寬工藝化高Bs鐵基納米晶軟磁合金

所屬學(xué)院：新金屬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

合作方式：?整體轉(zhuǎn)讓 ?技術(shù)許可 ?作價(jià)入股 ?合作開發(fā) ?其它_____

成果簡介：

隨著我國“5G技術(shù)”和“新基建”的快速發(fā)展，要求變壓器向小型化和高效化發(fā)展。提高變壓的工作頻率是電源小型化和高效化的最有效解決方案，因?yàn)樽儔浩髦写判镜捏w積和重量與工作頻率（f）的平方根成反比。雖然f 的提高有利于變壓器的小型化和高效化，但也會(huì)顯著的增加磁芯的損耗。鐵基納米晶軟磁合金由于具有低的矯頑力、高的磁導(dǎo)率和高的電阻率被認(rèn)為是最具有競爭力的的綠色環(huán)保軟磁材料。

目前工業(yè)化生產(chǎn)的Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3（FINEMET）納米晶合金的Bs只有1.24T，限制了鐵芯最大工作磁通密度（Bmax）的進(jìn)一步提高，不利于電子元器件體積的進(jìn)一步減小，因此提高鐵基納米晶軟磁合金的Bs成為了科研工作者長期追求的目標(biāo)。雖然目前針對提高納米晶合金的Bs開展了大量的工作。但它們存在這幾方的問題：（1）非晶形成能力低；（2）升溫速率要求高，約300-400K/min；（3）退火時(shí)間窗口短，約5-10min。嚴(yán)重限制了其工業(yè)化應(yīng)用。

本團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新型Fe-B-P-C-Cu系納米晶軟磁合金，通過提高α-Fe相在晶化過程中的形核速率，利用α-Fe相形核和長大之間的相互競爭關(guān)系，降低了軟磁性能對升溫速率的敏感性；通過調(diào)整Cu3P元素團(tuán)簇的析出速率和長大速率，成功開發(fā)了退火時(shí)間長達(dá)60min，升溫速率低至20K/m的FeBPCCu合金。其在693K-723K退火時(shí)的最佳退火時(shí)間可以延長到60min，特別是在723K退火30min后合金具有最佳的綜合軟磁性能，Hc為7.0A/m，Bs為1.80T，μe為17000。

成熟程度及推廣應(yīng)用情況:

目前處于何種研發(fā)階段：?研發(fā)?小試?中試?小批量生產(chǎn)?產(chǎn)業(yè)化；樣機(jī)：?有?無其他：□如選擇“其他”，請說明：。

推廣應(yīng)用情況：目前已與洛陽中赫新材料電器設(shè)備有限公司開展了小規(guī)模的試產(chǎn)。

技術(shù)優(yōu)勢：

相對于目前已報(bào)到的高Bs鐵基納米晶軟磁合金而言，我們開發(fā)的Fe-B-P-C-Cu-Cr-N合金系具有以下幾方面的技術(shù)優(yōu)勢：（1）高的非晶形成能力；（2）寬的最佳退火溫度區(qū)間60K；（3）長的最佳退火時(shí)間60min；（4）低的升溫速率要求20K/min；（5）低的生產(chǎn)成本。

性能指標(biāo)：

飽和磁化強(qiáng)度Bs="1.80T，矯頑力Hc="8.0A/m，磁導(dǎo)率μe="17000，退火窗口：退火時(shí)長可到60min，升溫速率低至20K/min，退火溫度區(qū)間可達(dá)60K。

市場分析：

可轉(zhuǎn)移的重點(diǎn)行業(yè)包括：電力變壓器系統(tǒng)，電機(jī)系統(tǒng)，無線充電系統(tǒng)，家電行業(yè)等；重點(diǎn)公司：洛陽中赫新材料電器設(shè)備有限公司，安泰科技股份有限公司，青島云路新能源科儀有限公司；重點(diǎn)區(qū)域：中國。

經(jīng)濟(jì)效益分析：

相對于目前工業(yè)應(yīng)用的Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3（FINEMET），本項(xiàng)目的Fe-B-P-C-Cu合金因不含Nb元素，原材料成本可降低40%以上。本項(xiàng)目開發(fā)的材料可應(yīng)用的產(chǎn)品市場規(guī)模在數(shù)億元以上。

成果亮點(diǎn)：

1. 具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，研究成果已授權(quán)發(fā)明專利2項(xiàng)，申請5項(xiàng)。

2. 成果來源：自然基金項(xiàng)目“基因性團(tuán)簇變異增韌鐵基非晶納米晶合金的理論與方法”、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“特種軟磁合金設(shè)計(jì)及工程化集成技術(shù)開發(fā)”、企業(yè)橫向項(xiàng)目“新型鐵基非晶納米晶軟磁合金研制、開發(fā)和應(yīng)用”等。

3. 技術(shù)先進(jìn)性：國際先進(jìn)，成功解決了目前高Bs鐵基納米晶軟磁合金對退火升溫速率和保溫時(shí)間高敏感性的問題，滿足了目前工業(yè)化生產(chǎn)的需求。

團(tuán)隊(duì)簡介：

惠希東教授，長期從事非晶/納米晶軟磁材料的研究。為北京科技大學(xué)新金屬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員，博士生導(dǎo)師。中國金屬學(xué)會(huì)非晶合金分會(huì)副主任委員，中國材料研究學(xué)會(huì)凝固科學(xué)與技術(shù)副主任委員，中國材料研究學(xué)會(huì)金屬間化合物與非晶合金分會(huì)秘書長，曾榮獲北京科技大學(xué)師德先進(jìn)個(gè)人，教育部跨世紀(jì)優(yōu)秀人才，國務(wù)院政府特殊津貼專家。

2001年以來，先后主持了國家863計(jì)劃、國家973計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等10余項(xiàng)課題。曾榮獲國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)一項(xiàng)，國家科學(xué)技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，部級科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)3項(xiàng)。先后在Nature、PhyRev.Lett、Acta Mater等國內(nèi)外學(xué)術(shù)雜志上發(fā)表論文150余篇，其中被SCI收錄的論文120余篇，編著和參編了《塊體非晶合金》與《金屬材料學(xué)》等書籍，申請和獲得了國家發(fā)明專利30余項(xiàng)。

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