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什么是合金材料？

合金材料是指由兩種或兩種以上的金屬或非金屬元素組成的材料。合金材料具有優異的力學性能、化學性能和物理性能，廣泛應用于各種工業領域。

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合金材料的分類

根據合金成分不同，合金材料可以分為以下幾類：

1. 合金鋼：以鐵為基本元素，通過加入適量的其他元素來提高其性能，如碳鋼、不銹鋼等。

2. 有色金屬合金：以銅、鋁、鎂、鋅、鉛等為基本元素，通過加入適量的其他元素來改善其性能，如黃銅、青銅、鋁合金等。3. 稀有金屬合金：以鎢、鉬、鈮、鈦等為基本元素，通過加入適量的其他元素來提高其性能，如鎢鉬合金、鈦鈮合金等。4.磁性合金：以鐵、鈷、鎳、鋁等為基本元素，通過加入適量的其他元素來調節其磁性性能，如永磁材料等。5. 特種合金：以鋼、銅、鋁、鎂等為基本元素，通過加入適量的其他元素來滿足特定的使用要求，如高溫合金、耐蝕合金等。

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合金材料的特點

合金材料具有以下幾個特點：

1. 高強度：合金材料中加入的其他元素可以增強基本元素的力學性能，從而提高合金材料的強度。

2. 耐磨性好：合金材料中加入的其他元素可以提高材料的硬度和耐磨性能。

3. 耐腐蝕性好：合金材料中加入的其他元素可以提高材料的耐腐蝕性能，延長材料的使用壽命。

4. 良好的導電性和導熱性：合金材料中加入的其他元素可以改善材料的導電性和導熱性能，使其具有更廣泛的應用領域。

5. 易于加工：合金材料中加入的其他元素可以改善材料的加工性能，使其易于加工和成型。

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磁性材料納米晶

磁性材料是指由過渡元素鐵、鈷、鎳及其合金等組成的能夠直接或間接產 生磁性的物質。實驗表明，任何物質在外磁場中都能夠或多或少地被磁化， 只是磁化的程度不同。根據物質在外磁場中表現出的特性，物質可分為五 類：順磁性物質，抗磁性物質，鐵磁性物質，亞鐵磁性物質，反鐵磁性物 質。

順磁性物質和抗磁性物質稱為弱磁性物質，鐵磁性物質、亞鐵磁性物質稱 為強磁性物質。通常所說的磁性材料一般是指強磁性物質。磁性材料按使 用可以分為：

永磁材料：又叫硬磁材料，是指難以磁化并且一旦磁化之后又難以退 磁的材料，其主要特點是具有高矯頑力，包括稀土永磁材料、金屬永 磁材料及永磁鐵氧體。

軟磁材料：可以用最小的外磁場實現最大的磁化強度，是具有低矯頑 力和高磁導率的磁性材料。軟磁材料易于磁化，也易于退磁。例如：軟磁鐵氧體、非晶納米晶合金。

功能磁性材料：主要有磁致伸縮材料、磁記錄材料、磁電阻材料、磁 泡材料、磁光材料以及磁性薄膜材料等。

永磁材料的主要磁性能指標：剩磁感應強度（Br）、矯頑力（Hcb）、內稟 矯頑力 （Hcj）、最大磁能積（BH）max。除磁性能外，永磁材料的物理 性能還包括密度、電導率、熱導率、熱膨脹系數等；機械性能則包括維氏 硬度、抗壓（拉）強度、沖擊韌性等。

剩磁感應強度（Br）：永磁材料在外磁場中充磁到飽和后，當外磁場為 零時，永磁材料所具有的磁感應強度值。此項指標數據直接關系著電 機中氣隙磁密的高低。磁感應強度值越高，電機的氣隙磁密將可能較 高，轉矩常數、反電勢系數等電機的主要指標將達到最佳值，電機的 電負荷和磁負荷的取值關系才可能最合理，效率才能達到最佳。矯頑力（Hcb）：永磁材料在飽和磁化的情況下，當剩磁感應強度 Br 降到零時所需要的反向磁場強度。此項指標與電機的抗退磁能力即過 載倍數和氣隙磁密等指標相關。Hc 值越大，電機的抗退磁能力越強， 過載倍數越大，對強退磁動態工作環境的適應能力越強。同時電機的 氣隙磁密也會有所提高。

