本報記者 趙萍
“2022年，六部門聯合發布的《工業能效提升計劃》提出到2025年新增高效節能電機占比達到70%以上的目標。在高效、高速、節能方面顯露獨特優勢的非晶材料，有望為電機產業帶來革命性發展機遇。”5月16日，中國電器工業協會非晶合金應用分會秘書長張華在第二屆全國非晶電機技術發展與應用研討會上介紹了非晶電機的發展現狀及8個發展方向，并為非晶電機產學研合作提出建議。
張華介紹，非晶合金是全生命周期綠色新型合金軟磁材料，具有使用節能、制造節能、回收節能的特點。非晶電機則是基于非晶合金材料制造而成，核心是由非晶鐵芯替代硅鋼鐵芯，比傳統硅鋼電機在能效提升、小型化和輕量化等方面具有明顯優勢。
當前，非晶電機行業市場規模不斷擴大，已成為電機行業的一個重要分支。我國非晶電機產業發展迅速，技術創新取得明顯成效，已有多項全球首發，如全球首個“納米晶-非晶”超效電機首次突破“大功率與小體積”不可兼得的技術難題，在最大功率達到260千瓦的情況下，電機重量僅為21.5千克，體積為2.65升，功率密度高達12千瓦/千克，領先于行業平均水平的6千瓦/千克，電機工況效率提升至97.5%，電機最高效率達到98.5%等。此外，全球首臺使用非晶電機的載人飛行汽車成功試飛，為解決交通擁堵問題提供新范式。
“非晶合金憑借高磁導率、高電阻率等優異電磁性能，應用于電機具有明顯發展優勢，尤其在高頻、高速應用場合，具有廣闊的發展前景。”隨后，張華介紹了非晶電機的8個主要發展方向。
一是非晶電機適用性材料的成分設計。他建議，可通過合金成分的調控和微觀結構的控制，改善非晶合金的導磁性能和穩定性，結合非晶電機特點開發出適用性材料。
二是非晶電機適用性材料的制備工藝。由于非晶態材料的制備過程較為復雜，需要采用特殊的制備技術和設備，如何制備出適合電機用的高性能、易加工材料是當前新課題。
三是非晶電機鐵芯的加工方式。目前，國內有兩條主要工藝路線，分別是線切割和沖壓，新加工方式包括激光加工、3D打印、過冷液相區壓鑄、粉末冶金、超聲成型等，但有待進一步進行可行性驗證。
四是非晶電機設計開發模型的建立。他介紹，非晶電機設計開發模型涉及電磁學、材料科學、力學等多領域，還需充分考慮非晶態材料的特性和制造工藝的限制，以確保設計的可實施性和可行性。
五是非晶電機的應用拓展。目前，除新能源汽車外，當前值得關注的領域有數據中心、飛行汽車、AI大模型、人形機器人、醫療電機、火箭發動機等。
六是非晶電機的檢測評價系統搭建。搭建非晶電機的檢測評價系統包括確定檢測參數(轉速、功率、效率、溫度、噪聲等)、選擇合適的儀器、設計檢測系統、開發數據采集與處理軟件等。
七是與競爭材料優勢互補開發。例如，可利用稀士永磁材料制造非晶電機的勵磁系統，提高磁場強度和效率；使用高溫超導材料制造非晶電機的繞組，提高功率輸出和能效等。
八是應用生態系統輔助材料開發。他介紹，涉及的輔助材料有磁性材料、絕緣材料、散熱材料、導電材料、結構材料等，具體有碳化硅控制系統、冷卻系統等。
“非晶電機產學研合作需要合作雙方充分發揮各自的優勢，通過資源共享、人才引進、技術交流等方式，實現合作共贏，共同推動非晶電機在相關領域的發展。”最后，張華對非晶電機產學研合作提出建議。
一是參與實際項目的研究。可加入或組建一個正在進行非晶電機研究的團隊或實驗室，積累實踐經驗，并尋求合作。
二是注重對知識產權的保護。可對于非晶電機的新發明、創新技術或獨特設計申請專利，也可在與合作伙伴進行交流或合作時簽署保密協議。
三是積極參與相關標準的制定、修訂。標準化可以促進非晶電機產業鏈協同發展，提高技術可靠性，并利于加速非晶電機的推廣應用。
《中國冶金報》（2024年05月22日 03版三版）
