铁基非晶合金的特性是具有高的饱和磁感应强度值(1.56T)，其磁导率、铁损和激磁电流都优于硅钢片材料；铁损低是其特别突出的优势（为取向硅钢片的1/3~1/5），见表3所列，因而可以替代传统的硅钢片材料制造多种规格、尺寸的环形与开口铁心、C型铁心，CD型铁心等等，被广泛地用作配电变压器铁心，频率低于10kHz的各种主变压器铁心、电抗器及电感器、互感器铁心等等。
表 3  配电变压器用铁基非晶合金与硅钢的损耗比较
铁心材料 100kVA 50kVA 30kVA
 空载 负载 空载 负载 空载 负载
Fe基非晶 122 1772 68 849 44 584
S7型硅钢 320  190  150 
73型硅钢 540 1870 350 960 240 640

铁基纳米晶合金是利用制作非晶带材的工艺，首先得到非晶态结构的材料，然后经过适当的热处理产生纳米晶弥散分布的组织结构，这便得到了优异的综合磁性能。铁基纳米晶优异软磁性能的机理尚未完全清楚，但普遍认为是由于存在如下两个关键因素：①晶粒尺寸细小，使局部区域各向异性变小；②磁致伸缩系数低于铁基非晶合金。磁致伸缩系数变小与它们的主相含Si，B的bccFe固溶体有关。当晶粒尺寸达到纳米量级而小于交换长度Lex时，这些无规则取向的小晶粒磁晶各向异性将被平均，从而表现出很低的有效各向异性(K)。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，则导致(K)变小，而合金的起始磁导率μi=PμJS2/μo(K)，(K)值越小，μi值越大，矫顽力Hc正比于Dn（n=6，2），D值小，Hc就小。[#page#]
铁镍基非晶合金材料具有中等的饱和磁感应强度(0.75T)，较高的初始磁导率和很高的最大磁导率，并且经过在磁场中退火处理后可以得很好的矩形磁滞回线。铁镍基非晶合金是国内开发最早、用量最大的非晶合金。现已广泛应用于漏电保护开关零序电流互感器。
钴基非晶合金的饱和磁致伸缩系数接近于零，对应力不敏感，具有优良的软磁性能，如极高的初始磁导率（120000，10kHz以下时）和最大磁导率(1000000)，很低的矫顽力和高频损耗，同时也具有很高的机械强度，很好的韧性及耐磨性，是非晶材料系列中性能最优、价格最高的合金材料，其应用领域与高镍坡莫合金相对应。这种材料经过纵向磁场热处理后的矩形比可达0.95，广泛应用于磁放大器、可饱和扼流圈及尖峰抑制器等。经过横向磁场热处理后可获得高的初始磁导率，用其制作的小尺寸环型磁心(φ9.8/6.5/4.5)大量地应用于ISDN信号转换器及电流补偿抵制器。此外，钴基非晶合金尤其适合用于高频(50kHz~200kHz)的开关电源和脉冲变压器，军工及航空航天器用的电源均趋向于采用钴基非晶合金铁心替代铁氧体磁心，因为它们可以做到尺寸小、重量轻、性能高、温度稳定性好。现在我们将这些合金材料的性能与优缺点作些比较：硅钢和Fe-Al-Si材料具有高的饱和磁感应强度Bs，但它的有效磁导率值低、损耗大、特别是在高频频率时的损耗更大；坡莫合金具有高磁导率、低矫无力和损耗，磁性能稳定等优点，但其Bs值不够高，应力敏感性大，频率大于20kHz时的损耗和有效磁导率不理想，加工和热处理工艺复杂且价格比较昂贵；钴基非晶合金的缺点在于Bs值低且价格昂贵；铁镍基非晶合金的Bs值低且初始磁导率不够高；而具有高Bs值、低价位的铁基非晶合金则由于其有效磁导率较低而限制了它们的应用范围。但铁基纳米晶具有优良的综合软磁性能，如初始磁导率高（60000以上），矫顽力低（接近于高镍坡莫合金及钴基非晶的水平），饱和磁感应强度值较高(1.25T)，高频损耗在100kHz以下时低于坡莫合金与铁氧体，热处理工艺简单，铁基纳米晶材料是目前最理想的廉价高性能软磁材料。
