非晶合金材料替代硅钢不再遥远
3月21日，在首届非晶电机技术发展与应用研讨会上，来自国内外相关领域的专家学者、企业代表围绕非晶电机技术发展与应用主题分析了非晶合金在电机应用中的独特优势，并剖析了其当前面临的技术问题成因，提出了解决问题的新思路、新方法，为非晶电机高质量发展助力。
用非晶合金制造的电机具有显著发展优势
根据已公开统计数据，电机用电量占社会所有用电量的50%，如果将所有电动机效率提高5%，则全年可节约电量达1806亿千瓦时。可以预见，电机增效降耗将带来巨大的社会效益和经济效应。而非晶合金作为一种新型软磁材料，具有优异的电磁性能(高磁导率、低损耗)。将非晶合金应用于电机铁芯来替代常规硅钢片材料，能够显著降低电机的铁耗，提高电机效率，节能效果显著，尤其对于铁耗占主要部分的高频电机应用场合，如电动车驱动电机、高速电主轴、航空发电机、舰船发电机和其他军事领域等，节能效果更好，具有广阔的应用前景。
会上，桂林电子科技大学教授唐成颖介绍，用非晶软磁材料作为铁芯材料制造的变压器比硅钢变压器空载节能60%～80%。其代替硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁芯、电机铁芯、电抗器、互感器、传感器等，可提高变压器效率、缩小体积、减轻重量、降低能耗。
沈阳工业大学教授佟文明在报告中也指出，目前，非晶电机产业化已取得初步进展。可见，我国同时具有非晶合金材料与稀土永磁材料的产业优势，发展非晶合金永磁电机符合国情，大有可为。他建议，非晶合金材料、非晶合金铁芯、高速高频永磁电机、控制系统技术和产业优势单位可联合开展攻关，推动非晶合金永磁电机发展。
除了自身具有电磁性能优势外，作为‘双绿色’软磁功能材料的非晶合金在生态环保方面的表现也颇为亮眼。佟文明认为，非晶电机性能优越，尤其在“双碳”战略背景下有很好的应用前景。Unique Transformer Technologies Ltd.联合创始人Iftah Ries介绍，其公司生产的非晶电机较传统电机减重40%，在更高效率的同时损耗降低超50%。他表示，如果把所有电机换为非晶电机，那么每年在全球可节约144太瓦时，相当于5500万吨二氧化碳，生态环境改善将非常明显。
中科院院士、中科院物理研究所研究员汪卫华在这次会议上明确指出，非晶合金有可能是助力突破“卡脖子”难题的软磁材料之一。而在两年前的非晶合金产业发展新态势研讨会上，中科院院士、南京大学教授都有为介绍了应用非晶软磁材料的自旋芯片具有非易失性、抗辐射性、高集成度、高运算速度、低功耗、长寿命等优点，并明确表达了对非晶软磁材料发展前景的看好，足见其发展潜力。
非晶合金电机产业通过多年探索，产业化取得一定进展。去年，国内有12家企业实现小批量供应，有约60万只非晶小电机在无人机、吸尘器、空气压缩机等领域得到应用。比亚迪、蔚来、长安等新能源汽车也在该领域建立相关研究部门。今年，新能源汽车（广汽埃安）发布非晶驱动电机，其优异性能引发业内广泛关注，极大地提振了产业发展信心。
“可以说，从专利布局、加工设备升级、多学科交叉及资本风投风向等角度看，非晶电机产业化已到‘临门一脚’，发展前景可期。
用于电机的非晶合金仍有难题需攻克
尽管非晶合金用于制造电机具有显著优势，但当前仍有需要重点关注的技术难题。
“在实践中，不是所有材料都能稳定形成非晶态。”汪卫华指出，非晶合金领域的“卡脖子”难题就是非晶形成能力（GFA），严重制约了非晶合金优异性能的发挥和应用。他同时也介绍道，通过原子制造可以实现非晶形成能力的稳定。
广东工业大学副校长王成勇指出，铁基非晶/纳米晶合金是电机转子/定子的理想材料，但存在明显的加工缺陷，如层压材料加工易产生毛刺和分层，表面质量差；热稳定性差，容易过度晶化；强度大、硬度高，刀具/工具磨损大等。
宁波海天驱动有限公司电机设计总监林井福明确指出，相比硅钢片，伺服电机用非晶合金材料需要在4方面提高。一是磁感偏低，导磁性能需要加强。虽然非晶合金铁耗为硅钢片的1/5～1/10，但磁感不够高，在高转矩输出时处于劣势，设计时磁路饱和程度不及硅钢片，需要提高磁感。二是加工困难、工艺成本高。非晶材料薄、硬、脆的物理性能导致其冲压加工困难、冲模磨损快，工艺成本高。三是磁滞伸缩系数大。非晶带材的磁滞伸缩系数是硅钢片的几倍，而且应力敏感；为保证磁性能，压紧力不宜过大，铁芯叠压系数低，相对硅钢片铁芯较为松散，易导致电机振动噪声偏大。高速电机转子表面用碳纤维或非导磁合金套筒以一定预紧力涨紧转子时，也会导致非晶材料磁性能的变化。四是目前暂无丰富、标准的材料B-H、B-P(多频率下)库，不利于电机设计工程师选型；暂无行业标准规范；上下游配套应用还不够成熟等。
同时，与会专家就非晶电机发展当前面临的问题提出了新思路，如是否可以利用冰冻辅助切削，降低切削温度，减少晶化？是否可以利用激光直接制造电机相关零件，实现铁基非晶电机装备全激光制造技术等，为破解发展难题提供了新解法。
