[发明专利]高饱和磁化强度铁基非晶纳米晶软磁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有高饱和磁化强度的铁基非晶纳米晶软磁合金及其制备方法。

背景技术

铁基非晶和纳米晶软磁合金具有优良的综合软磁性能，如高饱和磁感值、高导磁率、低矫顽力、低损耗、低激磁电流和良好的稳定性等特点，可用于配电变压器、中频电源变压器和开关电源变压器的铁芯、滤波电抗器、饱和电抗器、马达定子以及磁传感器等，是应用和研究最广的非晶纳米晶合金之一。     由于铁基非晶纳米晶合金的应用具有重大的经济意义和社会效益，数十年来有关非晶和纳米晶合金的研究始终是材料和凝聚态物理领域内的研究热点。最引人注目的研究开始于1988年日立金属公司的Yoshizawa等人发现的Fe-Cu-Nb-Si-B系合金。由于该系列合金具有独特的纳米晶结构和优异的软磁性能，引起了研究人员的广泛注意。经过二十多年的研究，目前的纳米晶软磁合金主要包括三个合金体系，即FeCuMSiB（M=Nb，Ta，W等）系Finemet合金、FeMBCu（M=Zr，Hf，Nb等）系Nanoperm合金以及FeCoMCuB（M=Zr，Hf，Nb等）系Hitperm合金。其中，Nanoperm和Hitperm合金虽然饱和磁化强度较高，但软磁综合性能不及Finemet合金，同时还因为含有大量易氧化的贵金属元素（如Zr、Nb、Co等）导致成本高且制备工艺复杂，并未得到真正的推广应用。Finemet合金由于其较好的综合软磁性能以及较低的成本目前在许多领域得到广泛的应用。然而其饱和磁感应强度相对较低（最高仅为1.4T，通常在1.2T左右）。这导致其与高饱和磁感应强度的硅钢相比，在相同工作条件下应用时需要较大的体积，极大的限制其应用。为适应器件的轻量化、小型化发展的要求，对于新型高饱和磁感应强度、高磁导率、低损耗、良好高频性能的软磁材料的需求越来越大。随着国家节能减排政策的实施（要求低损耗），研究开发同时具有高饱和磁感应强度和低损耗的新型铁基纳米晶软磁合金变得日益重要。对于纳米晶软磁材料而言，要提高合金的饱和磁感应强度，需尽量增加铁含量，并相应减少合金内的非铁磁性类金属元素。但是，这些类金属元素含量的减少会导致纳米晶合金前驱体（非晶）的非晶形成能力的下降，从而给非晶带材的制备带来困难，并导致软磁性能的恶化。因此，迫切需要开发一种制备工艺简单且软磁性能优异的新型铁基非晶纳米晶合金，其对于促进我国铁基非晶纳米晶软磁材料及其器件相关产业的发展具有重要的意义。

发明内容

本发明目的是：针对上述问题，本发明提供一种具有高饱和磁化强度铁基非晶纳米晶软磁合金，同时还公开了该合金的制备方法，旨在解决目前铁基非晶纳米晶软磁合金材料饱和磁感应强度较低的问题，

本发明的技术方案是：所述的高饱和磁化强度铁基非晶纳米晶软磁合金，由以下相应摩尔百分比的成分制成：

68~90%的铁，          

0~6%的X，所述X选至铝、铬、锰、钛、钒中的一种或一种以上，

0~2%的铜，

3~20%的硅，

4~20%的硼，

以及0~10%的磷。

也就是说，这种高饱和磁化强度铁基非晶纳米晶软磁合金的成分及各成分的摩尔量可用以下分子简式表示：Fe_aX_bCu_cSi_dB_eP_f，其中，68≤a≤90,0≤b≤6，0≤c≤2，3≤d≤20，4≤e≤20，0≤f≤10，且a+b+c+d+e+f=100，X为Al、Cr、Mn、Ti、V中的一种或一种以上。

上述这种高饱和磁化强度铁基非晶纳米晶软磁合金的制备方法，包括以下步骤：

1）按照以下摩尔百分比配比原料：

68~90%的铁，

0~6%的X，所述X为铝、铬、锰、钛、钒中的一种或一种以上（比如：X为铬、锰和钛，则铬、锰、钛三者的摩尔百分比之和在0~6%之间），

0~2%的铜，

3~20%的硅，

4~20%的硼，

以及0~10%的磷；

2）将配比好的原料装入真空感应炉的坩埚中，在真空条件下采用中频感应熔炼的方法把原料反复熔炼至少3遍，并在熔炼过程中进行搅拌使各原料混合均匀，并浇注成合金锭；

3）将熔炼得到的合金锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中进行超声清洗，取出后自然晾干待用；

4）将清洗干净的块体合金放入急冷制带设备的石英管中，使用单辊甩带法制备出非晶合金薄带；