3 非晶纳米晶软磁合金材料的主要应用范围
3.1 配电变压器
配电变压器需要具有高的能量传输效率，因为它们在整个配电系统中，无论是轻载还是空载条件下的损耗都较大，所以，世界各国的变压器厂商都在寻找单位重量损耗较低的材料。
在电力工业中，新型高效硅钢铁心的损耗比普通硅钢铁心低50%左右，而铁基非晶合金比目前使用的最优晶体取向硅钢的铁心损耗要减少70%~75%。而且，这种铁心的性能稳定，据报道称，美国采用铁基非晶作铁心的变压器，使用了十多年，其性能没有明显变化，非常可靠。但是，由于非晶带材的厚度只有0.025mm，是硅钢片的1/10，故非晶铁心的叠片系数一般为0.7~0.8，而硅钢片可达0.95以上，因此，对于相同横截面积的铁心柱而言，非晶变压器的铁心、线圈和油箱尺寸都要比硅钢铁心变压器大。此外，铁基非晶材料受力敏感、脆性大、可加工性差，对大批量生产变压器比较困难。
3.2 开关电源
从非晶合金材料的带厚和电阻率等方面的特性看，它的最佳应用频率范围是kHz频带。由于这个频带与开关电源采用的频带一致，所以开关电源中使用的磁心器件很乐意采用非晶合金材料。
开关电源中使用的磁性器件较多，典型的线路图如图3所示。其中常用软磁材料的器件是：作为开关电源核心部件的主变压器（高频功率变压器）、电流互感器、驱动变压器、控制功率变压器、共模扼流圈、高频磁放大器、滤波阻流圈、尖峰信号抑制器等等。它们存在不同的性能要求。有个实例：某军工产品的开关电源变压器参数是P=22kW，u1=220V，n=48匝，f=30kHz。这个高频大功率开关变压器的频率较高，传统做法是选择铁氧体材料做磁心，但实践证明，其波形不能维持平顶，达不到足够的平均功率，变压器的效率低。因为其磁导率μ值较低，以致使变压器的线匝数过多，影响了波形，增大了体积。也曾选用过坡莫合金材料作铁心，但其在30kHz频率时的铁损太大，使变压器温升过高，造成所在整机无法正常工作。为此，该变压器选用了纳米晶合金作变压器，成功地解决了波形、损耗和体积三方面的难题。其指标参数见表4。从表中可见，铁氧体材料由于其μ值低而造成变压器的效率只有50%；坡莫合金的温升高损耗大，而超微晶材料较好地满足了该变压器的技术指标要求。
表 4  开关电源主变压器铁心性能
金属类型 效率(%) 温升(℃) 体积(cm3) 重量(kg)
铁氧体 50 50 1785 5.5
坡莫合金 60 >120 1592 5
超微晶合金 99 55 1450 5[#page#]

3.3 电力用电流互感器
电流互感器是一种专门用作变换电流的特种变压器。其主要用途是：传递信息给测量仪表、仪器或继电保护、控制设备。可根据互感器的准确级别及其它技术参数的要求，选择不同的软磁材料制作铁心，例如冷轧硅钢片、坡莫合金以及超微晶合金等。
电流互感器由铁心和初级、次级线圈组成。初级线圈串联于被测控的线路中组成一次回路；次级线圈与负载连接，组成二次回路。电流互感器应能准确地变换一、二次回路电流，才能保证测量数值的精确度。不同等级的互感器，国家标准文件中规定了不同的误差要求，如0.5、0.2、0.2S、0.1级等。电流互感器的误差包括电流误差（比值差）和相位差。其误差的大小除了受互感器的结构类型、一次安匝数、二次线圈阻抗与漏感等因素的影响外，铁心材料的磁性能也直接影响互感器的误差值。铁心的磁导率越高，损耗越低，则互感器的误差就越小。设计电流互感器铁心，最为关键的两个技术参数是材料的B-H曲线和损耗角曲线。对于超微晶合金材料，通过合适热处理工艺加工，可以使其相对初始磁导率μ0≥60000，同时使其损耗角曲线比较坡莫合金材料的曲线左移，从而满足高精度互感器对比值差和相位差的要求。鉴于电力电流互感器的工作特点，其设计制造中很重视材料的温度稳定性。对铁基纳米晶材料进行的温度稳定性研究发现，铁心的工作磁通密度低于8000G，温度低于120℃时，铁心的μ值随温度的升高而增加，这种特性有利于减小互感器的误差，这样，在实际工作时温度的变化不会影响电流互感器准确度。
