需加強氣氛保護。目前常用的工藝保護氣體為氮氣或氬氣，保護氣的純度可根據當地氣候環境、濕度情況等選擇。
(4)升溫和降溫速度
非晶合金鐵心的升溫速度和降溫速度，對鐵心性能也有著重要影響。由於鐵心在批量生產時都是多個裝載、批次性熱處理，所以，合理的升溫和降溫速度，不僅影響非晶合金鐵心的性能結果，而且也影響到生產效率和生產成本。升溫速度的快慢，會影響同爐次非晶合金鐵心的溫度離散性，也會影響到鐵心性能的離散性，升溫速度越快，離散性越大。對比國產和進口非晶合金帶材鐵心在升溫過程中的情況，進口非晶合金帶材鐵心在低溫段的溫度離散性較小，但到達高溫區時會增大；而國產非晶合金帶材鐵心在到達高溫區並接近最佳退火溫度點時的溫度離散性更小，幾乎可以控制在3℃之內。因此，在升溫階段，國產非晶合金帶材鐵心可以直接進行快速升溫，而進口非晶合金帶材鐵心需要採用消除溫差的工藝。降溫速度的快慢，也直接影響鐵心的內在性能。試驗證明：降溫速度快，對於降低鐵心的空載損耗是有益的，但同時會增大鐵心的激磁功率。因此，國產非晶合金帶材鐵心的最佳降溫速度，需根據熱處理設備的特點、鐵心最終所要達到的性能指標來選擇，這需要一定的經驗數據來支持，對於不同的鐵心製造者來說，這不會是唯一的。

(5)直流磁場
成型後的非晶合金鐵心，在退火時需附加直流磁場來改善其磁特性。其原理是：將非晶合金鐵心沿帶材長度方向放在磁場中，引起非晶合金帶材單軸各向異性的磁疇排列，以此獲得良好的磁疇取向。場強的大小，是改善非晶合金鐵心磁特性的關鍵。當採用的場強大於非晶合金鐵心材料磁性能的最小飽和值時，該磁場不會對鐵心最終的磁特性產生有益或有害影響。因此，鐵心退火時常用的場強與非晶合金材料磁性能的飽和值保持一致或略大即可。由於成分、電磁特性等不同，國產與進口非晶合金帶材鐵心退火時的場強有明顯差異。試驗表明：進口非晶合金帶材鐵心退火時的場強為800A／m，或磁場電流大小在500～800A，可保證退火時鐵心材料飽和；而國產非晶合金帶材鐵心退火時的場強需2000A／m左右，或磁場電流大小在1400A時可保證退火時鐵心材料飽和，才能達到最佳的退火效果。

⑷ 鐵基非晶合金的典型性能

表1 鐵基非晶合金的物理性能（國標牌號1K101）
飽和磁感應強度Bs 1.56T 硬度Hv> 960
居里溫度Tc 410°C 密度d 7.18g/cm3
晶化溫度Tx 550°C 電阻率r 130Wm-cm
飽和磁致伸縮系數ls 27´10-6 熱膨脹系數Dl/l
表2 鐵基非晶合金的典型磁性能
產品類型 橫向磁場退火 無磁場退火 縱向磁場退火
最大導磁率 >2x104 >20´104 >25´104
飽和磁感應強度 1.5 T 1.5 T 1.5 T
剩餘磁感應強度 <0.5 T 0.5－1.0 T 1.2 T
矯頑力 <4A/m <2.4 A/m <4A/m
損耗(50Hz, 1.4T) <0.2W/kg <0.13W/kg <0.3W/kg
損耗(400Hz, 1.2T) <1.8W/kg <1.25W/kg <2W/kg
損耗(8kHz, 1.0T) <80W/kg <60W/kg <100W/kg
鐵損變化率(-55°C －125°C) <15% <15% <15%
鐵損變化率(120°C&acute;200小時) <15% <15% <15%
註：上述數據為非晶帶材經過最佳熱處理後的磁性能，但並不代表鐵芯的最終性能。當帶材製造成鐵芯時，由於具體情況發生某些性能變化屬正常現象。
表3 鐵基非晶合金與硅鋼片的磁性能對比
性能指標 鐵基非晶合金 硅鋼
飽和磁感(T) 1.56 2.03
矯頑力(A/m) <4 <30
最大磁導率 (Gs/Os) 45×104 4×104
鐵損(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
疊片系數 >0.80 0.95
磁致伸縮(>&acute;10-6) 27 －
電阻率(>mW-cm) 130 45
比重(g/cm3) 7.18 7.65
晶化溫度(℃) 550 －
居里溫度(℃) 415 746
抗拉強度(Mpa) 1500 343
維氏硬度(HV) 900 181
厚度(μm) 30 300
鐵基非晶帶材常用磁性能曲線
產品規格
產品牌號 帶材寬度 mm 帶材厚度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 什麼是非晶合金變壓器缺點是什麼

