[發(fā)明專利]納米晶體磁性合金及其熱處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680008309.2
• 申請日: 2016-01-05
• 公開（公告）號: CN107532267B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 太田元基;伊藤直樹
• 申請（專利權(quán)）人: 梅特格拉斯公司;日立金屬株式會社
• 主分類號: C22C45/02
• 分類號: C22C45/02;H01F1/147
• 代理公司: 深圳市百瑞專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 44240
• 代理人: 金輝

一種納米晶體合金帶，具有局部結(jié)構(gòu)和至少為200mm的帶曲率半徑，所述局部結(jié)構(gòu)具有分散在非晶基質(zhì)中平均粒度小于40nm的納米晶體，所述納米晶體占據(jù)所述帶的30體積百分比以上。所述帶可以具有鐵基合金組合物，包含0.6原子百分比?1.2原子百分比的Cu、10原子百分比?20原子百分比的B和大于0原子百分比且高達(dá)10原子百分比的Si，其中B和Si的組合含量為10原子百分比?24原子百分比。

發(fā)明背景

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實施例涉及具有高飽和感應(yīng)、低矯頑力和低鐵損的納米晶體磁性合金，基于該合金的磁性部件及其熱處理方法。

背景技術(shù)

結(jié)晶硅鋼、鐵素體、鈷基非晶軟磁合金、鐵基非晶及納米晶體合金已經(jīng)廣泛應(yīng)用于磁感應(yīng)器、電扼流圈、脈沖功率器件、變壓器、電動機、發(fā)動機、電流傳感器、天線磁芯和電磁屏蔽片。廣泛使用的硅鋼價格便宜，表現(xiàn)出高飽和感應(yīng)，但在高頻率下是有損耗的。高磁損耗的原因之一是其矯頑力H_c高達(dá)約5A/m。鐵素體具有較低的飽和感應(yīng)，因此在用于高功率磁感應(yīng)器時磁飽和。鈷基非晶合金相對昂貴，導(dǎo)致飽和感應(yīng)通常小于1T。由于它們的飽和感應(yīng)較低，由鈷基非晶合金構(gòu)成的磁性部件需要大尺寸以補償?shù)陀陲柡透袘?yīng)B_s的低水平的工作磁感應(yīng)。鐵基非晶合金的B_s為1.5T-1.6T，低于硅鋼的B_s～2T。如上概括，顯然需要的是具有超過1.6T的飽和感應(yīng)和小于5A/m的矯頑力H_c的磁性合金。

在國際申請專利公開WO2007/032531(以下簡稱“’531公開”)中已經(jīng)教導(dǎo)了具有高飽和感應(yīng)和低矯頑力的鐵基納米晶體合金。該合金具有化學(xué)組成Fe_100-x-y-zCu_xB_yX_z(X:Si、S、C、P、Al、Ge、Ga和Be中的至少一種)，其中x、y、z為0.1≤x≤3、10≤y≤20、0z≤10且10y+z≤24(全部為原子百分比)，并且具有平均直徑小于60nm的結(jié)晶粒子的分布占據(jù)超過該合金30體積百分比的局部結(jié)構(gòu)。該合金含有銅，但其在合金中的技術(shù)作用尚未明確。在’531公開中，認(rèn)為銅原子形成原子團(tuán)簇作為納米晶體的種子，通過材料制造后的熱處理將其尺寸增長到具有’531公開中定義的局部結(jié)構(gòu)。另外，根據(jù)傳統(tǒng)的冶金定律，由于銅的混合熱與鐵呈正相關(guān)，所以認(rèn)為銅簇可能存在于熔融合金中，這確定了熔融合金中的上銅含量。然而，隨后變得清楚，銅在快速凝固期間達(dá)到其溶解度極限，因此析出，開始納米結(jié)晶過程。在超冷卻條件下，為了實現(xiàn)所設(shè)想的在快速凝固時能夠開始納米結(jié)晶的局部原子結(jié)構(gòu)，銅含量x必須在1.2-1.6之間。因此，’531公開中0.1≤x≤3的銅含量范圍已經(jīng)大大降低。事實上，’531公開的合金由于局部結(jié)晶而認(rèn)為是脆性的，因此難以處理，盡管獲得的磁性能是可以接受的。另外，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的材料鑄造是困難的，因為’531公開的合金的快速凝固條件隨凝固速度而變化很大。因此，希望對’531公開的產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

在改進(jìn)’531公開的產(chǎn)品的過程中，發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過快速加熱原本不具有澆入的微細(xì)晶體粒子的合金而在合金中形成微細(xì)的納米晶體結(jié)構(gòu)。還發(fā)現(xiàn)經(jīng)熱處理的合金表現(xiàn)出優(yōu)異的軟磁性能，例如超過1.7T的高飽和感應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，合金中的納米結(jié)晶機理與現(xiàn)有技術(shù)合金的不同(參見例如美國專利號8,007,600和國際專利公開WO2008/133301)，其中玻璃形成元素如P和Nb被其它元素取代導(dǎo)致結(jié)晶期間在合金中形成的非晶相的熱穩(wěn)定性的增強。此外，元素取代抑制了熱處理期間析出的結(jié)晶粒子的生長。另外，合金帶的快速加熱降低了材料中的原子擴散速率，導(dǎo)致晶體成核位置的數(shù)量減少。元素P難以保持其在材料中的純度。P傾向于在低于300℃的溫度下擴散，降低合金的熱穩(wěn)定性。因此，P不是合金中期望的元素。眾所周知，元素如Nb和Mo可以提高玻璃態(tài)或非晶狀態(tài)Fe基合金的成形性，但由于它們的非磁性和大的原子尺寸而傾向于降低合金的飽和感應(yīng)。因此，在優(yōu)選的合金中這些元素的含量應(yīng)盡可能低。