一種非晶納米晶合金薄帶及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于軟磁材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體講涉及一種非晶納米晶軟磁合金材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高端電力電子設(shè)備是促進直流輸電、智能配電等智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵設(shè)備，研發(fā)并應(yīng)用高頻低鐵損、高磁感強度、高磁導(dǎo)率的非晶納米晶合金新型軟磁材料是各種變壓器、電抗器、互感器及加速器用脈沖功率磁性部件技術(shù)發(fā)展的必然。
[0003]典型的非晶納米晶材料始于1988年Yashizawa等人研發(fā)的成分為Fe73^Cu1Nb3Si13.5B9的Finemet合金，此合金是在傳統(tǒng)的Fe-S1-B非晶基礎(chǔ)上添加少量Cu、Nb并適當晶化退火后制得的高磁導(dǎo)率納米晶合金，其突出的優(yōu)異性能可替代鈷基非晶合金、晶態(tài)坡莫合金和鐵氧體，廣泛應(yīng)用于高頻電力電子和電子信息領(lǐng)域。
[0004]隨后以Finemet合金為基礎(chǔ)，研宄者們相繼開發(fā)出了一系列新的合金成分:日本1990年公布的Fe7tlCu1V6Sn2Si14B7合金，在IkHz時磁導(dǎo)率達到1.22 X 10 5；Yoshizawa等人研發(fā)的Fe76Cua6Nb2.4Si12B9合金在IKHz磁導(dǎo)率高達1.7x10 5且B8仍保持在1.37T ;中國專利CN103602931A公布了一種鐵基非晶納米晶軟磁合金及其制備方法，該法用V部分取代Nb使非晶形成能力增強，但Nb元素存在仍是制約合金制備成本的主要因素。CN 101629265 A中國專利公布了一種低成本、高軟磁性能Fe基納米晶軟磁合金，加入P與Cu同時作用使晶化退火后得到納米晶細小彌散，但P含量過高會增加非晶納米晶薄帶脆性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于克服上述存在的問題，提供一種高飽和磁感強度，高磁導(dǎo)率，低高頻損耗，低成本的非晶納米晶軟磁合金薄帶材料及其制備方法。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案:
[0007]一種非晶納米晶合金薄帶，其特征在于，所述合金組成表示式為:Fe73.SCu1Mo3-JxSi12Bia 5P。.3，其中 0〈x 彡 2.5。
[0008]所述的非晶納米晶合金薄帶的第一優(yōu)選方案，所述合金組成表示式為:Fe73.gCiijMogVjSI12B10 5P0.30
[0009]所述的非晶納米晶合金薄帶的第二優(yōu)選方案，所述薄帶厚20?30 μπι，寬8?15mm0
[0010]所述的非晶納米晶合金薄帶的制備方法，包括如下步驟:
[0011]I)原料配置:按所述合金中各元素的比例配置下述原料:Fe粉、Cu絲、Mo塊、Si塊以及FeV, FeB和FeP合金；
[0012]2)制錠:將步驟I)的原料放入真空頻感應(yīng)爐中熔煉3?5次，澆鑄成合金錠；
[0013]3)制成薄帶:將合金錠破碎、清洗并干燥，再用單輥熔淬法甩帶制成非晶薄帶；
[0014]4)晶化處理:于真空爐中晶化熱處理步驟3)中的非晶薄帶。
[0015]所述的非晶納米晶合金薄帶的制備方法的第一優(yōu)選技術(shù)方案，所述步驟2)中，于3?5 X KT3Pa壓力、1300?1500°C溫度和攪拌下熔煉5?lOmin。
[0016]所述的非晶納米晶合金薄帶的制備方法的第二優(yōu)選技術(shù)方案，步驟3)中的所述清洗包括依次用丙酮和酒精溶液超聲清洗。
[0017]所述的非晶納米晶合金薄帶的制備方法的第三優(yōu)選技術(shù)方案，步驟3)中所述單輥熔淬法的噴帶溫度為1200?1300°C、輥面轉(zhuǎn)動線速度為35?42m/s且急冷速度>15oC /S。
[0018]所述的非晶納米晶合金薄帶的制備方法的第四優(yōu)選技術(shù)方案，步驟4)中，于KT2Pa以下壓力和500?550°C退火溫度下晶化I?2h。
[0019]本發(fā)明非晶納米晶合金薄帶中以下各元素的作用機理:
[0020]Mo:在Fe中擴散緩慢，在非晶晶化過程中起到阻礙原子擴散的作用，有效地抑制結(jié)晶相晶粒的過度長大，有助于納米級尺寸晶相的形成，并且能起到擴大退火溫區(qū)Λ Tx、降低磁致伸縮系數(shù)和改善工藝性等效果。
[0021]V:既降低了成本的又改善了合金在噴帶過程中的流動性，能在非晶晶化過程中有效地抑制結(jié)晶相晶粒的過度長大。
[0022]S1:與Fe元素有較大的原子尺寸差，是重要的非晶化元素，但含量不宜過高，以免降低材料的飽和磁感應(yīng)強度。
[0023]B:Β元素原子半徑較小，外層電子少，有利于非晶形成，是非晶納米晶軟磁合金的必要元素。
[0024]P:少量的P可增加形核率，細化晶粒并提高軟磁性能。
[0025]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0026]I)本發(fā)明提供的非晶納米晶合金以Mo和V完全替代貴金屬Nb，大大降低材料成本，同時減小納米晶相顆粒尺寸；
[0027]2)本發(fā)明提供的非晶納米晶合金適當降低Si元素含量，提高非晶納米晶合金的飽和磁感應(yīng)強度Bs，使合金薄帶的飽和磁感強度不低于1.4T。；
[0028]3)本發(fā)明提供的制備方法，工藝簡單，合金成本低廉，制備的非晶納米晶合金薄帶具有高頻低鐵損，高磁導(dǎo)率，穩(wěn)定性好的性能特點。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合實例對本發(fā)明進行詳細的說明。
[0030]實施例1
[0031]I)原料配制:將純度不低于99%的Fe粉、Cu絲、Mo塊、Si塊以及FeV、FeB和FeP合金的原料依次以摩爾比為61.9:1:2.5:12:0.5:10.5:0.3配制成合金原料；
[0032]2)制成錠:將配置好的母合金原料裝入真空中頻感應(yīng)熔煉爐中，在真空3X 10?, 1350°C溫度條件下將原料熔煉lOmin，熔煉過程中不斷攪拌保證合金的成分均勻，反復(fù)恪煉4遍后鑄成合金錠；
[0033]3)制成薄帶:將熔煉得到的合金錠破碎依次放入丙酮和酒精溶液中超聲清洗、晾干，利用單輥熔淬法，噴帶溫度為1200°C，輥面轉(zhuǎn)動線速度為35m/s，急冷速度為105°C /s甩帶制得寬度為10mm、厚度為20 μ m的非晶薄帶；
[0034]4)晶化處理:將非晶合金薄帶放入真空熱處理爐中，真空度約1.3X10_3Pa，退火溫度為530°C，退火120min后隨爐冷卻至室溫，得到合金組成為Fe7I2Cu1Mc^5Va5Si12Bia5Pa3的非晶納米晶合金薄帶。
[0035]經(jīng)檢測，所制備合金薄帶的飽和磁感應(yīng)強度為1.41T，IKHz時磁導(dǎo)率為1.9X 105。
[0036]實施例2
[0037]I)原料配制:將純度不低于99%的Fe粉、Cu絲、Mo塊、Si塊以