非晶合金變壓器是一種低損耗、高能效的電力變壓器。此類變壓器以鐵基非晶態金屬作為鐵芯，由於該材料不具長程有序結構，其磁化及消磁均較一般磁性材料容易。

非晶合金變壓器的鐵損要比一般採用硅鋼作為鐵芯的傳統變壓器低70-80%。由於損耗降低，發電需求亦隨之下降，二氧化碳等溫室氣體排放亦相應減少。

基於能源供應和環保的因素，非晶合金變壓器在中國和印度等大型發展中國家得到大量採用。以若於配電網全面採用非晶合金變壓器的話，每年大約可節省25-30TWh發電量，以及減少2至3千萬噸二氧化碳排放。

(5)如何提高非晶合金性能擴展閱讀：

非晶合金鐵芯配電變壓器的最大優點是，空載損耗值特低。最終能否確保空載損耗值，是整個設計過程中所要考慮的核心問題。

當在產品結構布置時，除要考慮非晶合金鐵芯本身不受外力的作用外，同時在計算時還須精確合理選取非晶合金的特性參數。

利用導磁性能突出的非晶合金，來用作製造變壓器的鐵芯材料，最終能獲得很低的損耗值。但它具有許多特性，在設計和製造中是必須保證和考慮的。

⑹ 非晶態合金的特點

一種沒有原子三維周期性排列的金屬或合金固體。
它在超過幾個原子間距范圍以外，不具有長程有序的晶體點陣排列。
和普通晶態金屬與合金相比，非晶態金屬與合金具有較高的強度、良好的磁學性能和抗腐蝕性能等，通常又稱之為金屬玻璃或玻璃態合金。可部分替代硅鋼、玻莫合金和鐵氧體等軟磁材料，且綜合性能高於這些材料。
最早發現非晶合金的是1940年左右由美國科學家通過電解做出來的，後來美國另外一個科學家通過液體凝固做出了金-硅非晶合金。到上世紀七八十年代，許多的科學家研究非晶合金，但是一直沒有太大的進展，到1990年，我國留學生張濤在日本留學期間，發現了大塊非晶材料。從此，大塊非晶材料有了很快的發展，如今國內高校和科研機構對金屬非晶材料的研究比較多，科研成果也比較突出。
基於非晶金屬材料有很好的性能，大部分的研究是將大塊非晶如何應用於生產。但由於非晶合金的體系不是很完善，種類也不是很多，也有一大部分科研團隊在開發新的非晶態合金。

⑺ 什麼是非晶合金非晶合金的結構特徵非晶合金的性能特點

非晶合金是由超急冷凝固，合金凝固時原子來不及有序排列結晶，得到的固態合金是長程無序結構，沒有晶態合金的晶粒、晶界存在。這種非晶合金具有許多獨特的性能，由於它的性能優異、工藝簡單，從80年代開始成為國內外材料科學界的研究開發重點。鐵基非晶合金是由80%Fe及20%Si,B類金屬元素所構成,它具有高飽和磁感應強度（1.54T），磁導率、激磁電流和鐵損等各方面都優於硅鋼片的特點。
鐵基非晶合金(Fe-based amorphous alloys)
特別是鐵損低（為取向硅鋼片的1/3－1/5），代替硅鋼做配電變壓器可節能60－70%。鐵基非晶合金的帶材厚度為0.03mm左右，廣泛應用於配電變壓器、大功率開關電源、脈沖變壓器、磁放大器、中頻變壓器及逆變器鐵芯, 適合於10kHz 以下頻率使用
由於超急冷凝固，合金凝固時原子來不及有序排列結晶，得到的固態合金是長程無序結構，沒有晶態合金的晶粒、晶界存在，稱之為非晶合金，被稱為是冶金材料學的一項革命。這種非晶合金具有許多獨特的性能，如優異的磁性、耐蝕性、耐磨性、高的強度、硬度和韌性，高的電阻率和機電耦合性能等。由於它的性能優異、工藝簡單，從80年代開始成為國內外材料科學界的研究開發重點。
在以往數千年中，人類所使用的金屬或合金都是晶態結構的材料，其原子三維空間內作有序排列、形成周期性的點陣結構。
而非晶態金屬或合金是指物質從液態（或氣態）急速冷卻時，因來不及結晶而在室溫或低溫保留液態原子無序排列的凝聚狀態，其原子不再成長程有序、周期性和規則排列，而是出於一種長程無序排列狀態。具有鐵磁性的非晶態金合金又稱鐵磁性金屬玻璃或磁性玻璃（Glassy Alloy），為了敘述方便，以下均稱為非晶態合金。