五种高性能核心材料

五种高性能核心材料

高性能铁心材料的出现，提升了电机、变压器等设备性能，促进了新能源汽车、光伏储能等新兴产业的发展。除非晶合金外，常用的高性能铁心材料还有6.5%硅钢、钴铁、镍铁、金属软磁粉芯等。

铁芯材质：非晶合金

与传统硅钢片电机相比，非晶合金电机在功率密度和能效方面具有显著优势。从材料本身来看，非晶合金密度更低、体积更小、重量更轻。从磁性能来看，非晶合金具有高磁导率、高电阻率、低损耗、低矫顽力等特点。

这意味着在同样的功率和转速下，非晶合金电机体积更小、重量更轻。在中高频应用中，非晶合金的铁损仅为普通硅钢片的1/8到1/10左右，而且这种趋势在更高频率下更加明显。采用非晶合金的电机纳米晶磁芯可实现高达12kW/kg的功率密度，同时降低铁芯损耗50%，有效降低电机能量损耗。

然而，非晶合金材料脆硬的物理特性使其对加工工艺非常敏感，很难将非晶合金加工成复杂的形状，这对非晶合金材料的产业化带来了挑战。

6.5%硅钢

随着硅含量的增加，硅钢的磁致伸缩系数减小，铁损减小，磁导率增大。当硅含量达到6.5%时，硅钢的磁导率达到最大值，表现出优良的磁性能。但6.5%硅钢脆性大，加工性能差，难以制成复杂的形状。从应用方面看，6.5%硅钢是高频电机理想的铁心材料。

钴铁

钴与铁形成合金，在室温下达到极高的饱和磁化强度。然而，钴铁通常由于钴含量高而价格昂贵。典型的应用包括航空发动机、油田发动机以及赛车运动中的专用电动和混合动力系统。

镍铁

它主要由镍和铁组成。此外，它还含有其他元素，例如铬、硅、硫、磷和碳。镍铁的主要优点是磁导率高，矫顽力低。它的局限性是饱和度和最大磁通密度低。镍铁主要用于低损耗电机，例如航空航天中需要低损耗的电机。

金属软磁粉

磁性粒子均匀分散于非磁性介质中，可降低高频涡流损耗，提高应用频率，具有密度低、重量轻、生产效率高、成本低、产品一致性好等优点。但由于磁性粒子被非磁性材料隔开，造成部分磁路中断。目前，轴向磁通电机的定子材料可采用金属软磁粉芯。

总体来看，通过优化合金配方、改进制备工艺、控制晶粒结构等方法，可以提高铁心材料的磁性能，降低磁滞和涡流损耗，从而提高电机效率和功率密度。随着电机技术的不断进步，高性能铁心材料的应用将越来越广泛。