具有高飽和磁化強度鐵基非晶納米晶軟磁合金及其制法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非晶納米晶合金材料，尤其是涉及一種具有高飽和磁化強度鐵基非晶納米晶軟磁合金及其制法。
【背景技術】
[0002]鐵基非晶和納米晶軟磁合金具有優(yōu)良的綜合軟磁性能，如高飽和磁感值、高導磁率、低矯頑力、低損耗、低激磁電流和良好的穩(wěn)定性等特點，可用于配電變壓器、中頻電源變壓器和開關電源變壓器的鐵芯、濾波電抗器、飽和電抗器、馬達定子以及磁傳感器等，是應用和研究最廣的非晶納米晶合金之一。
[0003]由于鐵基非晶納米晶合金的應用具有重大的經(jīng)濟意義和社會效益，數(shù)十年來有關非晶和納米晶合金的研究始終是材料和凝聚態(tài)物理領域內(nèi)的研究熱點。最引人注目的研究開始于1988年日立金屬公司的Yoshizawa等人發(fā)現(xiàn)的Fe-Cu-Nb-S1-B系合金。由于該系列合金具有獨特的納米晶結構和優(yōu)異的軟磁性能，引起了研究人員的廣發(fā)注意。經(jīng)過二十多年的研究，目前的納米晶軟磁合金主要包括三個合金體系，及FeCuMSiB (M = Nb, Ta，W等)系 Finemet 合金、FeMBCu (M = Zr, Hf, Nb 等)系 Nanoperm 合金以及 FeCoMCuB (M = Zr, Hf,Nb等)系Hitperm合金。其中，Nanoperm和Hitperm合金雖然飽和磁化強度較高,但軟磁綜合性能不及Finemet合金，同時還因為含有大量易氧化的貴金屬元素(如Zr、Nb、Co等)導致成本高且制備工藝復雜，并未得到真正的推廣應用。Finemet合金由于其較好的綜合軟磁性能以及較低的成本目前在許多領域得到廣泛的應用。然而其飽和磁感應強度相對較低(最高僅為1.4T，通常在1.2T左右)。這導致其與高飽和磁感應強度的硅鋼相比，在相同工作條件下應用時需要較大的體積，極大的限制其應用。為適應器件的輕量化、小型化發(fā)展的要求，對于新型高飽和磁感應強度、高磁導率、低損耗、良好高頻性能的軟磁材料的需求越來越大。隨著國家節(jié)能減排政策的實施(要求低損耗)，研究開發(fā)同時具有高飽和磁感應強度和低損耗的新型鐵基納米晶軟磁合金變得日益重要。對于納米晶軟磁材料而言，要提高合金的飽和磁感應強度，需盡量增加鐵含量，并相應減少合金內(nèi)的非鐵磁性類金屬元素。但是，這些類金屬元素含量的減少會導致納米晶合金前驅(qū)體(非晶)的非晶形成能力的下降，從而給非晶帶材的制備帶來困難，并導致軟磁性能的惡化。因此，迫切需要開發(fā)一種制備工藝簡單且軟磁性能優(yōu)異的新型鐵基非晶納米晶合金，其對于促進我國鐵基非晶納米晶軟磁材料及其器件相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種具有高飽和磁化強度鐵基非晶納米晶軟磁合金的制備方法。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):一種具有高飽和磁化強度鐵基非晶納米晶軟磁合金，其特征在于，該合金表示為:FeaMbCucSixByPz,其中M為Al、Cr、Mn、Ti或者V中的一種或幾種；68彡a彡90,0彡b彡6，O彡c彡2，3彡x彡20,4彡y彡20，O ^ z ^ 10,且 a+b+c+x+y+z = 100。
[0006]一種具有高飽和磁化強度鐵基非晶納米晶軟磁合金的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0007](I)按一定比例稱取金屬原料鐵、硼、磷、硅、銅、M，裝入真空感應爐的坩堝中，在真空條件下采用中頻感應熔煉的方法把原料反復熔煉多遍，并在熔煉過程中進行攪拌，使合金成分均勻，并澆注成合金錠；
[0008](2)將熔煉得到的合金錠破碎，將破碎的塊體合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中進行超聲清洗，取出后自然晾干待用；
[0009](3)將清洗干凈的塊體合金放入急冷制帶設備的石英管中，使用單輥甩帶法制備出寬度在2-50毫米，厚度約25微米的合金薄帶；
[0010](4)將制得的薄帶放入熱處理爐中，在真空或者惰性氣體保護的環(huán)境下，以小于250C /分鐘的升溫速率將溫度升高至360°C?480°C，保溫30分鐘至2個小時，然后隨爐冷卻至室溫，得到非晶納米晶雙相復合的鐵基軟磁合金材料。
[0011]步驟(I)所述的反復熔煉多遍為至少3遍。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明主要為解決目前鐵基非晶納米晶軟磁合金材料飽和磁感應強度較低的問題，通過加入P元素和提高Fe含量，大幅度提高了材料的飽和磁化強度。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0015]實施例1:
[0016]如圖1所示，將硅鐵、硼鐵、磷鐵、鐵、銅、鋁等原料按照一定的比例配置成分為Fe85Al1Cu0.5Si3.5B6P4的母料，共計5公斤；將配置好的母料加入真空中頻感應爐的坩堝中熔煉，中頻感應熔煉4次得到成分均勻的合金錠；將合金錠機械破碎放入急冷制帶設備的石英管中，采用感應加熱融化，利用單輥急冷甩帶工藝，在空氣中以35m/s的速度制帶，制得帶寬度為10mm、厚度為30微米的非晶薄帶；將非晶合金帶材放入管式真空熱處理爐中，真空度在10_3pa左右，以15°C /分鐘的加熱速率升溫至360°C，然后以5°C /分鐘升溫至400°C，并保溫20分鐘，然后隨爐冷卻至室溫。熱處理后的納米晶帶材的通過磁測量得到其飽和磁化強度約為1.84T，矯頑力約為19A/m，鐵損P1/5(l = 0.46W/kg。
[0017]實施例2:
[0018]將硅鐵、硼鐵、磷鐵、鐵、銅、鋁、鈦等原料按照一定的比例配置成分為Fe82Al1Tia5Cua5Si4B8P4的母料，共計5公斤；將配置好的母料加入真空中頻感應爐的坩堝中熔煉，中頻感應熔煉4次得到成分均勻的合金錠；將合金錠機械破碎放入急冷制帶設備的石英管中，采用感應加熱融化，利用單輥急冷甩帶工藝，在空氣中以30m/s的速度制帶，制得帶寬度為20mm、厚度為30微米的非晶薄帶；將非晶合金帶材放入管式真空熱處理爐中，真空度在10_3pa左右，以20°C /分鐘的加熱速率升溫至360°C，然后以5°C /分鐘升溫至420°C，并保溫20分鐘，然后隨爐冷卻至室溫。熱處理后的納米晶帶材的通過磁測量得到其飽和磁化強度約為1.70T，矯頑力約為ΙΟΑ/m，鐵損P1/5(l = 0.34W/kg。
[0019]實施例3:
[0020]將硅鐵、硼鐵、磷鐵、鐵、銅、鋁等原料按照一定的比例配置成分為Fe79Cr1.5MnL 5CuL 5Si587.5P4的母料，共計5公斤；將配置好的母料加入真空中頻感應爐的坩堝中熔煉，中頻感應熔煉3次得到成分均勻的合金錠；將合金錠機械破碎放入急冷制帶設備的石英管中，采用感應加熱融化，利用單輥急冷甩帶工藝，在空氣中以35m/s的速度制帶，制得帶寬度為25mm、厚度為30微米的非晶薄帶；將非晶合金帶材放入管式真空熱處理爐中，真空度在10_3Pa左右，以15°C /分鐘的加熱速率升溫至360°C，然后以5°C /分鐘升溫至460°C，并保溫20分鐘，然后隨爐冷卻至室溫。熱處理后的納米晶帶材的通過磁測量得到其飽和磁化強度約為1.62T，矯頑力約為7A/m，鐵損P1/5(l = 0.22w/kg。
【主權項】
1.一種具有高飽和磁化強度鐵基非晶納米晶軟磁合金，其特征在于，該合金表示為:FeaMbCucSixByPz，其中M為Al,Cr,Mn,Ti或者V中的一種或幾種；68彡a彡90，O彡b彡6，O ^ c ^ 2,3 ^ X ^ 20,4 ^ y ^ 20,0 ^ z ^ 10，且 a+b+c+x+y+z = 100。
2.一種如權利要求1所述的具有高飽和磁化強度鐵基非晶納米晶軟磁合金的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)按一定比例稱取金屬原料鐵、硼、磷、硅、銅、M，裝入真空感應爐的坩堝中，在真空條件下采用中頻感應熔煉的方法把原料反復熔煉多遍，并在熔煉過程中進行攪拌，使合金成分均勻，并澆注成合金錠； (2)將熔煉得到的合金錠破碎，將破碎的塊體合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中進行超聲清洗，取出后自然晾干待用； (3)將清洗干凈的塊體合金放入急冷制帶設備的石英管中，使用單輥甩帶法制備出寬度在2-50毫米，厚度約25微米的合金薄帶； (4)將制得的薄帶放入熱處理爐中，在真空或者惰性氣體保護的環(huán)境下，以小于25°C/分鐘的升溫速率將溫度升高至360°C?480°C，保溫30分鐘至2個小時，然后隨爐冷卻至室溫，得到非晶納米晶雙相復合的鐵基軟磁合金材料。
3.根據(jù)權利要求1所述的具有高飽和磁化強度鐵基非晶納米晶軟磁合金的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述的反復熔煉多遍為至少3遍。
4.根據(jù)權利要求1所述的具有高飽和磁化強度鐵基非晶納米晶軟磁合金的制備方法，其特征在于，步驟⑷所述的真空是指壓強小于10_3pa，所述的惰性氣體為氬氣。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有高飽和磁化強度鐵基非晶納米晶軟磁合金及其制備方法，該合金表示為：FeaMbCucSixByPz，其中M為Al、Cr、Mn、Ti或者V中的一種或幾種；68≤a≤90，0≤b≤6，0≤c≤2，3≤x≤20，4≤y≤20，0≤z≤10，且a+b+c+x+y+z＝100。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明產(chǎn)品具有高飽和磁化強度等優(yōu)點。
【IPC分類】B22D11-06, H01F1-153, C21D9-54, C22C45-02
【公開號】CN104561841
【申請?zhí)枴緾N201310512365
【發(fā)明人】張峰
【申請人】上海瀚濤納米科技有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月25日