[發明專利]一種鐵基非晶/納米晶軟磁合金薄帶及其制備方法

在審

• 申請號: 201610323126.1
• 申請日: 2016-05-16
• 公開（公告）號: CN105755404A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 李強;史少凱;王興華;許超群;馮玉婷;董闖;劉帥
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C22C45/02
• 分類號: C22C45/02;B22D11/06
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

技術領域

本發明涉及合金領域，尤其涉及一種具有非晶納米晶復合結構以及高飽和磁感應強度的軟磁合金薄帶及其制備方法。

背景技術

軟磁合金材料是較早開發出的一類磁性功能材料，從最初發現到現在，其經歷了電工純鐵、電工鋼、坡莫合金、Fe～Co合金、軟磁鐵氧體以及非晶合金等體系。其中，非晶態合金軟磁材料具有電阻率高、磁導率高、損耗低的特點，同硅鋼相比，其生產工藝簡單，無需特殊加工，被認為是理想的鐵芯材料。

然而，與傳統的硅鋼鐵芯材料相比，非晶態合金軟磁材料仍然存在一些不足，最大的不足在于其飽和磁感應強度較低。傳統的取向硅鋼的Bs值可以達到2.0T，而典型的鐵基非晶合金Fe₇₈Si₉B₁₃的Bs值僅為1.5左右。

Fe基非晶合金的飽和磁感應強度和磁導率很高,同時具有較低的矯頑力和較低的鐵損耗,是性能優良的軟磁功能材料,非常適合用來制作變壓器鐵芯等各種磁性元器件。

1988年,Yoshizawa等將含有Cu、Nb的Fe-Si-B系非晶合金薄帶進行退火處理后,得到15nm左右的細小晶粒(α-Fe(Si)相)均勻分布在其非晶基體上的非晶/納米晶結構,具有優異的軟磁性能,被命名為FINEMET。隨后,人們利用V、Cr、W、Mo等替代Nb元素,將該合金系發展成Fe-Si-B-Cu-M(M＝Nb,V,Cr,W,Mo等)系合金。如,張延忠等用低成本的V、W、Cr、Mo等元素替代Nb元素,制備出成本更低但仍保持良好軟磁性能的FINEMET合金；后來,Yoshizawa又通過提高Fe元素含量并適當調整其它元素含量,制備出了軟磁性能更加優異的Fe₇₇Cu_0.6Nb_2.6Si₁₁B₉合金,其飽和磁感應強度Bs高達1.45T,在頻率為1kHz下的相對磁導率高達15×10⁴。

雖然各國學者對Fe-Cu-Si-B-M系合金研究較多,然而大多為Fe含量<80％的低Fe含量合金,而對高Fe含量(大于等于80％)合金的研究較少。

發明內容

本發明的目的為針對當前技術的不足，提供一種鐵基非晶/納米晶軟磁合金薄帶及其制備方法。該合金為進一步提高合金的飽和磁感應強度,可在Fe-Cu-Nb-Si-B合金系的基礎上,通過提高Fe元素含量并適當調整其它元素含量,可在Fe-Si-B合金系的基礎上,添加過度金屬元素M(M＝Cu,Zr,Nb,Mo)，同時提高Fe元素含量達到80％以上，從而制備出具有高飽和磁感應強度的Fe基非晶/納米晶合金軟磁材料。

為此,本發明主要利用單輥甩帶法,通過元素替代、摻雜和提高Fe元素含量的方法,以期制備出軟磁性能更加優異的Fe-Cu-Nb-Si-B系非晶/納米晶合金。

本發明的技術方案如下：

一種鐵基非晶/納米晶軟磁合金薄帶，該合金薄帶的元素組成的化學表達式為Fe_aSi_bB_cCu_dMe_e，其中，原子百分比為Fe＝a％,a＝80～85；Si＝b％,b＝2～13；B＝c％，c＝5～13；Cu＝c％,d＝0.5～2；Me＝e％,e＝0.5～5；a+b+c+d+e＝100；所述Me為Zr、Nb或Mo。

所述合金薄帶的厚度為15～40μm，寬度為1～5mm。

所述的鐵基非晶/納米晶軟磁合金薄帶的制備方法，包括如下步驟：

(1)按所述的原子百分比稱取Fe、Si、B、Cu和Me；

(2)抽真空，在保護氣氛下將步驟(1)配好的原料在電弧熔煉爐加熱到1200～1400℃熔煉5～30min；

(3)在保護氣氛下，將步驟(2)熔煉的液態合金于1200～1400℃下噴射于銅輥，制得鐵基非晶納米軟磁合金薄帶。

所述步驟(2)中所述抽真空至≤5×10^-3Pa；

所述步驟(2)和(3)中所述保護氣體為氬氣或氮氣；

所述步驟(3)中銅輥的表面線速度為20～60m/s。

所述的鐵基非晶合金帶材的厚度為15～40μm，寬度為1～5mm。

所述的所述的鐵基非晶/納米晶軟磁合金薄帶的應用，用于制備電子設備鐵芯；所述電子設備是電機、變壓器、電抗器或互感器。

本發明的實質性特點為：