[发明专利]一种铁基纳米晶软磁合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种软磁合金材料及其制备方法，具体涉及一种铁基纳米晶软磁合金材料及其制备方法，该材料兼具高饱和磁感应强度和低损耗的性能。

背景技术

软磁合金材料自问世以来，因其具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低损耗、低矫顽力等各项优异的软磁性能而受到了极其广泛的重视和深入的开发。而且，随着科技发展，电子设备趋向于小型化，所以开发同时具有高饱和磁感应强度和低损耗的软磁合金材料是目前软磁领域最热门的研究方向之一。

铁基（Fe基）纳米晶软磁合金是由非晶基体和纳米晶共同组成的，由非晶部分晶化而得到，对该软磁合金的研究始于1988年日立金属公司的Yoshizawa等人发现的Fe-Si-B-Nb-Cu系合金。由于该系合金具有独特的纳米晶结构和优异的软磁性能，因而引起了科技领域的广泛注意。作为继非晶材料之后的一个突破性进展，Fe基纳米晶合金材料的发明将软磁材料的研究开发推向了一个新的高潮。

目前，现有的纳米晶软磁合金主要包括三个合金体系，即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。其中， NANOPERM合金虽然饱和磁感应强度较高，但软磁综合性能不及FINEMET合金，同时还因含有大量易氧化的昂贵的金属元素Zr、Hf、Nb等造成成本高昂且制备工艺复杂，至今未得到真正的推广应用；而在NANOPERM合金系基础上发明的HITPERM合金系，虽然其居里温度和饱和磁感应强度均高于NANOPERM合金，高频特性也优于NANOPERM合金，但由于添加了昂贵的金属元素Co导致软磁综合性能下降、成本增高，至今也未得到推广应用。

相比而言，FINEMET合金的综合性能最好，已经获得了广泛的应用，但该合金系具有比较明显的缺点：其高频损耗相对较大，饱和磁感应强度相对较低，最高饱和磁感应强度仅为1.4T，而综合性能较好的Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉合金在最佳退火条件下的饱和磁感应强度仅为1.24T。这导致其与高饱和磁感应强度软磁材料相比，在相同工作条件下应用时需具有较大的体积，因而极大地限制了其应用范围。

目前，电器的小型化和高性能化迫切地需要使用高饱和磁感应强度的软磁材料作为磁芯。对于纳米晶软磁而言，要提高合金的饱和磁感应强度，需尽量增加Fe的含量，相应减少合金内的非铁磁性元素。但是，这些非铁磁性元素多为非晶形成元素，其含量的减少会导致母合金非晶形成能力的下降，从而造成纳米晶材料尺寸的减小。

由此可见，饱和磁感应强度和非晶形成能力是一对矛盾。如何平衡这个矛盾，在不降低合金非晶形成能力的前提下合成饱和磁感应强度较高、同时成本也较低的纳米晶软磁材料，是当前纳米晶软磁研究中亟待解决的问题。

纵观软磁合金材料领域，有多项关于优化其性能的研究成果并已申报了国家专利，具体包括:

中国专利CN1162652A公开了一种纳米晶铁基软磁合金：合金具体成分（重量百分比）包括：Zr（或Y）=0.9-5%、Nb=4-15%、Si=3-18%、B=1-5%、其余为Fe。通过调节合金的成分，提高了条带的韧性，所得到的合金条带的最佳软磁性能为：饱和磁感应强度1.4-1.6T，矫顽力小于2.4A/m。

中国专利CN1392573A公开了一种纳米晶软磁材料及其制备方法：提供了一种铁基纳米晶软磁合金的化学成分和生产工艺。合金化学成分包括Fe、Ni、P、B、Cu、Nb，具体含量（原子百分比）为：Fe=60-64%、Ni=12-18%、P=13-16%、B=5-7%、Cu=0-2%、Nb=0-3%。生产工艺采用球磨法，以不同转速球磨30-80小时，然后在惰性气体氛围中加热至晶化温度和高于晶化温度30℃之间的任意温度并保温0.5-1小时。所得到的合金的最佳软磁性能为：饱和磁感应强度1.2-1.5T，矫顽力小于2A/m。