一般情况下，大尺寸纳米晶合金环型铁心的初始磁导率在40000~60000左右，填充系数为0.68~0.75，比重为7.2g/cm3。在尺寸相同的条件下，电力电流互感器中应用的纳米晶合金铁心比坡莫合金铁心重量轻1/3。此外，由于纳米晶合金铁心的加工工艺简单，其铁心的单价比坡莫合金铁心便宜，总的价格可下降近一半，而且纳米晶合金铁心的性能更好，见图2及图3所示。它们很容易达到0.2S级。
3.4 中高频大功率C型铁心
我们知道，环型铁心具有很多优点，但其绕线困难。为了使匝数较多时方便绕线，于是开发了C型与CD型铁心。采用新的铁心切割工艺和低应力粘结剂固化技术制造的铁基非晶合金C型铁心具有高饱和磁感应强度、高ΔB、低矫顽力；在10kHz以下的频率使用时，铁心的损耗是硅钢片铁心的1/10，温升低并有优良的温度稳定性。这种铁心主要用于高压变压器、脉冲变压器、激光电源、X光电源、电镀电源、逆变焊机等的变压器铁心和电抗器铁心。其常用的规格尺寸见表5所示。
3.5 高频大功率逆变电源主变压器
为了探讨变压器所用铁心材料的选择，让我们首先列出变压器设计的常用公式：
η=P2/P1
P1=2.22Bi1SmSf×10-6
P2=P1-(Pc+Pm)
式中，B是工作磁感应强度，Sm为线圈的总铜截面积，S是铁心的有效截面积，f是工作频率，Pc为铁损，Pm为铜损，P1为初级功率，P2为输出功率。
用作电源变压器铁心的材料，通常要求其具有高的饱和磁感应强度、低铁损、高电阻率、带材薄以及高的磁导率。电源变压器作为能量传输器件，要有一定的功率输出和较高的效率。在铁心尺寸选定的情况下，工作磁感应强度越高，则工作频率f越高、输出功率越大。在保证相等功率输出的情况下，B和f增大，则可减少铁心的体积和重量。然而，B值和f值的增大则受到变压器损耗温升、功率因数和过载能力的限制。变压器铁心的总损耗中，铁损约占75%，而铁损中的涡流损耗又正比于B2、f2或材料的厚度，反比于材料的电阻率。所以，在要求铁心材料的B和f都高的条件下具有尽量狭窄陡立的磁滞回线和较高的电阻率，并且带材要薄。
以前，电源变压器铁心常使用的材料有冷轧晶粒取向硅钢片，IJ50坡莫合金以及铁氧体。后来开发的新型逆变弧焊机电源用单端变压器具有高频大功率的特点，故其要求主变压器具有低的高频损耗、高的饱和磁感应强度以及低的剩余磁感，这样可以获得大的工作磁感，使焊机的体积和重量减小。几年前，高频逆变焊机电源变压器的铁心材料常选用铁氧体材料。虽然铁氧体的电阻率高，而且具有低的高频损耗，但是，其温度稳定性差、工作磁感较低，变压器的体积和重量较大，故铁氧体铁心并不能符合新型弧焊机的要求。目前，由纳米晶合金材料制作的环型铁心，由于其具有高饱和磁感应强度、极低的损耗、高的磁导率、高的电阻率，而且厚度薄，被认为是20~50kHz高频大功率逆变电源变压器铁心的最佳材料。多年的实践证明，用纳米晶合金铁心制作的焊机，具有体积小、重量轻、引弧可靠、电弧稳定、飞溅极小、动态特性好、可靠性高、节省电能、效率达85%、整机噪声低、无振动、焊缝美观等优点。[#page#]
3.6 漏电保护器
漏电保护器的核心部分是零序电流互感器。而零序电流互感器在漏电保护器中是个能量传输元件，并用输出能量与输入电流的比值来表征互感器传输特性的优劣。在电工学中，互感器的传输特性β由下式表述：