電機作為第二次工業(yè)革命的核心動力設備，在全球電量消耗中占據(jù)半壁江山，尤其在工業(yè)用電中占比高達70%。然而，電機在高頻運行下會導致鐵損劇增和效率下降，傳統(tǒng)硅鋼材料定子因此面臨挑戰(zhàn)。非晶合金，也稱為金屬玻璃，因其原子排列無序、各向同性和優(yōu)異的軟磁性能，成為替代硅鋼的新選擇。鐵基非晶合金相較于硅鋼，展現(xiàn)出高磁導率、低矯頑力、高電阻率及低損耗等優(yōu)勢，尤其在高速電機中可大幅降低鐵損。盡管非晶合金潛力巨大，但在電機應用中仍面臨飽和磁感應強度低、材料薄硬脆、加工難度大以及磁性能對應力敏感等技術(shù)難題。
非晶帶材雖具有優(yōu)良的軟磁性能，但加工成定子鐵心后性能會受到影響。因此，合適的加工工藝對非晶定子鐵心至關(guān)重要。
退火處理是關(guān)鍵步驟，旨在去除帶材中的內(nèi)應力以獲得更好的軟磁性能。等溫退火是一種廣泛應用的方法，但其對非晶帶材軟磁性能的提升有限。磁場退火通過在退火過程中施加磁場來提升非晶合金的軟磁性能，縱磁場退火和橫磁場退火都能降低非晶帶材損耗，增加飽和磁感應強度?？焖偻嘶鸺夹g(shù)在釋放應力的同時保留帶材的韌性，對非晶帶材的脆性影響較小。
浸膠固化是非晶電機定子制造過程中重要的一環(huán)，它既保證非晶鐵心的強度，也引入較大的應力。環(huán)氧樹脂因其優(yōu)良的粘結(jié)性能、低收縮率、穩(wěn)定性和絕緣性能而被廣泛使用。但環(huán)氧樹脂固化非晶鐵心時存在問題，如磁致伸縮系數(shù)較大導致的應力增加和粘度較高導致的浸潤不足。研究人員對環(huán)氧樹脂的力學性能、熱學性能和粘度進行研究，并開發(fā)出適用的環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑。低黏度的環(huán)氧樹脂的開發(fā)對非晶鐵心的固化非常重要。
機械加工包括銑削、鉆削、沖壓等，常用于金屬的加工。非晶合金的力學性能提高給加工帶來了困難，如刀具磨損、加工溫度高材料易晶化，以及應變硬化對磁性能的影響。模具沖壓成型可以解決加工過程中材料晶化的問題。電火花線切割適合加工非晶合金，具有成本低、可切割尺寸大等優(yōu)點。非晶合金的電火花加工效率相對較低，但電火花線切割加工是加工非晶合金最廣泛的方法。未來研究將集中在提高加工效率和加工精度上。
非晶電機的最新研究進展顯示，日本日立金屬、美國通用電氣、德國VAC等企業(yè)在非晶電機的研發(fā)、制造和應用方面具有較高水平。他們積極進行技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品升級，推出更高效、更可靠的非晶電機產(chǎn)品。日本學者Enomoto等使用高飽和磁感應強度的鐵基納米晶帶材代替非晶帶材，研發(fā)出的新型電機效率可達98.3%，比IE5非晶電機的效率提升約2%。英國學者Ismagilov等通過模塊化非晶定子拼接的方法研制出一臺高速永磁航空電機。德國卡爾斯魯厄理工學院Jing等設計并制造了一臺內(nèi)置式轉(zhuǎn)子高速永磁電機，其轉(zhuǎn)子由非晶合金制成，最高轉(zhuǎn)速可達125000r/min。瑞典學者Thorsson等通過激光熔覆FeSiCrBC非晶粉末以增材制造的方式生產(chǎn)出具有復雜結(jié)構(gòu)的非晶轉(zhuǎn)子。
國內(nèi)的非晶電機行業(yè)起步較晚，但在前人的努力下，發(fā)展水平與國際水平差距不大。國內(nèi)鋼鐵研究總院率先對非晶材料的力學特性、物理特性、化學特性和加工工藝進行了研究。安泰科技有限公司、青島云路先進材料技術(shù)股份有限公司以及沈陽工業(yè)大學等單位對非晶鐵心的加工及性能進行了大量研究并取得一定成果。安泰科技有限公司李山紅等將鐵基非晶、納米晶合金沖片成預定形狀，在經(jīng)過適當?shù)耐嘶鹛幚砗蠼z固化成定子鐵心，并與相同尺寸的硅鋼鐵心損耗進行了對比分析，發(fā)現(xiàn)非晶、納米晶鐵心相較于硅鋼鐵心損耗顯著降低。青島云路先進材料技術(shù)股份有限公司提出一種非晶鐵心新型沖壓設備及工藝，降低了非晶帶材的沖切力。沈陽工業(yè)大學對非晶電機損耗展開了大量的研究，提出損耗因子修正模型，分析了電機結(jié)構(gòu)和加工工藝對鐵心損耗的影響。
圖4 非晶電機鐵心沖壓設備示意圖
