[发明专利]一种低成本的高导磁铁基非晶纳米晶软磁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于软磁合金材料技术领域，具体涉及一种低成本的高导磁铁基非晶纳米晶软磁合金及其制备方法。

背景技术

软磁材料是一种常用的功能材料，在电力、电机和电子等工业领域得到了广泛的应用。19世纪以来，软磁合金得到了长足的发展，先后产生了电工纯铁、硅钢、坡莫合金、铁铝合金、铁硅铝合金、铁钴合金、软磁铁氧体及Fe基非晶纳米晶软磁合金等一系列的软磁合金。

铁基非晶纳米晶软磁合金具有高电阻、高磁导率、低铁损及较高的饱和磁通密度，自1988年日本日立Yoshizawa等人发现Finemet软磁合金以来，铁基纳米晶软磁合金得到了广泛的关注，特别是Finemet合金以其优异的软磁综合性能、较低的工业成本、简单的制备条件，使其在电子电工行业内得到了一定的应用。然而这种铁基非晶纳米晶软磁合金与工业上常用的硅钢相比，饱和磁感应强度Bs上仍有很大差距，因此，需要制备出具有高饱和磁通密度的纳米晶软磁合金才能进一步满足工业生产的需要。

近几年来，先后发现了Fe-Si-B-P-Cu和Fe-Si-B-C-Cu的软磁纳米晶软磁合金，其饱和磁通密度可达到1.8T，极大程度的提高纳米晶软磁合金的饱和磁通密度，但是，这种合金中Fe的含量较高，非晶形成能力较弱，制备条件要求苛刻，使得甩带时铜辊转速较高，且对原料的纯度要求较高，这就影响了其在工业生产中的应用。有研究表明，用Nb取代Fe-Si-B-P-Cu中的P，可以避免P在生产过程中的迸溅，提高产品性能的一致性，同时添加Nb后可以提高合金的抗氧化性、提高合金非晶形成能力和细化晶粒。但是Nb的价格较为昂贵，存在原材料成本高的问题，不利于工业化生产。CN103924169A报道了在Fe-Si-B-P-Cu-Nb合金基础上降低Nb的含量并掺杂微量的稀土钇进行改性，以降低生产成本，同时纳米晶合金产品具有优异的导磁率和低矫顽力，但是其饱和磁感应强度Bs(H＝5A/m时)只大于1.0T左右，仍需进一步提高。

由此可见，开发一种容易实现工业化生产的高导磁纳米晶软磁合金，对于纳米晶软磁合金的开发和应用具有重要意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提出一种具有成分设计合理，稀土元素含量较低，制备处理工艺简单和产品具有高导磁的铁基非晶纳米晶软磁合金；本发明的另一目的在于提出具有上述性质的纳米晶软磁合金的制备方法。

技术方案：为实现上述的第一目的，本发明采用以下技术方案：

一种低成本的高导磁铁基非晶纳米晶软磁合金，分子式为Fe_aSi_bB_cM_dCu_eNb_fM’_g，其中M为Al或Zn，M’选自Y、Gd或Er中的一种或几种，a、b、c、d、e、f、g为质量百分比，取值范围分别为：79≤a≤88.5，8≤b≤11，0.05≤c≤2，0..8≤d≤1.5，0.7≤e≤2.5，2≤f≤4，0.008≤g≤0.02。

作为优选，所述软磁合金的高饱和磁感应强度Bs为1.632～1.74T。

作为优选，所述软磁合金的纳米晶结构包括非晶基体和纳米晶粒相，所述的纳米晶粒相为体心立方的α-Fe，其平均晶粒尺寸小于15nm，其中优选晶粒尺寸为11nm。

作为本发明的第二目的，本发明还提供了上述低成本的高导磁铁基非晶纳米晶软磁合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)原材料配比：将纯铁、多晶硅、硼铁、纯铜、纯铝或纯锌、铌铁、稀土金属中的Y、Gd和/或Er按照所述软磁合金分子式中各元素的质量百分比进行配料，得到母合金原料；

(2)母合金原料熔炼：将配比好的母合金原料依次按照少量纯铁和铌铁、少量硼铁和少量纯铁、铜和铝或铜和锌、稀土元素中的Y、Gd和/或Er、少量硼铁和少量纯铁、多晶硅、和余量纯铁的顺序在中频熔炼炉中从底部到上部叠放，加入中频熔炼炉内在大气环境下进行熔炼，中频熔炼炉的起始熔炼功率为35KW，以0.5-2KW/min的速率升至130-140KW，至母合金原料完全熔化，停止加热，将炼钢造渣剂覆盖在熔融的合金溶液上，5-10min后捞渣，然后将中频熔炼炉翻转重复熔炼3-5次，随后中频熔炼炉的功率迅速降至起始熔炼功率，合金溶液凝固后得到成分均匀一致的母合金铸锭；