[发明专利]无定型的Fe100-a-bPaMb合金箔及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及式Fe_100-a-bP_aM_b所表示的无定型材料的箔，还涉及所述箔的 生产方法。

构成本发明的箔的材料表现出软磁材料的特性，尤其是高饱和磁感应、 低矫顽场、高磁导率和低工频损耗(power frequency loss)。此外，所述材料 可能具有令人感兴趣的机械和电性能。

特别地，本发明的箔可用作变压器、发动机、发电机和磁屏蔽罩的铁 磁芯。

背景技术

磁通线集中的磁性材料有许多工业用途，从永磁体到磁记录头。尤其 是，对施加的磁电场曲线具有高磁导率和几乎可逆磁化的软磁材料在电力 设备中有着广泛的应用。商用铁硅变压器钢所具有的相对磁导率可以高达 100000，饱和感应约2.0T，电阻率高达70μΩcm，并且50/60Hz时的损耗为 几瓦/kg。即使这些产品具有有利的特征，但是这类变压器所发出的电力损 耗代表着显著的经济损失。自1940年代以来，已经开发出了损耗越来越低 的晶粒取向的Fe-Si钢[US 1,965,559(Goss)，(1934)，还可参见例如综述文章： ″Soft Magnetic Materials″，G.E.Fish，Proc.IEEE，78，p.947(1990)]。受Pry和 Bean模型[R.H.Pry和C.P.Bean，J.Appl.Phys.，29，p.532，(1958)]的启发(该模 型识别了基于畴璧运动的不规则损耗的机理)，例如，通过激光刻划[I. Ichijima，M.Nakamura，T.Nozawa和T.Nakata，IEEE Trans Mag，20，p.1557， (1984)]或通过机械刻划(scribing)，现代磁性材料得以受益于磁性晶畴的精细 化。该方法导致在60Hz时约0.6W/kg的损耗。通过仔细控制热处理和机械 表面蚀刻，可以在薄钢片中得到非常低的损耗[K.I.Arai，K.Ishiyama和H. Magi，IEEE Trans Mag，25，p.3989，(1989)]，在1.7T、50Hz时为0.2W/kg。然 而，商购可得到的材料仍表现出60Hz时低达0.68W/kg的损耗。

在过去的25年间，在许多铁磁体系中晶粒粒度细化已经导致了磁滞损 耗的明显减小。根据Herzer的随机各向异性模型[Herzer，G.(1989)IEEE Trans Mag 25，3327-3329，Ibid 26，p.1397-1402]，对于直径小于磁交换长度的 晶粒(直径小于约30nm)，各向异性现象明显减少，并且发生非常软的磁性 行为，其特征在于低于20A/m的非常低的矫顽场值(H_c)，以及由此带来的 低磁滞损耗。经常地，这些材料由嵌入分散在无定型基体中的纳米晶体构 成，例如：金属玻璃(参见US 4,217,135(Luborsky等))。通常，为了获得这 些所要求的性能，要对最初产生的主要为无定型状态的材料实施细致的应 力消除和/或部分重结晶热处理。

金属玻璃一般通过快速淬火制造，并且通常由20％的如硅、磷、硼或 碳的类金属和约80％的铁制成。这些薄膜的厚度和宽度有限制。此外，从 边缘到边缘和从端部到端部的厚度随表面糙度发生变化。由于与这类材料 生产相关的高成本，对这类材料的关注非常有限。无定型合金还可以通过 真空沉积、溅射、等离子喷涂、快速淬火和电沉积制备。典型的商用带材 的厚度为25μm，宽度为210mm。

基于铁系金属的合金的电沉积是过去十年间金属合金沉积领域最重要 的进展之一。作为成本高效的软磁材料，FeP值得特别注意。FeP合金薄膜 可以通过电化学的、无电的、治金的、机械的和溅射方法生产。电化学加 工使用广泛，通过使用合适的镀覆条件，其使得可以控制涂层组成、微结 构、内应力和磁特性，并且可以低成本实现。

以下提供了一些与铁基合金有关的专利的实例。

US 4,101,389(Uedaira)公开了从铁(0.3～1.7摩尔浓度(M)的二价铁)和次 磷酸盐(0.07～0.42M的次磷酸盐)浴液，使用3～20A/dm²的低电流密度， 1.0～2.2的pH和30～50℃的低温，在铜基底上电沉积无定型的铁磷或铁磷铜 薄膜。沉积薄膜中的P含量为12～30原子％，磁通密度Bm为1.2～1.4T。没 有制备自支撑(free standing)的箔。