非晶和纳米晶材料通常属于软磁材料，而不是传统意义上的永磁材料。它们与钕铁硼、钐钴和铁氧体永磁体的主要区别在于：永磁材料需要较高的矫顽力以保持磁性，而非晶和纳米晶软磁材料追求较低矫顽力、较高磁导率和较低交流损耗。
非晶和纳米晶材料广泛应用于高频变压器、共模电感、电流传感器、电抗器、逆变器和新能源汽车电力电子系统。材料的磁性能并非固定不变，而会受到成分、冷却速度、热处理、应力、频率和温度等多种因素影响。
一、非晶和纳米晶材料的结构差异
传统晶态金属内部的原子按照一定规律排列，并形成具有明确晶界的晶粒。非晶合金通过快速凝固抑制晶体形核与长大，使原子保持长程无序状态。
由于非晶结构中没有传统晶粒和晶界，磁畴运动受到的局部阻碍可以得到控制，从而形成较低矫顽力和较好的软磁性能。
纳米晶材料通常先制成非晶带材，再通过受控退火析出尺寸较小、分布均匀的纳米级晶粒。当晶粒尺寸低于铁磁交换作用的特征尺度时，不同晶粒的磁晶各向异性可以在一定程度上相互平均，从而获得较低矫顽力和较高磁导率。
我们提供铁基非晶带材和铁基纳米晶带材。其中，1K107B纳米晶带材的参考饱和磁感应强度为1.2 T、矫顽力低于20 A/m，厚度范围为12—27 μm；铁基非晶带材的参考饱和磁感应强度为1.56 T。具体性能仍应以实际牌号和测试条件为准。
二、哪些因素会引起磁性能变化？
1. 合金成分
铁含量、类金属元素以及铜、铌等微量元素会影响合金的非晶形成能力、晶化温度和纳米晶析出行为。成分发生偏差时，带材可能出现局部晶化、脆性增加或磁性能波动。
提高铁含量通常有利于获得较高饱和磁感应强度，但也可能增加非晶形成难度。因此，材料设计需要在饱和磁感、热稳定性和软磁性能之间取得平衡。
2. 快速凝固质量
非晶带材通常采用快速凝固工艺制备。熔体温度、喷嘴间隙、冷却辊速度和带材张力会影响厚度、表面质量和非晶化程度。
如果冷却速度不足，材料中可能出现不需要的晶态相；如果带材厚度波动明显，制成磁芯后各区域的磁通密度和损耗也可能不一致。
3. 热处理制度
纳米晶材料的性能高度依赖退火温度、保温时间、升降温速度和保护气氛。温度过低时，纳米晶相析出不足；温度过高或保温时间过长时，晶粒可能过度长大，导致矫顽力和损耗增加。
在磁场中进行退火，还可以诱导特定方向的磁各向异性，从而调整磁芯的磁滞回线、磁导率和直流偏置特性。
4. 加工与装配应力
带材卷绕、冲压、切割、夹紧、树脂固化和外壳装配都会引入应力。由于磁弹性效应，残余应力可能限制磁畴壁移动，使矫顽力上升、磁导率下降。
如果封装材料的热膨胀系数与磁芯差异过大，温度变化时也可能形成附加应力。因此，磁芯固定不应只追求机械强度，还要控制固化收缩和装配压力。
5. 工作频率与磁通密度
材料损耗主要包括磁滞损耗、涡流损耗和附加损耗。随着频率和磁通密度提高，总损耗通常增加。
非晶和纳米晶带材厚度较小、电阻率相对较高，有利于抑制涡流，但并不意味着在任何频率和磁通密度下都保持低损耗。磁致伸缩与畴壁运动也可能对附加损耗产生影响。
三、非晶与纳米晶材料性能对比
| 对比项目 | 铁基非晶材料 | 铁基纳米晶材料 |
| 典型组织 | 长程无序的非晶结构 | 非晶基体中分布纳米级晶粒 |
| 饱和磁感应强度 | 通常较高 | 根据成分不同，一般为中高水平 |
| 矫顽力 | 较低 | 可达到很低水平 |
| 磁导率 | 较高 | 通常更高且更易调节 |
| 高频损耗 | 较低 | 在适当频段内通常更低 |
| 热处理作用 | 消除应力、稳定结构 | 控制晶化、晶粒尺寸和各向异性 |
| 主要应用 | 配电变压器、电抗器、磁屏蔽 | 高频变压器、共模电感、传感器 |
| 主要风险 | 局部晶化、带材脆化、残余应力 | 过度晶化、晶粒长大、退火不均 |
四、如何优化磁性能？
首先，需要稳定原材料成分和快速凝固过程，控制带材厚度、表面缺陷及非晶化程度。其次，应针对具体牌号设计退火曲线，通过实验确定合适的温度和保温时间，而不能简单追求更高的热处理温度。
对于需要特定磁滞回线的磁芯，可以采用纵向、横向或其他受控磁场退火方式。对于封装磁芯，应选择固化收缩较小、热膨胀特性合适的树脂，并控制夹紧力。
成品检测应包括矫顽力、磁导率、饱和磁感应强度、不同频率下的损耗、温升和绝缘性能。测试时还应统一频率、波形、磁通密度和温度，因为脱离测试条件比较损耗数据并不科学。
我们金力的产品体系包括铁基非晶与纳米晶带材，也覆盖烧结钕铁硼、钐铁氮、钐钴、铁氧体和磁组件。实际选材时，应先区分产品需要保持稳定磁场，还是需要快速、低损耗地响应交变磁场，再决定使用永磁材料或软磁材料。
