[發(fā)明專利]高淬態(tài)韌性和寬退火溫度范圍的鐵基納米晶軟磁合金

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010601563.8
• 申請(qǐng)日: 2010-12-23
• 公開（公告）號(hào): CN102102167A
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王寅崗;繆雪飛;郭敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C45/02
• 分類號(hào): C22C45/02;H01F1/153
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀(jì)昌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能材料中軟磁合金的技術(shù)領(lǐng)域，具體地講是涉及一種具有高淬態(tài)韌性和寬退火溫度范圍的鐵基納米晶軟磁合金。

背景技術(shù)

鐵基非晶、納米晶軟磁合金由于具有較低的損耗被認(rèn)為是取代硅鋼片用于電力變壓器的理想材料。自上世紀(jì)八十和九十年代以來，先后出現(xiàn)了Fe-P-C、Fe-B-C、Fe-B-Si、Fe-B-Si-C、Fe-Cu-M-Si-B(M＝Nb，Cr，V，Mo，Zr，W)、Fe-M-B(M＝Nb，Hf，Zr)、(Fe，Co)-M-B-Cu(M＝Nb，Hf，Zr)等一系列鐵基非晶、納米晶軟磁合金。目前，工業(yè)生產(chǎn)中非晶軟磁合金薄帶一般采用單輥旋淬法(甩帶法)制備，再經(jīng)過卷繞或疊片后制備成非晶鐵芯，最后進(jìn)行低溫退火(使用態(tài)為非晶態(tài))或高溫退火(使用態(tài)為納米晶態(tài))。然而，非晶的脆性問題一直困擾著非晶合金生產(chǎn)企業(yè)。非晶合金如果脆性較大，在甩帶過程中難以形成連續(xù)帶材，降低生產(chǎn)效率，提高合金成本；在卷繞過程中會(huì)發(fā)生脆斷，增加廢品率；在使用過程中有可能產(chǎn)生掉碎片，噪聲變大，損耗增加等等一系列的問題。此外，隨著變壓器的功率越來越大，鐵芯也變得更大更復(fù)雜。在進(jìn)行晶化退火制備納米晶軟磁合金時(shí)，由于鐵芯尺寸較大、鐵芯形狀復(fù)雜、退火爐內(nèi)溫度分布不均勻等等因素的影響，鐵芯上可能存在過度退火和退火不足的部位。因此，對(duì)于非晶合金而言，重要的不僅在一定條件下退火后具有優(yōu)異的軟磁性能，而且能在較寬的退火溫度范圍內(nèi)仍均保持優(yōu)異性能，即具有較寬的退火溫度范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高淬態(tài)韌性和寬退火溫度范圍的鐵基納米晶軟磁合金。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

具有高淬態(tài)韌性和寬退火溫度范圍的鐵基納米晶軟磁合金，其特征在于化學(xué)式為Fe_gZr_aNb_bP_cB_dCu_eX_f，其中a、b、c、d、e、f、g為原子百分?jǐn)?shù)，a＝1～5，b＝1～5，c＝2～4，d＝4～9，e＝0.5～1.5，f＝0.5～2，g＝(100-a-b-c-d-e-f)，X為Al和Sn中的一種或兩種，優(yōu)選Fe₈₁ZrNb₅P₂B₉Cu_1.5Al_0.5、Fe_82.5Zr₃Nb₄P₄B₄CuAlSn_0.5和Fe_81.5Zr₅NbP₄B₆Cu_0.5Sn₂。

本發(fā)明在合金成分中添加Zr和Nb元素，提高了合金的非晶形成能力，抑制了淬態(tài)薄帶納米晶的形成，從而降低淬態(tài)脆性，同時(shí)由于Zr和Nb原子尺寸較大，能抑制晶化退火過程晶粒的過分長大，從而保證本發(fā)明合金具有較寬的退火溫度范圍。一般非金屬含量的較大時(shí)，非晶薄帶的脆性較差，因此，保證合金具有高非晶形成能力的前提下，本發(fā)明采用較低的B、P含量來提高淬態(tài)非晶薄帶的韌性。同時(shí)，Cu團(tuán)簇在非晶合金晶化過程中可以作為α-Fe異質(zhì)形核的形核位置，適當(dāng)含量的Cu能保證在不影響非晶形成能力的前提下，發(fā)揮細(xì)化晶粒的作用，提高退火過程中軟磁性能的穩(wěn)定性。廉價(jià)的低熔點(diǎn)Al、Sn元素加入后能顯著提高合金的鑄造性能，提高淬態(tài)非晶薄帶的韌性和成品率，降低成本。

本發(fā)明采用非晶晶化法進(jìn)行制備。首先按照本發(fā)明合金成分進(jìn)行配料并熔煉成均勻的母合金，然后將母合金加熱到高溫熔融狀態(tài)通過噴嘴，噴射到銅輥上進(jìn)行快速冷卻制備非晶薄帶，最后將淬態(tài)非晶薄帶在一定溫度下進(jìn)行晶化退火得到納米晶軟磁合金。

本發(fā)明鐵基納米晶軟磁合金在淬態(tài)具有優(yōu)異的韌性，可以實(shí)現(xiàn)180°彎曲不斷裂，能有效降低快淬以及卷繞成鐵芯等工藝過程中的廢品率，降低成本。同時(shí)，本發(fā)明鐵基納米晶軟磁合金在最優(yōu)晶化退火溫度附近100～150℃范圍退火時(shí)均能保持優(yōu)異的軟磁性能，能提高批量生產(chǎn)時(shí)性能穩(wěn)定性。因此，本發(fā)明合金更適合規(guī)模生產(chǎn)，可取代現(xiàn)有的硅鋼片和鐵基非晶、納米晶軟磁合金應(yīng)用于電力變壓器、互感器等領(lǐng)域。

附圖說明