非晶合金
關注創建者：Someone 創建時間：2017-03-01
非晶合金的實例教程
國內某非晶合金帶材公司年報獲悉，非晶合金帶材的毛利率可達100%甚至更高，在利用20多年的研發過程中不斷的向國家電網推薦使用非晶合金變壓器的好處。
非晶合金在微觀結構上具有短程有序，長程無序的特點，這和玻璃結構類似，非晶合金也因此被稱作“金屬玻璃”。這種無序結構決定了非晶合金具有許多獨特的性能，例如高強度、高硬度、良好的耐磨性和高耐腐蝕性等。因此，非晶合金在電子產品、體育用品、軍工材料、磁性材料、醫療器械和航空航天等領域均具有廣泛的應用前景。
20世紀80年代后期，日本東北大學Inoue教授課題組首次開發出了成分為Mg50Ni30La20的Mg基非晶合金，這種合金體系有較寬的過冷液相區(約為50K)和高的非晶形成能力。自此以后，Mg基非晶合金的研究正式拉開了序幕。2010年，Gu等制備出可用于生物醫學的Mg-Zn-Ca體系Mg基非晶合金，成為Mg基非晶合金的新的應用方向。
目前，Mg基非晶合金的研究體系已經從三元非晶合金發展到多元非晶合金，例如Mg-Cu-Ag-Ca，Mg-Cu-Ag-Y-Gd，Mg-Cu-Ag-Gd-Ni合金。現在的Ｍｇ基非晶合金的研究對象主要包括Mg-Zn-Ca和Mg-TM-RE(TM，過渡元素；RE，稀土元素)兩個典型體系。
（1）Mg基非晶合金的優勢
①Mg基非晶合金與鎂合金
圖1總結了幾種典型非晶合金的彈性模量與抗拉強度、維氏硬度之間的關系，并給出了一些傳統晶體合金的數據用來作為對比。
圖1:非晶合金與晶態合金彈性模量、抗拉強度及維氏硬度的對比
由圖1可知，非晶合金的抗拉強度和維氏硬度均與其彈性模量大致呈線性關系，三者在傳統晶體合金中同樣表現出相同的趨勢。不同的是，非晶合金線性關系的斜率明顯大于傳統的晶體合金。這表明非晶合金與傳統晶體合金的基本力學性能有著顯著的差異。
展開 非晶合金在工頻和中頻領域，正在和硅鋼競爭。非晶合金和硅鋼相比，有以下優缺點。
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非晶合金的飽和磁通密度Bs比硅鋼低。在同樣的Bm下，非晶合金的損耗比0.23mm厚的3％硅鋼小。
一般人認為損耗小的原因是非晶合金帶材厚度薄，電阻率高。這只是一個方面，更主要的原因是非晶合金是非晶態，原子排列是隨機的，不存在原子定向排列產生的磁晶各向異性，也不存在產生局部變形和成分偏移的晶粒邊界。因此，妨礙疇壁運動和磁矩轉動的能量壁壘非常小，具有前所未有的軟磁性，所以磁導率高，矯頑力小，損耗低。
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非晶合金退火溫度比硅鋼低。非晶合金退火溫度比硅鋼低，消耗能量小，而且非晶合金磁芯一般由專門生產廠制造。硅鋼磁芯一般由變壓器生產廠制造。
根據以上比較，只要達到一定生產規模，非晶合金在工頻范圍內的電子變壓器中將取代部分硅鋼市場。在400Hz至10kHz中頻范圍內，即使有新的硅鋼品種出現，非晶合金仍將會取代大部分0.15mm以下厚度的硅鋼市場。
值得注意的是，日本正在大力開發FeMB系非晶合金和納米晶合金，其Bs可達1.7～1.8T，而且損耗為現有FeSiB系非晶合金的50％以下，如果用于工頻電子變壓器，工作磁通密度達到1.5T以上，而損耗只有硅鋼工頻變壓器的10％～15％，將是硅鋼工頻變壓器的更有力的競爭者。
展開 非晶合金具有很多特殊的性質，其中在動力學方面具有明顯的“自銳性”，使其具有較強的侵徹與破壞能力。但由于非晶合金本身的無序結構、對溫度和應變速率的高敏感性，現有的材料模型及材料參數都很難較好地對其進行動力學模擬。
隨著越來越多具有新性質的材料出現，進行新的材料本構開發也慢慢成為研究方向之一。針對非晶合金，也有不少研究人員對其本構模型進行了探索。目前能較好描述非晶合金性能的本構模型，是李繼承博士基于Vit1合金開發的，其中考慮了材料的高強度、較高的溫度和應變速率敏感性、自由體積濃度的影響，并能在侵徹動力學過程中表現出明顯的“自銳性”和代表非晶另一典型特征的剪切帶。完整的本構方程如下所示：
