[發(fā)明專利]一種鐵基納米晶軟磁合金及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110458377.8
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN102543347A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈?qū)汖?/a>;金云龍;范星都
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): H01F1/147
• 分類號(hào): H01F1/147;C22C45/02
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及軟磁合金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有低成本，高飽和磁化強(qiáng)度、低矯頑力、低鐵損的鐵基納米晶軟磁合金及其制備方法。

背景技術(shù)

軟磁材料是人類最早開發(fā)的一類磁性功能材料，要求具有高飽和磁化強(qiáng)度、高磁導(dǎo)率、低矯頑力以及低鐵損等磁特性，是電力工業(yè)和電子工業(yè)中廣泛應(yīng)用的重要材料。從19世紀(jì)末至今，其發(fā)展經(jīng)歷了電工純鐵、Fe-Si合金(硅鋼)、Fe-Ni合金(坡莫合金)、Fe-Al合金、Fe-Si-Al合金、Fe-Co合金、軟磁鐵氧體以及非晶、納米晶合金等體系。目前，硅鋼和軟磁鐵氧體是應(yīng)用最多的軟磁材料。但硅鋼的鐵損較大，而軟磁鐵氧體的飽和磁化強(qiáng)度又太低，因此，開發(fā)同時(shí)具有高飽和磁化強(qiáng)度和低鐵損的材料是目前軟磁領(lǐng)域最熱門的研究方向。

非晶態(tài)合金由于原子結(jié)構(gòu)排列表現(xiàn)出長程無序，短程有序性，沒有晶界的存在，因此具有許多優(yōu)于傳統(tǒng)金屬塊狀合金的重要性質(zhì)，以滿足各種應(yīng)用需求。近幾十年來，為了滿足磁性材料在傳感器以及感應(yīng)設(shè)備中的需要，人們對最近發(fā)展的納米晶合金的軟磁性能進(jìn)行了大量研究，特別是納米晶軟磁材料引起了人們廣泛的研究興趣。其中主要原因是它的軟磁性能兼?zhèn)淞烁黝悅鹘y(tǒng)軟磁材料的優(yōu)點(diǎn)，如高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，高磁導(dǎo)率和低鐵損等。納米晶軟磁合金適應(yīng)了各類電子向高效節(jié)能，小型輕量化方向發(fā)展的需求，被譽(yù)為新一代軟磁材料。納米晶合金帶材主要用于制作各類高品質(zhì)卷繞鐵芯，制備變壓器，制作微型變壓器、片狀電感、防盜防偽標(biāo)簽和各類傳感器等，并在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，通訊和自動(dòng)化等電子信息領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

其中，最引人注目的前沿研究在于Fe基非晶、納米晶合金的開發(fā)。這主要是由于Fe基非晶、納米晶合金具有高電阻率、低鐵損、高強(qiáng)韌性、高磁導(dǎo)率以及較高的飽和磁化強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)制備工藝簡單、節(jié)能環(huán)保，因而非常有望成為硅鋼和軟磁鐵氧體的換代產(chǎn)品，從而廣泛用于各種電力和電子設(shè)備。

納米晶軟磁材料是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)率和低鐵損等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。對納米晶軟磁材料研究始于1988年，日立金屬公司的Yoshizawa等人發(fā)現(xiàn)的Fe-Si-B-Nb-Cu系合金。由于該系列合金具有獨(dú)特的納米晶結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的軟磁性能，因而引起了研究人員的廣泛注意。

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。

NANOPERM合金軟磁綜合性能不及FINEMET合金，還因含有大量易氧化的貴金屬元素Zr造成成本高昂且制備工藝復(fù)雜，至今未得到真正的推廣應(yīng)用；HITPERM合金系在NANOPERM合金基礎(chǔ)上發(fā)明而來，由于添加了貴金屬元素Co導(dǎo)致軟磁綜合性能下降、成本增高，至今也未得到推廣應(yīng)用。相比而言，F(xiàn)INEMET合金的綜合性能最好，已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，但該合金系也具有比較明顯的缺點(diǎn)：其高頻鐵損相對較大，飽和磁化強(qiáng)度相對較低，最高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度僅為1.4T，而綜合性能較好的Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉合金在最佳退火條件下的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度僅為1.24T，極大地限制了其應(yīng)用范圍。

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，通過優(yōu)化制備工藝，調(diào)整合金成分，研究開發(fā)新的合金體系來改善納米晶的軟磁性能，同時(shí)降低加工成本。目前，為了優(yōu)化納米晶軟磁合金的性能，科研人員已經(jīng)研究了多種合金體系并申請了多項(xiàng)國家發(fā)明專利，具體包括：

中國專利申請CN1392573A公開了一種納米晶軟磁材料及其制備方法。合金的化學(xué)成分包括Fe、Ni、P、B、Cu和Nb，具體含量(原子百分比)為Fe＝60-64％；Ni＝12-18％；P＝13-16％；B＝5-7％；Cu＝0-2％；Nb＝0-3％。生產(chǎn)工藝采用球磨法，以不同轉(zhuǎn)速球磨30-80小時(shí)，然后在惰性氣體氛圍中加熱至晶化溫度和高于晶化溫度30℃之間的任意溫度并保溫0.5-1小時(shí)。所得到的合金的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度不高，鐵損較高，加工也比較復(fù)雜。