[发明专利]一种铁基亚微晶软磁性薄带合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种铁基亚微晶软磁性薄带合金材料及其制备方法。 

背景技术

ZL201080004519.7公开了一种软磁性合金薄带，该合金薄带具有由Fe100-x-y-zAxByXz(A为Cu和/或Au，X为选自Si、S、C、P、Al、Ge、Ga和Be中的至少一种元素，x、y和z分别为以原子％计满足0＜x≤5、10≤y≤22、1≤z≤10和x+y+z≤25的条件的数)表示的组成，具有平均粒径为60nm以下的微细晶粒以50％以上的体积分率分散的母相，表面形成的氧化被膜的B浓度比母相的平均B浓度低。该申请文件还公开了制造软磁性合金薄带的方法：(1)通过将具有上述组成的合金的熔液喷出到旋转的冷却辊上而急冷，形成具有在非晶相中平均粒径30nm以下的微细结晶核以大于0％且小于30％的体积分率分散的母相的初始微结晶合金薄带，(2)对上述初始微结晶合金薄带在具有6～18％的氧浓度的气氛中实施热处理。该软磁性Fe基合金薄带具有1.7T以上的高饱和磁通密度和低顽磁力，但是需要在具有6～18％的氧浓度的气氛中实施热处理制备工艺复杂，成本高。 

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种铁基亚微晶软磁性薄带合金材料，该薄带合金材料具有高饱和磁通密度。 

本发明的另一目的是提供一种铁基亚微晶软磁性薄带合金材料的制备方法，该制备方法工艺简单，无需具有6～18％的氧浓度的气氛中实施热处理，生产成本低，适于工业化生产。 

本发明提供一种铁基亚微晶软磁性薄带合金材料，各成分的重量百分含量为：Gd 4％～7％,Mn 3％～5％，Ni 1％～3％, Al 2％～4％，Zn 0.5％～0.9％, Pd 0.01％～0.05％，Ho 0.01％～0.05％，Ge 0.01％～0.05％，其余为Fe。 

该合金材料的组织特点为亚微晶，晶粒尺寸为150-250nm。 

本发明还提供一种制备铁基亚微晶软磁性薄带合金材料的方法，包括如下步骤： 

（1）按照合金成分进行配料，原料Mn、Ni、Al、Zn 、Pd 、Ho 、Ge 、Fe 的纯度均大于99.9％，Gd以铁钆合金的方式加入，所述铁钆合金中Gd的重量百分数为35%；

（2）将配好的料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1530-1550℃，浇注冷却后得母合金；（3）将重熔管式坩埚置于真空感应成型炉内，其顶部置于真空感应成型炉的转轮轮缘之下2-4mm处，所述重熔管式坩埚内放置一个可上下移动的耐火柱塞，该耐火柱塞和重熔管式坩埚内壁的间隙为0.5-0.9mm，所述母合金置于耐火柱塞顶部、1510-1530℃重熔，形成的合金液被真空感应成型炉的转轮轮缘拖拽形成薄带；

（4）将所述薄带在氮气炉中加热到180-200℃，保温2-3小时；然后升温至350-380℃，保温1-1.5小时，即得到所述铁基亚微晶软磁性薄带合金材料。

步骤（3）所述真空感应成型炉转轮轮缘的旋转线速度为26～29m/s，所得薄带的厚度为200-350μm，宽度为3-5 mm。 

本发明具有如下有益效果：

本发明合金采用的Ho、 Gd和Pd都可提高非晶形成能力。成分中添加的Mn提高非晶相的居里温度。成份中的Ho、Mn、Gd和Pd共同存在可使团簇中原子间相互作用强, 则原子扩散便困难，因此提高材料非晶形成能力。

Al、N i和Zn为晶形核提供位置，促进形核。Pd和Ho是亚微晶合金形成的关键元素,在亚微晶形成过程中抑制晶粒的长大,降低了晶粒尺寸。Pd、Al、Zn和Ho共同作用，保证了亚微晶的形成但限制了其长大。 

N i、Al和Zn具有较好的软磁性能，磁导率和电阻率高。成份中添加的Gd元素是良好的铁磁性元素，使合金材料具有软磁性能。Al、Gd、Zn和Ni结合强化了铁磁性作用，有效提高了材料的磁通密度。 

本发明合金在凝固中，采用快速冷却方式（即高速旋转的转轮轮缘拖拽形成薄带的过程）和合金化结合，可以有效减小合金中的相尺寸，保证化学成分的均匀分布，既保证了合金的磁性能，也保证了合金的力学性能。热处理可降低快淬造成的内应力，改善合金的韧性。 

本发明的合金性能见表1。