本人基于LS-DYNA二次開發功能，使用上述本構模型編寫了非晶合金材料的用戶子程序，并實現了對非晶合金動力學過程的仿真模擬。如下是模擬非晶合金泰勒桿高速碰撞響應的部分效果圖。由于非晶模擬方面的資料和同仁較少，因此歡迎和大家一起交流進步！
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非晶合金的最新內容
但真正的 "技術黑馬" 當屬液態金屬（非晶合金）。這種材料仿佛為鉸鏈而生：某些鋯基非晶合金的抗拉強度能達到 2000MPa 以上，硬度遠超傳統金屬，更重要的是，它的彈性變形能力和疲勞性能極為出色。簡單來說，就是能在反復折疊中 "越用越耐用"，這正是折疊屏鉸鏈最需要的特質。
而鉸鏈的測試技術則是保障其可靠性的最后一道關卡。
應用新材料
? 超級銅線、軟磁復合材料、非晶合金和鐵鎳合金等先進材料在高轉速（超3萬轉）和高頻率（900赫茲以上）下各有優缺點。
? 若不考慮成本，鐵鎳合金在提升電機力矩特性方面表現出色，而非晶合金適合高轉速和大功率應用。
借鑒小米
? 小米采用了系統級電機設計方案優化。
https://doi.org/10.1038/s41467-024-48531-7
本文采用氣霧化法制備出Gd基非晶合金粉末，利用等溫吸氫方法開發出具有稀土氫化物-非晶合金基體雙相納米結構的復合材料，該材料展現出巨磁熱效應，在5T外場下最大磁熵變值為
18.7 J kg
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K
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，比吸氫前GdAlCo非晶合金大105.5%。
材料可以做為磁阻特性及較新的導磁材料，包含：</p><ul><li>如銅、黃銅、鋁等，這是可以使用MIM工藝制作的磁阻材料；</li><li>鈷鉻鉬合金(ASTM F75)是2018年起美國蘋果公司使用在手機后攝像鏡頭保護片的新材料，其導磁率高、無磁化特性、不易生銹，且硬度高，適合制作成薄件，但材料價格較為昂貴；</li><li>非金屬的鐵氧體包含錳鋅、鎳鋅鐵氧體，這些是用來作為電感元件的中芯材料；</li><li>最新的鐵系非晶合金也已經使用
對于結構金屬間化合物、非晶合金及亞穩金屬材料、新一代基礎金屬材料、新金屬功能材料基礎研究等領域的研究，通常使用有限元分析、數值模擬等算法，這些算法通常基于CPU多核。
對于材料制備新技術與新工藝基礎研究、合金設計與模擬等領域的研究，通常使用機器學習、數據挖掘等算法，這些算法通常基于CPU多核或GPU。
材料可以做為磁阻特性及較新的導磁材料，包含：
如銅、黃銅、鋁等，這是可以使用MIM 工藝制作的磁阻材料；
鈷鉻鉬合金(ASTM F75) 是2018 年起美國蘋果公司使用在手機后攝像鏡頭保護片的新材料，其導磁率高、無磁化特性、不易生銹，且硬度高，適合制作成薄件，但材料價格較為昂貴；
非金屬的鐵氧體包含錳鋅、鎳鋅鐵氧體，這些是用來作為電感元件的中芯材料；
最新的鐵系非晶合金也已經使用
數據來源：論文《非晶合金沖擊釋能的溫度表征研究》
按鐵芯的形式，變壓器可以分為芯式變壓器和非晶合金變壓器和殼式變壓器等等。
變壓器按照電壓的等級分，可以分為：1000KV,750KV,500KV,330KV,220KV,110KV,66KV,35KV,20KV,10KV,6KV等。
張哲［8］建立了考慮材料磁致伸縮特性的磁-機械耦合模型，相比于硅鋼片電機，非晶合金電機鐵心振動量更大，且磁致伸縮受應力影響程度更加明顯。張鵬寧等［9］從直流偏磁機理和振動噪聲基本原理著手，將電磁場、結構力場和聲場進行耦合計算完成直流偏磁下鐵心振動和噪聲問題的研究，分析了偏磁狀態下鐵心本體的振動情況，得到了一般性結論。
將非晶合金材料應用在電機定子鐵芯上，對其損耗和磁通密度脈動進行研究和分析，得知非晶合金定子電機損耗小于硅鋼片電機，磁通密度脈動穩定性好于硅鋼片。通過裝在概念車測試，非晶合金電機概念車的續航里程比硅鋼片電機的長，非晶合金電機的平穩性更好些。
