2025 年 5 月 16 日，一项由多国科研人员合作完成的关于 FeSiB 非晶合金铁芯磁特性的研究成果在《Materials》期刊发表（DOI: 10.3390/ma18102325）。该研究通过实验与有限元模拟相结合的方式，系统探究了 FeSiB 非晶合金的磁特性及其对电机性能的影响，为非晶 / 纳米晶电机的设计与开发提供了重要理论依据。
在全球 “碳达峰、碳中和” 的大背景下，作为电力消耗的主要设备之一，电机的节能降耗成为各国关注的焦点。铁芯损耗（Pcm）是电机能量耗散的主要来源，而定子材料是影响铁芯损耗的关键因素，因此优化软磁材料至关重要。
传统电工钢虽因成本较低、饱和磁化强度较高等特点在变压器和电机等领域广泛应用，但因其固有电阻率较低，在高频下铁芯损耗较大。与之不同的是，铁基非晶软磁合金凭借在高频下的低损耗特性，在电机和变压器等领域展现出广阔的应用前景，引发了学术界和工业界的高度关注。
该研究选用典型的 FeSiB 非晶合金与硅钢作为定子材料进行对比。研究人员对商用 Fe80Si9B11（原子百分比）非晶带材进行了不同条件的退火处理，并对其微观结构、热行为和磁性能展开了深入研究。
实验发现，FeSiB 铁芯的铁芯损耗在加热过程中先显著降低，随后随着温度的进一步升高而增加。特别值得一提的是，在 460℃下退火 10 分钟后，FeSiB 铁芯表现出最低的铁芯损耗，在 50Hz、1T 条件下为 0.11W/kg，在 1kHz、1T 条件下为 5.45W/kg，这与磁化强度的变化密切相关。
通过 X 射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）分析可知，在 460℃退火 10 分钟的 FeSiB 合金的非晶基体上可观察到少量纳米晶体，呈现出轻微的结晶化，这种微观结构有助于优化合金的磁软性能。同时，该条件下处理的非晶铁芯还具有 1.54T 的高磁通密度，能保证电机等电子设备具有较高的磁响应和能量效率。
模拟结果显示，与典型硅钢（50WW270）电机相比，FeSiB 电机铁芯损耗的降低主要归因于定子损耗，而定子损耗又最终取决于软磁材料的微观结构和磁性能。FeSiB 非晶铁芯电机的铁芯损耗仅为硅钢电机的 1/10 至 1/14，这一显著优势对电力电子设备至关重要。
此外，研究还对电机的磁通密度云和电磁扭矩进行了对比分析。结果表明，FeSiB 非晶合金和硅钢材料都有助于提高电机的响应速度。采用 460℃退火处理的 FeSiB 非晶铁芯的电机表现出稳定的电磁扭矩（2.16N・m），且扭矩波动较小（3.41%），低于硅钢电机的 3.7%。较小的扭矩波动可减少电机运行过程中产生的噪音和振动，从而提高电机的运行稳定性。
综上所述，这项研究通过实验和有限元模拟充分揭示了定子材料优化的重要性，为非晶 / 纳米晶电机的设计与开发提供了坚实的理论基础，有望推动高效、低耗电机的进一步发展，为全球能源节约和减排事业做出重要贡献。
论文链接：https://doi.org/10.3390/ma18102325
