[發明專利]鐵基納米晶軟磁合金

有效

• 申請號: 201110418631.1
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102412045A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 王寅崗;繆雪飛
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01F1/147
• 分類號: H01F1/147;C22C38/16;C22C37/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀昌

技術領域

本發明屬于功能材料中軟磁合金的技術領域，具體地講是涉及一種低成本、高軟磁性能的鐵基納米晶軟磁合金。

背景技術

隨著電力電子產業的迅速發展，電力電子設備向小型化、輕薄化、集成化、智能化和多功能化的方向發展，這對設備中電磁元件所用的軟磁材料提出了更高的要求，即必須具備高飽和磁感應強度、低矯頑力和低磁滯損耗等優異的綜合軟磁性能。盡管硅鋼具有極高的飽和磁感應強度，有利于減小電力電子設備的體積，但是其較低的磁導率和較高的鐵芯損耗使其難以在高頻下使用。而鐵基非晶、納米晶軟磁合金同時具有高的飽和磁感應強度和低的磁滯損耗，因而成為當下材料科學工作者和產業界關注的焦點。將鐵基非晶、納米晶軟磁合金應用到電力電子變壓器上時，其空載損耗僅為同容量的硅鋼芯變壓器20～30％左右，美國通過使用這種變壓器每年可節約近5×10¹⁰kW·h的空載損耗，節能產生的經濟效益約為35億美元。同時，減少電力損耗也就降低了發電的燃料消耗，從而減少了諸如CO₂、SO₂、NO、NO₂等有害氣體的排放量。這與國家在“十二五”規劃中提出“加快建設資源節約型、環境友好型社會，提高生態文明水平”的指導思想相一致。

然而，傳統的鐵基非晶、納米晶軟磁合金含Co、Nb、Zr等貴重金屬元素以及昂貴的B元素，因此較高的原材料成本限制了其大規模推廣應用。

發明內容

解決的技術問題：本發明的目的在于提供一種低成本、高軟磁性能的鐵基納米晶軟磁合金。

技術方案：

一種低成本、高軟磁性能的鐵基納米晶軟磁合金，該合金的成分組成由化學式表示為Fe_gSi_aP_bC_cCu_dMn_eAl_f，其中a、b、c、d、e、f、g為原子百分數，a＝8.5～12，b＝4～7，c＝1～3，d＝0.5～1.5，e＝0.25～0.5，f＝0.75～1.5，g＝(100-a-b-c-d-e-f)。其成分優選為：Fe_81.25Si_8.5P₇C₁Cu_0.5Mn_0.25Al_1.5；Fe_78.75Si_1.2P₅C_1.5Cu_1.5Mn_0.5Al_0.75；Fe_80.7Si₁₀P₄C₃Cu₁Mn_0.3Al₁。

有益效果：本發明合金成分中非金屬Si、P、C元素增強了合金成分之間的原子結合力，同時不同尺寸的非金屬原子的加入有利于提高非晶微觀結構中原子排列的致密性，易于在快淬過程中形成非晶態合金。Cu元素在非晶合金晶化初期先富集形成團簇，為α-Fe析出提供異質形核的核心，提高了α-Fe的形核密度，從而減小α-Fe納米晶粒尺寸，因此本發明中適量Cu元素的加入可以在不降低納米晶合金的飽和磁感應強度的前提下提高其軟磁性能。Mn元素使得α-Fe析出后剩余非晶合金的穩定性增強，從而避免了具有較大磁晶各向異性的其他晶體相的析出。適量Al元素的加入可以降低合金的磁晶各向異性，而且Al作為一種類半金屬元素能提高合金的非晶形成能力。同時廉價的低熔點的Al元素有利于合金的熔煉及噴鑄過程，提高了淬態非晶薄帶的韌性和成品率，降低合金了成本。

本發明采用傳統的非晶晶化法制備納米晶軟磁合金。首先按照本發明合金成分進行配料并熔煉成成分分布均勻的母合金，然后將母合金加熱到熔融狀態，通過噴嘴噴射到銅輥上進行快速冷卻制備非晶薄帶，最后將快淬得到的非晶薄帶在一定溫度下進行晶化退火得到納米晶軟磁合金。

本發明鐵基納米晶軟磁合金不含有貴重的Co、Zr、Nb、B等元素，成本低廉，而且在最優晶化退火工藝條件下B_s最高可達到1.71T，H_c最低可以達到0.9A/m的優異軟磁性能。因此，本發明合金更適合規模生產，可取代現有的硅鋼片和鐵基非晶、納米晶軟磁合金應用于電力電子變壓器、互感器等領域。

附圖說明