磁性材料：磁性材料根據功能通常可劃分為：永磁（硬磁）材料、軟磁材料、功能性磁材。

磁性材料的性能指標：穩定性、抗退磁性、抗溫性

穩定性：主要參數是剩余磁化強度、最大磁能積，其值越高表示磁場強度越高，磁體越能保持磁性；

抗退磁性：主要參數為內稟矯頑力，其值越大代表磁體的抗退磁能力越強

抗溫性：主要參數為工作溫度和居里溫度，其值越高表示在高溫下磁材的性能更穩定。

軟磁材料：軟磁材料因具有磁電轉換的功能，廣泛應用于變壓器、電感電容、逆變器等領域，下游包含電力電網、新能源車、新能源發電、消費電子、5G通訊、家電等諸多行業。

常見的用于工業領域的電能轉換

軟磁材料的分類：

1、軟磁材料按材料成分分類：

金屬軟磁：最早使用，包括硅鋼、坡莫合金等。

鐵氧體軟磁：為以氧化鐵為主要成分的磁性氧化物，包括錳鋅系，鎳鋅系鐵氧體等。

非晶軟磁：主要包含鐵基、鐵鎳基、鈷基非晶材料、納米非晶材料等。

非晶合金生產工藝

納米晶軟磁：納米晶合金有時會被認為是非晶合金的一類，兩者的區分并不嚴格，但兩者實際有較大的區別。納米晶是在非晶態合金制備工藝之后，再經過高度控制的退火環節，形成的具有納米級微晶體和非晶混合組織結構的材料。

非晶與晶體結構微觀對比

納米晶軟磁相較前述三者具備更加優異的綜合性能：相較于非晶合金，可具有更高的飽和磁感應強度和初始磁導率，同時也更加適應小型化、集成化的發展趨勢，相較于鐵基非晶，損耗通常還可繼續降低，為高頻電力電子應用的理想材料。

2、軟磁材料按照產品形態分類

軟磁材料可分為合金類、粉芯類、鐵氧體類。

四、軟磁材料的對比

軟磁材料性能

鐵氧體、納米非晶等主要用于高頻電子電力元器件，包括各類電容、電感等，可應用于通信、家電、新能源車、無線充電等領域，納米晶合金在部分領域與鐵氧體形成直接競爭。

不同類型非晶合金性能及下游應用

納米晶合金較非晶合金整體具有更高的磁導率和更低的損耗，傳輸效率更高，體積更小，主要應用于中、高頻環境的電子磁性元器件，下游包括消費電子、新能源汽車、變頻家電、粒子加速器等領域。

隨著國家對“碳達峰”、“碳中和”整體規劃和目標的確定，以非晶合 金等材料制造的高效節能變壓器迎來戰略性的發展機遇和更寬廣的市 場空間。

納米晶合金是將含鐵、硅、硼、鈮、銅等元素的合金熔液，通過急速、高 精度冷卻技術，在非晶基礎上形成彌散、均勻納米島嶼結構的材料，具有 較高的飽和磁密、高初始磁導率和較低的高頻損耗等特性，廣泛應用于中、 高頻領域的能量傳輸與濾波。

納米晶超薄帶產品是制造電感、電子變壓器、互感器、傳感器、無線充電 模塊等磁性器件的優良材料，主要應用于消費電子、新能源發電、新能源 汽車、家電、粒子加速器等領域，滿足電力電子技術向大電流、高頻化、 小型輕量、節能等發展趨勢的要求，目前已在智能手機無線充電模塊、新 能源汽車電機等產品端實現規模化應用。

納米晶合金將加速替代鐵氧體軟磁。與鐵氧體軟磁材料、非晶軟磁材料等 材料相比，納米晶超薄帶因其高飽和磁度、低矯頑力、高初始磁導率等材 料特性可以縮小磁性器件體積、降低磁性器件損耗，屬于新型磁性材料， 綜合磁性性能更為優異。隨著技術進步對磁性材料的要求提高以及消費電 子、新能源汽車等新興市場領域需求的上升，納米晶超薄帶對傳統鐵氧體 材料有望逐步形成替代。

目前，亞太地區在全球磁性材料行業中處于中心地位，以 TDK、日立 金屬、日本戶田（Toda）等為代表的日本企業處于行業技術領先地位， 中國作為磁性材料的重要生產基地，近年來磁性材料行業迅速發展， 整體實力不斷增強。根據中國電子材料行業協會磁性材料分會，國內從事非晶納米晶軟磁 合金材料生產的企業約 250 多家，萬噸級企業約 10 家。

納米晶帶材的核心指標包括帶材寬度、厚度：帶材寬度決定材料的利用率和加工效率，帶材厚度直接影響材料的磁導率，在其他條件相同的情況下，厚度越薄，其材料在高頻條件下磁導率越高、損耗越低。

非晶合金作為新一代軟磁材料，具有高飽和磁感、低矯頑力、高磁導率、高電阻率等優異磁性能，主要用于制作變壓器鐵芯，納米晶合金在軟磁材料中綜合磁性能最優，適用于高頻電力電子元器件領域。非晶合金和納米晶合金可以在某些特定應用中替代硅鋼片作為電機的軟磁體，特別是在需要高效低損耗的高頻應用中。

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