宽工艺化高Bs铁基纳米晶软磁合金

所属学院：新金属材料国家重点实验室

合作方式：☐整体转让 ☒技术许可 ☐作价入股 ☐合作开发 ☐其它_____

成果简介：

随着我国“5G技术”和“新基建”的快速发展，要求变压器向小型化和高效化发展。提高变压的工作频率是电源小型化和高效化的最有效解决方案，因为变压器中磁芯的体积和重量与工作频率（f）的平方根成反比。虽然f 的提高有利于变压器的小型化和高效化，但也会显著的增加磁芯的损耗。铁基纳米晶软磁合金由于具有低的矫顽力、高的磁导率和高的电阻率被认为是最具有竞争力的的绿色环保软磁材料。

目前工业化生产的Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3（FINEMET）纳米晶合金的Bs只有1.24T，限制了铁芯最大工作磁通密度（Bmax）的进一步提高，不利于电子元器件体积的进一步减小，因此提高铁基纳米晶软磁合金的Bs成为了科研工作者长期追求的目标。虽然目前针对提高纳米晶合金的Bs开展了大量的工作。但它们存在这几方的问题：（1）非晶形成能力低；（2）升温速率要求高，约300-400K/min；（3）退火时间窗口短，约5-10min。严重限制了其工业化应用。

本团队开发的新型Fe-B-P-C-Cu系纳米晶软磁合金，通过提高α-Fe相在晶化过程中的形核速率，利用α-Fe相形核和长大之间的相互竞争关系，降低了软磁性能对升温速率的敏感性；通过调整Cu3P元素团簇的析出速率和长大速率，成功开发了退火时间长达60min，升温速率低至20K/m的FeBPCCu合金。其在693K-723K退火时的最佳退火时间可以延长到60min，特别是在723K退火30min后合金具有最佳的综合软磁性能，Hc为7.0A/m，Bs为1.80T，μe为17000。

成熟程度及推广应用情况:

目前处于何种研发阶段：☐研发☐小试☒中试☐小批量生产☐产业化；样机：☐有☒无其他：□如选择“其他”，请说明：。

推广应用情况：目前已与洛阳中赫新材料电器设备有限公司开展了小规模的试产。

技术优势：

相对于目前已报到的高Bs铁基纳米晶软磁合金而言，我们开发的Fe-B-P-C-Cu-Cr-N合金系具有以下几方面的技术优势：（1）高的非晶形成能力；（2）宽的最佳退火温度区间60K；（3）长的最佳退火时间60min；（4）低的升温速率要求20K/min；（5）低的生产成本。

性能指标：

饱和磁化强度Bs="1.80T，矫顽力Hc="8.0A/m，磁导率μe="17000，退火窗口：退火时长可到60min，升温速率低至20K/min，退火温度区间可达60K。

市场分析：

可转移的重点行业包括：电力变压器系统，电机系统，无线充电系统，家电行业等；重点公司：洛阳中赫新材料电器设备有限公司，安泰科技股份有限公司，青岛云路新能源科仪有限公司；重点区域：中国。

经济效益分析：

相对于目前工业应用的Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3（FINEMET），本项目的Fe-B-P-C-Cu合金因不含Nb元素，原材料成本可降低40%以上。本项目开发的材料可应用的产品市场规模在数亿元以上。

成果亮点：

1. 具有自主知识产权，研究成果已授权发明专利2项，申请5项。

2. 成果来源：自然基金项目“基因性团簇变异增韧铁基非晶纳米晶合金的理论与方法”、国家重点研发计划项目“特种软磁合金设计及工程化集成技术开发”、企业横向项目“新型铁基非晶纳米晶软磁合金研制、开发和应用”等。

3. 技术先进性：国际先进，成功解决了目前高Bs铁基纳米晶软磁合金对退火升温速率和保温时间高敏感性的问题，满足了目前工业化生产的需求。

团队简介：

惠希东教授，长期从事非晶/纳米晶软磁材料的研究。为北京科技大学新金属材料国家重点实验室研究员，博士生导师。中国金属学会非晶合金分会副主任委员，中国材料研究学会凝固科学与技术副主任委员，中国材料研究学会金属间化合物与非晶合金分会秘书长，曾荣获北京科技大学师德先进个人，教育部跨世纪优秀人才，国务院政府特殊津贴专家。

2001年以来，先后主持了国家863计划、国家973计划、国家自然科学基金重点项目等10余项课题。曾荣获国家自然科学二等奖一项，国家科学技术发明二等奖1项，部级科技进步一等奖1项，省部级科技进步二等奖3项。先后在Nature、PhyRev.Lett、Acta Mater等国内外学术杂志上发表论文150余篇，其中被SCI收录的论文120余篇，编著和参编了《块体非晶合金》与《金属材料学》等书籍，申请和获得了国家发明专利30余项。

成果相关照片：

联系方式：

北京科大科技园

010-62333830,62335841,62335665,62333626