[发明专利]一种铁基非晶纳米晶软磁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性材料及其制备技术领域，尤其是涉及一种铁基非晶纳米晶软磁合金及其制备方法。

背景技术

八十年代以来，由于计算机网络和多媒体技术、高密度记录技术和高频微磁器件等的发展和需要，越来越要求所用各种元器件高质量、小型、轻量，这就要求制造这些器件所用的软磁合金等金属功能材料不断提高性能，向薄小且高稳定性发展。正是根据这种需要，1988年日本日立金属公司的吉泽克仁(Yoshizawa)等人首先发现，在Fe-Si-B(Metglas)非晶合金的基体中加入少量Cu和M(M＝Nb、Ta、Mo、W等)，经适当的温度晶化退火以后，发现在非晶基体上均匀分布着许多无规取向的具有b.c.c结构的超细α-Fe(Si)晶粒(D约为10nm～15nm)软磁合金。这时材料磁性能不仅不恶化，反而非常优良，这种非晶合金经过特殊的晶化退火而形成的晶态材料称为纳米晶合金。其典型成份为Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉，商品牌号为“Finemet”。吉泽克仁的发现掀起了世界范围内纳米晶软磁合金的研究热潮。1990年，日本的铃木(Suzuki)等人又推出了Fe-M-B(M＝Zr、Hf、Nb或Ta)系的纳米晶软磁合金，其饱和磁感应强度高达1.7T，在这些合金中加入少量的Cu、Nb、Mo、Ta等元素后也可以获得优良的综合软磁性能。

由于铁基非晶纳米晶软磁合金的独特的结构及其具有的高饱和磁感应强度、高初始磁导率、低矫顽力、低损耗等一系列优异的软磁性能，已引起了国内外众多学者极大的关注和研究兴趣，并成为近年来非晶和纳米晶材料的研究热点。此外，铁基非晶纳米晶软磁合金的制备工艺简单、成本低廉，可以代替钴基非晶合金、晶态坡莫合金和铁氧体，被广泛应用于高频变压器、扼流器、传感器等领域，具有很好的应用前景。

铁基纳米晶软磁合金一般采用非晶晶化法获得，其制备过程可分为两个阶段：一是通过快速凝固获得非晶态合金；二是对非晶态前驱体进行晶化退火形成非晶纳米晶双相结构，同时消除快速凝固过程中产生的残留内应力，从而减小应力诱导的各向异性。非晶纳米晶双相结构可明显降低磁晶各向异性和饱和磁致伸缩系数，从而得到具有低矫顽力、高初始磁导率等优异软磁性能的材料。非晶纳米晶的微观结构(纳米晶合金的晶粒尺寸及纳米晶的体积分数)及物理性能与晶化退火时的热处理参数密切相关。

然而目前商品化的Finemet合金中含有Nb元素。Nb的加入会使得合金在熔融喷带过程中的流动性变差，不利于形成非晶带材。此外，Nb较为珍稀且昂贵，提高了材料的成本。

中国专利CN 101834046A公布了一种高饱和磁化强度铁基纳米晶软磁合金及其制备方法，其特征在于其是由铁、硅、硼、磷、铜构成的Fe_xSi_yB_zP_aCu_b合金，式中x、y、z、a、b分别表示各对应组分的原子百分比含量，其中x＝70-90％、y＝1-15％、z＝1-20％、a＝1-20％、b＝0.1-1％，且x+y+z+a+b＝100％；该铁基纳米晶软磁合金的微结构为尺寸介于1-35nm的体心立方α-Fe(Si)纳米晶相与富含磷和硼的非晶相共存，且以非晶相为基体相。制备方法主要是将配比好的原料先制备成合金锭，然后制成非晶合金，再进行其它工序的处理，最后得到高饱和磁化强度的铁基纳米晶软磁合金。该发明能够大幅提高纳米晶软磁合金的饱和磁化强度，同时能够保持较低的矫顽力并有效降低原材料成本。然而P的加入会导致合金在制备过程中容易氧化，且材料的矫顽力比商品化的Finemet合金高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低成本、低损耗的铁基非晶纳米晶软磁合金及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种铁基非晶纳米晶软磁合金，该合金的成分组成由化学式表示为Fe₇₃Cu₁Nb_3.5-xV_xSi_13.5B₉，其中，0＜x≤3。

一种铁基非晶纳米晶软磁合金的制备方法，该方法包括以下步骤：