[发明专利]一种高平面各向异性Fe3

说明书

本发明提供了一种高平面各向异性Fe₃C高频软磁材料的制备方法及应用，属于高频软磁材料制备技术领域。本发明所述制备方法采用热处理结合电化学腐蚀方法，该制备方法简单，成本低、材料转化率高，易于大规模生产。同时，通过控制热处理工艺实现Fe₃C片层厚度的调控，使其自然共振频率在9‑12GHz范围内精准调谐，实现了优异的高频电磁损耗特性。

技术领域

本发明属于高频软磁材料制备技术领域，具体涉及一种高平面各向异性Fe₃C高频软磁材料的制备方法及应用。

背景技术

软磁材料广泛应用于能源、信息、交通、医疗和国防等领域，是国民经济的关键基础材料。其中应用于电子信息和通讯技术领域的软磁材料旨在解决日益严重的电磁污染问题。随着5G时代的到来，相关电子器件的应用频率已由MHz扩展至GHz，这对软磁材料的磁性能提出新的要求，因此，开发在高频具有优异损耗性能的软磁材料成为近年来研究热点。

但是，根据Snoek极限(μ_i-1)f_r＝(2γ/3)4πM_s可知，软磁材料的自然共振频率和磁导率正比于饱和磁化强度，由于饱和磁化强度不能无限制提高，软磁材料的磁导率和自然共振频率无法同时提升，难以实现高频化应用。研究发现在平面型软磁材料中，其磁化过程将受到面外各向异性场(H_θ)和面内各向异性场的影响，Snoek极限将改进为的形式，由于面外各向异性场大于面内各向异性场，软磁材料的自然共振频率和磁导率将与饱和磁化强度解耦，实现自然共振频率和磁导率的同步提高，使软磁材料在高频具有优异的磁损耗性能。因此，构建具有平面各向异性的片状软磁材料具有重要意义。

目前，片状软磁材料的制备大多采用球磨的工艺。然而，传统球磨法制备片状软磁颗粒厚度较厚，其尺寸大于GHz频率时的趋肤深度，涡流损耗严重。中国专利(CN 105834440A)公开了一种多级球磨方法，发现磁粉在球磨过程中不仅会生塑性变形，而且会发生破碎和冷焊，最终导致一部分磁粉不能完全平面化，不能满足高磁导率的要求。综上所述，亟需开发一种具有高平面各向异性的高频软磁材料。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种高平面各向异性Fe₃C高频软磁材料的制备方法，该Fe₃C高频软磁材料粒径为1～20μm，厚度为0.01～0.2μm，颗粒厚度远小于GHz频率时的趋肤深度可降低涡流损耗。本发明通过控制热处理工艺实现Fe₃C片层厚度的调控，使其自然共振频率可在9-12GHz范围内精准调谐，制备的高平面各向异性Fe₃C高频软磁材料在GHz频段可获得较高的磁导率，实现了优异的高频磁损耗特性。

为了实现上述要求，本发明采取的技术方案为：

一种高平面各向异性Fe₃C高频软磁材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钢块放入加热炉中加热至750～900℃，保温时间为2～6h，使原始组织完全转变成奥氏体并均匀化；

(2)将完全奥氏体化的钢块迅速放入盐浴炉内进行等温退火；

(3)配制浓度为10～100g/L的氯化钾和0.1～0.5g/L的柠檬酸混合溶液作电解液，等温退火后的钢块作工作电极，铂网作对电极，硫酸亚汞电极作参比电极进行电化学腐蚀；设置初始电压为-0.2～-0.7V，4-8h更换一次电解液，电化学腐蚀时间为40～80h；

(4)采用盐酸与无水乙醇的混合溶液清洗、离心步骤(3)得到的腐蚀产物；随后置于真空条件下干燥，烘干温度为30℃～70℃，得到Fe₃C高频软磁材料。

进一步的，所述的钢块为共析钢、亚共析钢和过共析钢中的一种。