一種鐵基非晶納米晶軟磁合金薄帶及其制備方法【
技術領域：
】[0001]本發(fā)明涉及合金領域，尤其涉及一種具有非晶納米晶復合結構以及高飽和磁感應強度的軟磁合金薄帶及其制備方法。【
背景技術：
】[0002]軟磁合金材料是較早開發(fā)出的一類磁性功能材料，從最初發(fā)現到現在，其經歷了電工純鐵、電工鋼、坡莫合金、Fe~Co合金、軟磁鐵氧體以及非晶合金等體系。其中，非晶態(tài)合金軟磁材料具有電阻率高、磁導率高、損耗低的特點，同硅鋼相比，其生產工藝簡單，無需特殊加工，被認為是理想的鐵芯材料。[0003]然而，與傳統(tǒng)的硅鋼鐵芯材料相比，非晶態(tài)合金軟磁材料仍然存在一些不足，最大的不足在于其飽和磁感應強度較低。傳統(tǒng)的取向硅鋼的Bs值可以達到2.0T，而典型的鐵基非晶合金Fe78Si9Bj^Bs值僅為1.5左右。[0004]眾多研究人員嘗試獲得具有高飽和磁感應強度的鐵基非晶態(tài)合金。最典型的例子為具有1.8T的MetglaSS2605Co合金，但是其合金中含有大量Co原子，成本較高，不適合大規(guī)模的工業(yè)磁性產品使用。[0005]美國專利US4226619公開了一種非晶態(tài)FeBC合金，其飽和磁感應強度在1.7左右，但其矯頑力較大而且太脆，無法實際應用。[0006]CN1721563A的中國專利公開了一種FeSiBC的合金，其飽和磁感應強度為1.64T，但制備過程復雜，且生產成本較高。[0007]CN102471856A公開了一種FeBPCu系的合金，此非晶薄帶經熱處理后可以析出25nm以下的BCC結構的納米Fe相，獲得高于1.6T的鐵基非晶納米晶軟磁材料。CN101595237A公開了一種FeSiBPCu系非晶合金，其最高飽和磁感應強度可以達到1.6T，CN102741437A公開了FeSiBCuP系非晶態(tài)合金經熱處理以后會析出平均尺寸10~25nm的BCC鐵相，使其飽和磁感應強度達到1.8~1.9T。然而在制備過程中經過了熱處理，勢必會增多加工過程，提高生產成本，對應學術論文為AkihiroMakino，NanocrustallinesoftmagneticFe-Si-B-P-CualloyswithhighBof1.8-1.9Tcontributabletoenergysaving,IEEETransactionsonMagnetics,48(2012)1331-1335.【
發(fā)明內容】[0008]針對上述問題，本發(fā)明提供一種鐵基非晶納米晶軟磁合金薄帶及其制備方法，通過添加微量元素，無需熱處理即可獲得高飽和磁感應強度的鐵基非晶納米晶軟磁合金薄帶。而已知現有技術中的制備方法是熔煉-噴帶-熱處理，即第一步，先把元素金屬熔煉成合金；第二步，加熱到熔融狀態(tài)后，噴注到高速旋轉的銅輥上得到非晶合金條帶；第三步，把非晶條帶放到熱處理爐中進行熱處理，以獲得非晶基體中析出納米晶；本發(fā)明所述制備方法只需要熔煉-噴帶就直接獲得了非晶基體+納米晶的結構，無需第三步的熱處理。本發(fā)明得到的合金薄帶在高真空或氬氣保護下制得，具有優(yōu)異的軟磁性能和高的熱穩(wěn)定性，適用于變壓器、發(fā)動機、電動機、發(fā)電機和磁傳感器等。[0009]用于實現上述目的的技術方案如下：[0010]本發(fā)明提供一種鐵基非晶納米晶軟磁合金薄帶，其組成為如FeaSibBJdCiafef所示，其中，所述Me選自Ti、Zr、Nb或Ta中的一種，a、b、c、d、e和f分別表示在所述合金薄帶中Fe、Si、B、P、Cu和Me按原子質量份數計的含量，并且80<90,0.5<b彡5，5彡c彡12,1彡d彡9,0·3彡e彡2,0·3彡f彡3,a+b+c+d+e+f=100。[0011]所述組分Fe按原子質量份數計的含量a的取值范圍是80<a<90,優(yōu)選為83<a<87〇[0012]所述組分Si按原子質量份數計的含量b的取值范圍是0.5<b<5,優(yōu)選為1^b^3〇[0013]所述組分B按原子質量份數計的含量c的取值范圍是5彡c彡12,優(yōu)選為6<c<10〇[0014]所述組分P按原子質量份數計的含量d的取值范圍是1彡d彡9,優(yōu)選為2彡d彡6〇[0015]所述組分Cu按原子質量份數計的含量e的取值范圍是0.3<e<2,優(yōu)選為0·5彡e彡1〇[0016]所述組分此(11、2廠他、了3中的一種）按原子質量份數計的含量€的取值范圍是0·3彡f彡3,優(yōu)選為0·5彡f彡1。