[发明专利]一种高频高磁感应强度铁基纳米晶软磁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁基纳米晶软磁合金材料技术领域，特别涉及一种高频高磁感应强度铁基纳米晶软磁合金及其制备方法。

背景技术

随着电力电子器件向高频化、轻量化方向的发展，对其中所用的软磁材料的软磁性能指标要求越来越高。而铁基纳米晶合金恰恰具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低铁损和低矫顽力等优异软磁性能，且成本低和节能效果好等优点，被广泛应用于高频开关电源变压器、高中频大功率变压器、脉冲变压器、电子变压器、逆变式电焊机变压器及配电变压器等电力电子器件中，有利于促进产品节能环保、小型化、轻量化发展。

铁基纳米晶合金是由非晶合金经过热处理得到的非晶基体和纳米晶粒两相组成。自1988年，日本日立金属公司的Yoshizawa等人发现了Fe-Si-B-Nb-Cu纳米晶体系，由于其高磁导率、低矫顽力等优点而得到广泛的应用。同时在国内外也掀起了铁基纳米晶软磁合金的研究热潮。经过几十年的研究探索，目前的纳米晶软磁合金主要包括四个体系：FeSiBMCu(M＝Nb,Ta,W,Mo等)系Finemet合金，FeMB(Cu)系(M＝Zr,Hf,Nb等)Nanoperm合金，(Fe,Co)MBCu系(M＝Zr,Hf,Nb等)系Hitperm合金以及FeSiBPCu系Nanomet合金。其中，Finemet合金虽具有优异的软磁性能，但因Fe元素含量较低，其典型成分Fe_73.6Nb₃Si_13.5B₉Cu₁的饱和磁感应强度仅为1.24，一定程度上限制了在向小型化发展的电力电子器件上的应用；Nanoperm系与Hitperm系合金随具有较高的饱和磁感应强度且磁致伸缩系数趋近于零，但大量的易氧化贵金属Zr，Hf等元素存在，以及Hitperm系合金中含有大量的Co元素，导致合金生产成本提高，同时使得制备工艺复杂，因此难以得到推广应用。而高铁含量Fe-Si-B-P-Cu合金体系具有极高的饱和磁感应强度可达1.9T，具有广阔的应用前景。但是，苛刻的带材制备工艺要求以及复杂的快速升温热处理工艺条件限制了该合金体系的广泛应用。

目前，在电力电子器件向小型化及节能环保方向发展的趋势下，迫切需求开发一种高饱和磁感应强度的软磁合金材料。而对于Finemet合金体系来说，要提高合金的饱和磁感应强度，一方面就要提高铁磁性元素的含量，另一方面要尽可能多地提高α-Fe纳米晶相的析出量且要保证纳米晶粒尺寸较小且均匀分布在非晶基体上。

此外，铁基纳米晶软磁合金最终是以带材绕制成环并经过热处理制备出铁芯的形式应用于电力电子器件中的。对于企业来说，大批量的纳米晶铁芯热处理过程中会出现受热不均匀，纳米晶粒析出量少且不均匀，导致饱和磁感应强度低和软磁性能差，生产出的纳米晶铁芯质量稳定性差，严重制约着铁基纳米晶软磁合金的推广应用。所以，铁基纳米晶软磁合金不仅应具有优异的综合软磁性能，还应该具有较高的热稳定性，即具有较宽的最佳热处理温度、时间区间。为此，科研人员付出了大量精力，力求研究开发新的合金体系来改善纳米晶合金的综合性能。因此，开发兼具优异综合软磁性能、高热稳定性和宽热处理温度和时间窗口的新型铁基纳米晶软磁合金成为国内外研究人员的关注热点。

日立金属株式会社申请专利CN101796207B公布了一种FeSiBMCu纳米晶合金体系，该纳米晶合金具有高的磁导率和低的矫顽力。然而，该合金标准成分的饱和磁感应强度仅为1.24T，有待进一步提高；此外，此合金中含量较多含量的贵金属元素，生产成本较高。

以上专利虽然通过成分的调整及热处理工艺的优化一定程度上改善了纳米晶合金的软磁性能，但是仍然存在着高饱和磁感应强度、低生产成本和高热稳定性不能兼具的缺点。

综上所述，开发一种兼具高饱和磁感应强度、低成本及高热稳定性的铁基纳米晶软磁合金材料对于促进新型绿色节能电力电子器件的开发和铁基纳米晶软磁合金的推广应用具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种高频高磁感应强度铁基纳米晶软磁合金，兼具高饱和磁感应强度、低成本及高热稳定性。