綜上所述，非晶合金在電機領(lǐng)域的應用正逐步克服技術(shù)難題，展現(xiàn)出巨大的潛力和優(yōu)勢。隨著技術(shù)的不斷突破，非晶合金有望為電機效率提升和節(jié)能減排貢獻更大力量。來源：節(jié)選自《非晶電機定子鐵心的制備工藝及最新研究進展》
非晶帶材雖具有優(yōu)良的軟磁性能，但加工成定子鐵心后性能會受到影響。因此，合適的加工工藝對非晶定子鐵心至關(guān)重要。
退火處理是關(guān)鍵步驟，旨在去除帶材中的內(nèi)應力以獲得更好的軟磁性能。等溫退火是一種廣泛應用的方法，但其對非晶帶材軟磁性能的提升有限。磁場退火通過在退火過程中施加磁場來提升非晶合金的軟磁性能，縱磁場退火和橫磁場退火都能降低非晶帶材損耗，增加飽和磁感應強度?？焖偻嘶鸺夹g(shù)在釋放應力的同時保留帶材的韌性，對非晶帶材的脆性影響較小。
浸膠固化是非晶電機定子制造過程中重要的一環(huán)，它既保證非晶鐵心的強度，也引入較大的應力。環(huán)氧樹脂因其優(yōu)良的粘結(jié)性能、低收縮率、穩(wěn)定性和絕緣性能而被廣泛使用。但環(huán)氧樹脂固化非晶鐵心時存在問題，如磁致伸縮系數(shù)較大導致的應力增加和粘度較高導致的浸潤不足。研究人員對環(huán)氧樹脂的力學性能、熱學性能和粘度進行研究，并開發(fā)出適用的環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑。低黏度的環(huán)氧樹脂的開發(fā)對非晶鐵心的固化非常重要。
機械加工包括銑削、鉆削、沖壓等，常用于金屬的加工。非晶合金的力學性能提高給加工帶來了困難，如刀具磨損、加工溫度高材料易晶化，以及應變硬化對磁性能的影響。模具沖壓成型可以解決加工過程中材料晶化的問題。電火花線切割適合加工非晶合金，具有成本低、可切割尺寸大等優(yōu)點。非晶合金的電火花加工效率相對較低，但電火花線切割加工是加工非晶合金最廣泛的方法。未來研究將集中在提高加工效率和加工精度上。
非晶電機的最新研究進展顯示，日本日立金屬、美國通用電氣、德國VAC等企業(yè)在非晶電機的研發(fā)、制造和應用方面具有較高水平。他們積極進行技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品升級，推出更高效、更可靠的非晶電機產(chǎn)品。日本學者Enomoto等使用高飽和磁感應強度的鐵基納米晶帶材代替非晶帶材，研發(fā)出的新型電機效率可達98.3%，比IE5非晶電機的效率提升約2%。英國學者Ismagilov等通過模塊化非晶定子拼接的方法研制出一臺高速永磁航空電機。德國卡爾斯魯厄理工學院Jing等設計并制造了一臺內(nèi)置式轉(zhuǎn)子高速永磁電機，其轉(zhuǎn)子由非晶合金制成，最高轉(zhuǎn)速可達125000r/min。瑞典學者Thorsson等通過激光熔覆FeSiCrBC非晶粉末以增材制造的方式生產(chǎn)出具有復雜結(jié)構(gòu)的非晶轉(zhuǎn)子。
國內(nèi)的非晶電機行業(yè)起步較晚，但在前人的努力下，發(fā)展水平與國際水平差距不大。國內(nèi)鋼鐵研究總院率先對非晶材料的力學特性、物理特性、化學特性和加工工藝進行了研究。安泰科技有限公司、青島云路先進材料技術(shù)股份有限公司以及沈陽工業(yè)大學等單位對非晶鐵心的加工及性能進行了大量研究并取得一定成果。安泰科技有限公司李山紅等將鐵基非晶、納米晶合金沖片成預定形狀，在經(jīng)過適當?shù)耐嘶鹛幚砗蠼z固化成定子鐵心，并與相同尺寸的硅鋼鐵心損耗進行了對比分析，發(fā)現(xiàn)非晶、納米晶鐵心相較于硅鋼鐵心損耗顯著降低。青島云路先進材料技術(shù)股份有限公司提出一種非晶鐵心新型沖壓設備及工藝，降低了非晶帶材的沖切力。沈陽工業(yè)大學對非晶電機損耗展開了大量的研究，提出損耗因子修正模型，分析了電機結(jié)構(gòu)和加工工藝對鐵心損耗的影響。
圖4 非晶電機鐵心沖壓設備示意圖
綜上所述，非晶合金在電機領(lǐng)域的應用正逐步克服技術(shù)難題，展現(xiàn)出巨大的潛力和優(yōu)勢。隨著技術(shù)的不斷突破，非晶合金有望為電機效率提升和節(jié)能減排貢獻更大力量。來源：節(jié)選自《非晶電機定子鐵心的制備工藝及最新研究進展》
