[發(fā)明專利]高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度低成本鐵基納米晶軟磁合金

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110282189.4
• 申請(qǐng)日: 2011-09-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102304669A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈?qū)汖?/a>;范星都
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): C22C38/16
• 分類號(hào): C22C38/16;C22C1/02;H01F1/147
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 李帆

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度低成本的鐵基納米晶軟磁合金。本發(fā)明還涉及該鐵基納米晶軟磁合金的制備方法。

背景技術(shù)

磁性材料具有能量和信息轉(zhuǎn)換、傳遞、存儲(chǔ)或改變能量和信息狀態(tài)的功能，是重要的功能材料，它們廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、電力、通信和儀器儀表等領(lǐng)域。其中，矯頑力低、磁導(dǎo)率高的磁性材料稱為軟磁材料，它是電力、電機(jī)和電子等工業(yè)廣泛使用的一類磁性材料。考慮到軟磁材料制造的設(shè)備大多數(shù)是在交變磁場(chǎng)條件下工作，通常要求其體積小、功率大、靈敏度高、發(fā)熱量少、穩(wěn)定性好。為此，軟磁材料本身應(yīng)具備幾個(gè)基本條件如高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、低矯頑力、高磁導(dǎo)率、低磁損耗、高穩(wěn)定性及居里溫度等。1885年，Ewing發(fā)表了關(guān)于純鐵磁性的研究結(jié)果，標(biāo)志著軟磁材料的產(chǎn)生。同年，Westinghouse發(fā)明了交流發(fā)電及電力傳輸方法。十九世紀(jì)末，Hadfield成功冶煉出Fe-Si合金，對(duì)電力工業(yè)的發(fā)展起到了關(guān)鍵性的促進(jìn)作用。到目前為止，對(duì)于工程上廣泛應(yīng)用的軟磁材料，因其使用功率、頻率的不同要求和材料磁特性的不同而分為金屬軟磁材料(如工業(yè)純鐵、硅鋼、坡莫合金)、軟磁鐵氧體、非晶及納米晶軟磁材料。

納米晶軟磁材料是一類新型軟磁材料，它由非晶基體及分布在基體上具有納米級(jí)尺寸的晶粒組成，可以由非晶合金部分晶化得到。其性能兼?zhèn)淞藗鹘y(tǒng)晶態(tài)軟磁材料的高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和非晶態(tài)軟磁材料的低矯頑力、高磁導(dǎo)率和低損耗等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。納米晶軟磁材料可以滿足各類電子設(shè)備向高效高節(jié)能、集成化方面發(fā)展的需求，而且制備簡(jiǎn)單，成本低廉，被稱為“第三代軟磁”材料。對(duì)納米晶軟磁材料研究始于1988年，經(jīng)過(guò)二十多年的研究，目前納米晶軟磁合金主要有三個(gè)體系：Fe-Si-B-M-Cu(M＝Nb、Mo、W、Ta等)系FINEMET合金、Fe-M-B-(Cu)系(M＝Zr、Hf、Nb等)NANOPERM合金以及(Fe，Co)-M-B-Cu系(M＝Zr、Hf、Nb等)HITPERM合金。

其中，F(xiàn)INEMET合金由于其高磁導(dǎo)率，低損耗等特點(diǎn)，自研發(fā)以來(lái)就開(kāi)始投入到工業(yè)應(yīng)用中。但其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度較低，綜合性能最好的Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉合金飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度僅為1.24T，因而限制了其應(yīng)用范圍。NANOPERM合金飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度較高，達(dá)到了1.6T，并且磁致伸縮系數(shù)極低，趨近于零，大大降低了其應(yīng)力敏感性。與FINEMET合金相比，NANOPERM合金的損耗較大，但優(yōu)于Fe-Ni系坡莫合金，可在高頻下使用。NANOPERM合金最大缺點(diǎn)是加工性較差，由于Zr元素化學(xué)性質(zhì)活潑，高溫下在大氣中極易氧化。因此，在制備非晶時(shí)，對(duì)真空度要求較高，需要?dú)鍤獗Ｗo(hù)，因而，NANOPERM合金至今尚未得到真正的推廣應(yīng)用。HITPERM合金最初是在NANOPERM合金的基礎(chǔ)上以Co部分替代Fe而得到的，其晶化相為體心立方結(jié)構(gòu)的α-FeCo。由于α-FeCo的存在使之具有比前兩種合金更優(yōu)異的高溫磁性能。HITPERM合金系具有高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，高頻特性也優(yōu)于NANOPERM合金，但其矯頑力高達(dá)200A/m，損耗也較大。同時(shí)與NONAPERM合金一樣由于含有Zr元素，加工性較差，因而至今也未得到推廣應(yīng)用。

上述納米晶軟磁合金三個(gè)體系的另一個(gè)共同缺點(diǎn)是合金系中均含有貴金屬元素如Nb、Zr和Hf等而加工成本高。為此，科研人員在現(xiàn)有合金體系基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化制備工藝，調(diào)整合金成分，研究開(kāi)發(fā)新的合金體系來(lái)改善納米晶的軟磁性能，同時(shí)降低加工成本。

中國(guó)專利申請(qǐng)CN?101255506A公開(kāi)了一種超高導(dǎo)磁納米晶合金的制造方法及納米晶合金。化學(xué)成分包括Fe、Cu、Nb、Si、B五種元素，具體原子％含量為：Fe＝72.5-74.5％；Cu＝0.5-1.5％；Nb＝2.5-3.5％；Si＝12.5-14.5％；B＝8-10％。其生產(chǎn)工藝為在加工過(guò)程中加入碳和硅鈣粉進(jìn)行脫氧處理，降低合金夾雜物、氧及氧化物的含量，從而有效地提高了納米晶合金的磁導(dǎo)率。但合金的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度不高，并且加工過(guò)程復(fù)雜，難以控制。