[0017]本發(fā)明所述合金薄帶的厚度為15~40μm，寬度為1~5mm。[0018]本發(fā)明另一方面提供了一種鐵基非晶納米晶軟磁合金薄帶的制備方法，包括如下步驟：[0019](1)按原子質量份數計的含量比例取Fe、Si、B、P、Cu和Me;[0020](2)抽真空，在保護氣氛下將步驟⑴配好的原料加熱到1200~1400°C熔煉；[0021](3)在保護氣氛下，將步驟（2)熔煉的液態(tài)合金于1200~1400°C下噴射于銅輥，制得鐵基非晶納米軟磁合金薄帶。[0022]所述步驟（2)中所述抽真空至彡9X103Pa;[0023]優(yōu)選地，所述步驟（2)和（3)中所述保護氣體為氬氣或氮氣；[0024]優(yōu)選地，所述步驟（2)中所述熔煉時間為5~30min;[0025]優(yōu)選地，所述步驟（2)中的熔煉設備為高頻感應爐或電弧熔煉爐；[0026]優(yōu)選地，所述步驟（3)中銅輥的表面線速度為20~60m/s。[0027]在上述的制備方法中，制備得到的鐵基非晶納米晶軟磁合金薄帶在制備電子設備鐵芯中的用途；所述電子設備是電機、變壓器、電抗器或互感器。[0028]經上述制備方法得到的鐵基非晶納米晶軟磁合金薄帶的厚度為15~40μm，寬度為1~5mm〇[0029]下面對上述鐵基非晶納米晶軟磁合金薄帶的成分設計原理進行說明：[0030]在本發(fā)明中，Si元素的主要作用是提高非晶形成能，適當提高合金熱穩(wěn)定性和居里溫度，Si元素過低，難以發(fā)揮其提高非晶形成能的作用，而含量過高，則可能降低鐵磁性元素的含量，從而降低合金的飽和磁感應強度。[0031]在本發(fā)明中，P元素的主要作用是提高非晶形成能，適當提高合金熱穩(wěn)定性，P元素過低，難以發(fā)揮其提高非晶形成能的作用，而含量過高，則可能降低鐵磁性元素的含量，從而降低合金的飽和磁感應強度。[0032]在本發(fā)明中，B元素的主要作用是提高非晶形成能，適當提高合金熱穩(wěn)定性和居里溫度，B元素過低，難以發(fā)揮其提高非晶形成能的作用，而含量過高，則可能降低鐵磁性元素的含量，從而降低合金的飽和磁感應強度。[0033]在本發(fā)明中，Fe是磁性元素，高含量的Fe元素可以獲得較高的磁感應強度，但是Fe含量過高，比如導致非晶形成元素的降低，非晶形成能力下降，無法獲得最佳的綜合性能。[0034]在本發(fā)明中，Cu元素易在加熱初期析出形成富Cu團簇，進而作為富Fe納米晶粒形成時的形核點，促進了納米晶的形成，但是在噴帶過程中，隨著溫度的升高Cu會首先大量析出，如果Cu含量過高，Cu元素會形成過量的團簇，進而在后續(xù)快速凝固過程中以這些團簇為結晶核心，在局部形成大量晶體，降低其非晶形成能力。[0035]在本發(fā)明中，]^(11、2^他、了3中的一種）元素的加入會顯著提高？6基合金過冷液體中形核速率，從而促進在急冷條件下合金中BCC納米晶鐵相直接析出。該納米晶相能夠大幅降低Fe基非晶納米晶合金的飽和磁致伸縮，帶來高的磁通密度和高的導磁率。[0036]本發(fā)明采用微量元素的添加，提供一種無需本發(fā)明前述的現有技術中所需的熱處理（"熔煉-噴帶-熱處理"的第三步）即可獲得高飽和磁感應強度的鐵基非晶納米晶軟磁合金薄帶，該合金薄帶在高真空或保護氣體下制得，具有優(yōu)異的軟磁性能和高的熱穩(wěn)定性，適用于變壓器、發(fā)動機、電動機、發(fā)電機和磁傳感器等；與現有技術產品相比較，由于本發(fā)明方法中的Me元素的添加有效提高了過冷液體形核率，促進BCC納米晶鐵相的析出，使得Fe基納米合金的制備，并且降低材料的磁致伸縮系數，提高初始磁導率，顯著提高飽和磁感應強度達到1.7T以上?！靖綀D說明】[0037]圖1為本發(fā)明實施例1得到的鐵基非晶納米晶軟磁合金薄帶的XRD檢測結果圖；[0038]圖當前第1頁1 2 3