[發(fā)明專利]一種鐵基非晶或納米晶軟磁合金及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910075150.8
• 申請日: 2009-08-13
• 公開（公告）號: CN101650999A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發(fā)明（設計）人: 閆志杰;張罡;黨淑娥;夏蘭廷
• 申請（專利權(quán)）人: 太原科技大學
• 主分類號: H01F1/147
• 分類號: H01F1/147;C22C45/02;C22C38/16;C22C33/04;B22D11/06;C21D1/26;C21D1/74
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司
• 代理人: 劉寶賢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鐵基非晶或納米晶軟磁合金材料及其制備方法。

背景技術(shù)

1988年日本日立金屬的Yoshizawa等人發(fā)現(xiàn)了一種新型的鐵基軟磁合金“FINEMET”，其典型成分為Fe_73.5Si_13.5B₉Cu₁Nb₃(Journal?of?Applied?Physics(應用物理學報)1988，64：6044-6046)。這種軟磁合金最大的特點是具有與鈷基非晶合金相當?shù)牡蛽p耗、高磁導率和接近于零的磁致伸縮系數(shù)，同時它的飽和磁感應強度B_s超過了同類性能的其他軟磁材料，達到1.2T左右。該軟磁合金是在傳統(tǒng)的Fe-Si-B非晶合金的基礎(chǔ)上添加少量的Cu和Nb，通過退火處理而得，大量尺度在10～15nm的Fe-Si晶粒均勻地分布于殘余非晶基體之中，得到了所謂的“納米晶”結(jié)構(gòu)。目前的研究結(jié)果表明，該軟磁合金的晶化退火過程中，Cu具有促進晶粒形核的作用，而Nb則富集在晶粒的周圍并強烈抑制晶粒長大，從而使晶粒的尺寸非常細小。Cu和Nb起到了提高形核率和降低長大速度的作用，這是形成納米晶的重要條件，因此它們的作用十分關(guān)鍵。但是由于Nb的價格昂貴，而且Nb加入后明顯降低了Fe-Si-B合金的飽和磁感應強度B_s，其他難熔過渡金屬，如V、Mo、W、Ta等替代Nb，雖然可以達到細化晶粒的目的，但是軟磁性能卻沒有明顯改善。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種綜合磁性能優(yōu)良、原材料成本大幅降低的鐵基非晶或納米晶軟磁合金及其制備方法。

本發(fā)明鐵基非(納米)晶合金成分(原子百分比)可表示為Fe_aSi_bB_cCu_dNb_eM_f，M為Al、Ni或P；a、b、c、d、e、f的變化范圍為：65≤a≤85，5≤b≤20，5≤c≤25，0≤d≤5，0≤e≤5，0.1≤f≤10，并且a+b+c+d+e+f＝100。

通過控制合金冷卻速度和熱處理溫度及時間，獲得微觀結(jié)構(gòu)不同的非晶合金或納米晶粒均勻分布非晶基體上的納米晶合金。通過改變各種元素的含量及熱處理工藝，控制非(納米)晶合金的微觀結(jié)構(gòu)，有效地改善和優(yōu)化了合金的綜合軟磁性能，同時大幅降低合金的原材料成本。

合金中的元素B、Cu和Nb部分由Al、Ni、P元素中的任一種或多種替代，且總的替代量不超過10at％。

更優(yōu)選擇65≤a≤75，5≤b≤15，5≤c≤10，0.5≤d≤3.0，0.5≤e≤3，0.1≤f≤5。合金經(jīng)過最優(yōu)化退火處理后，其飽和磁感應強度為1.30T或以上，矯頑力為3.0A/m或以下。

本發(fā)明鐵基非(納米)晶合金是通過成分設計和一定的熱處理工藝而得到。退火在Ar氣保護的環(huán)境下進行，溫度范圍為510℃～580℃，不同成分合金的最優(yōu)退火溫度略有不同。

本發(fā)明制備方法是首先通過熔體快淬法制備出非晶合金薄帶，再由這些非晶合金退火晶化獲得納米結(jié)構(gòu)合金。具體的制備方法如下：

第一步，將純度不低于99.9％(質(zhì)量百分比)的工業(yè)純鐵、純銅、純鈮、純硅、硼鐵、磷鐵等原材料按照合金成分要求配料。將配好的原材料置于非自耗真空電弧熔煉爐內(nèi)熔煉，熔煉氣氛為略大于一個大氣壓的氬氣保護，熔煉電流250～350A，為保證合金成分的均勻性，每個鑄錠反復熔煉4次，每次熔煉時間為60s。非自耗真空電弧熔采用WS-4型。

第二步，將熔煉得到的合金鑄錠破碎，放入石英試管內(nèi)，使用單輥甩帶法制備出寬度在2～4mm，厚度約30μm的非晶合金薄帶。

第三步，將非晶合金薄帶放入管式退火爐內(nèi)，將溫度調(diào)至510℃～580℃，在Ar氣保護下等溫退火約一小時，然后在Ar氣保護下出爐冷卻。

非晶合金中各元素的原子百分比為：鐵65～75at％，硅5～15at％，硼5～10at％，銅0.5～3.0at％，鈮0.5～3.0at％，鋁、鎳、磷等0.1～10.0at％。成分的微小變化會導致非晶合金的最佳退火溫度在510℃到580℃之間變化，鎳含量增加，最佳退火降低，鋁含量增加，最佳退火溫度提高。