摘要：  非晶化技术制备的铁基纳米晶软磁合金具有饱和磁感高、磁导率高、高频损耗低等优异的软磁特性，合金组织特征为晶粒尺寸为十几nm的主相为α-Fe(Si) 固溶体+剩余非晶相的双相组织；其制成磁性器件能大大促进电子产品的小型化、轻量化，在航天航空方面有着良好的应用前景。

关键字：  纳米晶合金，磁性能，产品应用

0 前言
非晶合金是20世纪70年代问世的一种新型金属材料，它采用先进的超急冷快淬技术，将液态金属以1×106/秒冷却速度形成厚度为0.02~0.04mm的固体薄带，得到原子排列组合上具有短程有序，长程无序特点的非晶组织特征，不具备传统合金材料的晶体结构，因此它具有与传统材料不同的性能特点，如优异的物理、化学和力学性能。尤其1988年日本 Yashizawa 教授等人又在非晶化的基础上发明了铁基纳米晶软磁合金材料，从而开创了软磁材料的新纪元。这种通过非晶组织经适当的晶化热处理获得的具有纳米晶粒（约10nm）bcc Fe(Si) 固溶体＋非晶的双相软磁合金组织，具有更优异的软磁性能，又由于铁基纳米晶软磁合金的带厚和电阻率决定其最佳应用频率范围是kHz频带，正好与高频开关电源频带相重合，所以与现代电力电子技术同步发展的开关电源技术广泛应用，促进了高频开关电源用非晶纳米晶合金磁性器件的研究开发应用，已研制成各种各样的铁芯器件广泛应用于电力工业、电子工业及电力电子领域，用作电流互感器和开关电源的变压器、电抗器、滤波器等，满足电子工业向高频、大电流、小型化、节能方向发展需要。
铁基纳米晶合金的“二高一低”的性能特点，即高的饱和磁感、高的初始磁导率和低的高频损耗，能很好的解决电子元器件的性能、体积和温升问题，使三者有机的结合起来。航空航天领域需要各种各样的电子产品如机载雷达、控制设备、遥控电源系统等，采用高频技术、使用高性能电子元器件将大大降低这些电子产品本身和所需电源的重量，给了铁基纳米晶合金材料一个应用的应用商机，本文介绍的应用只是铁基纳米晶合金在航空航天电子产品中的几个实例。
1 铁基纳米晶合金的性能特点及机理
非晶合金是由液态金属直接凝固形成的，其合金组织均匀、成份均匀，不具备传统金属磁性材料的晶体结构，所以非晶磁性材料具有优异的软磁性能。在非晶化的基础上形成的纳米晶软磁合金不仅具有非晶软磁合金的优异软磁特性，而且因其纳米组织效应而呈现出更良好的软磁特性、良好的温度及环境稳定性，其综合磁性能远远优于硅钢、铁氧体、坡莫合金等（见图1），作为高性能软磁材料替代传统的磁性材料广泛应用于电力电子工业，广泛地用作电子变压器、精密互感器、电感器及传感器等磁芯器件，大大提高这些磁性产品的技术性能，促进现代电子工业向高频、高效、小型、节能的方向发展。
铁基纳米晶软磁合金具有优异软磁性能的机理尚未完全清楚，但诸多学者研究认为下面两因素是关键因素，即晶粒尺寸细小，使局部域各向异性变小和磁致伸缩系数低于铁基非晶合金。磁致伸缩系数变小是与他们主相为含Si、B的bccFe固溶体有关；当晶粒大小达到纳米量级而小于交换长度Lex时，则这些无规则取向的小晶粒的磁晶各向异性将被平均而表现出很低的有效各向异性<K>，揭示了纳米晶软磁合金能具有优良软磁特性的重要原因。有效各向异性<K>值变小是由于有效各向异性<K>正比于Dn(n>1)，晶粒尺寸D减小，导致<K>变小，而合金起始磁导率μi=PμJs2/μ0<K>，<K>值越小，μi值越大，矫顽力Hc正比于Dn(n=6， 2)，D值小，Hc小。
2 铁基纳米晶合金在航天领域应用
航天领域应用的各种高频电源和控制电路中都需要电子变压器，一般来讲，电子变压器对其铁芯材料主要有以下要求：(1)高的饱和磁感；(2)尽可能低的高频损耗；(3)高的初始磁导率；(4)高的居里温度和良好的温度稳定性；(5)环境稳定性好，对应力不敏感；由于其应用场合的特殊性，初始磁导率高，损耗低，变压器转换效率就高，需要的起始电流小、能源消耗少，电子器件应用效果就好。表1列举几种航天电子产品用变压器铁心产品的应用实例，图2、3为该应用铁心产品的温度稳定性试验结果。
试验结果表明这些铁心产品的实测性能高于用户的使用性能要求，能满足磁性器件的使用需求；在-55~216℃温度范围内测试P0.5T/20kHz和磁导率μa的变化，表明铁心的性能符合军工电子产品-55~120℃的温度稳定性要求；铁心的耐冲击振动性能考核是采用制成所需的电子变压器等与其他组件一起考核方式进行，有的高达30G，虽然铁基纳米晶合金铁芯产品热处理后都很碎，但铁芯是装盒灌封或浸漆固化后使用，整体的磁性器件是具有良好的耐冲击振动性能，这些产品已在相关的军工产品获得成功应用。
3 铁基纳米晶合金在航空领域应用
铁基纳米晶合金在航空领域除用作电子变压器铁芯外，还广泛用作电感铁芯，一般来讲，电感铁芯在保证不饱和的前提下，电感量越大，滤波效果越好。依据公式：  L=0.4πμeN2Se/100×l(μH)，在一定的电感量L、绕线匝数N不变时，铁芯的有效磁导率μe越高，有效截面积Se越小。因而铁基纳米晶合金的电感器件具有以下性能特点：①有效磁导率高，电感量大，体积小；②矫顽力低，损耗低；③绕线匝数少，分布电容小；④高饱和磁感，饱和磁化强度大；⑤居里点高、温度稳定性好；⑥良好的频率特性。
根据某航空电子产品的使用要求，开发应用多种规格性能的铁基纳米晶系列铁心产品，广泛用作电源变压器、（脉冲）驱动变压器、可饱和电感、共模电感、滤波电感等磁性器件，大大提高了电子产品的性能，取得良好的应用效果。这些器件因其使用要求不同，需要采用不同的加工工艺和晶化热处理工艺来研制，如（脉冲）驱动变压器铁心要在横向磁场中进行晶化热处理，降低其剩余磁感应强度Br，保证△B=Bs-Br最大化；可饱和电感铁心要在纵向磁场中进行晶化热处理，提高其剩余磁感应强度Br，保证Br/Bs最大化；滤波电感的开口铁心需要在晶化热处理后，浸渍、固化、开口形成所需的开口铁心；滤波电感的磁粉心需要先将纳米晶合金带材制成粉末后，与粘结剂混合压制烧结成所需规格的磁粉心。有关应用实例见表2，电感类铁心产品的频率特性、温度稳定性可参见图4、5。这些高性能磁性产品的