一种铁基亚纳米软磁合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铁基亚纳米软磁合金。该合金的成分表达式为Fe

【技术实现步骤摘要】
一种铁基亚纳米软磁合金及其制备方法
本专利技术涉及功能材料领域中的软磁材料，尤其涉及一种新型亚纳米软磁合金材料。
技术介绍
当前电力电子器件向节能化、小型化和高精度化方向发展，具备高饱和磁感应强度(BS)、低损耗和高磁导率(μ)的软磁材料成为磁性材料领域研究开发的重要方向。非晶、纳米晶软磁合金由于具有上述软磁性特点，近年来逐渐成为各个相关企业和研究机构开发的热点。目前已有多个研究机构和企业开发出了一系列兼具高BS和低损耗的新型纳米晶软磁合金成分，如专利CN200980100394.5，CN201410273233.9，CN201110418631.1，CN201410415305.9等，这些新型纳米晶合金的BS达到1.6T以上，有的高达到1.9T以上。这为新型电力电子器件的小型化发展提供了良好的材料基础。纳米晶软磁合金是由单辊熔体快淬法制备成的Fe基非晶态合金，经热处理工艺，从非晶态合金中析出均匀分布的10nm左右的α-Fe晶粒制备而成。由于α-Fe相的饱和磁感应强度高达2.2T，所以α-Fe晶粒的析出，可使热处理后制得的纳米晶合金的饱和磁感应强度比热处理前获得大幅提升，矫顽力显著下降，综合软磁性能获得明显提高。然而，目前已开发出的这些高BS的纳米晶软磁合金中Fe含量一般较高，制备条件要求苛刻，在其生产制备和热处理过程中易产生组织结构不均匀、形成粗大的α-Fe晶粒等问题，导致软磁性能下降、损耗增大，从而阻碍该类合金的应用【参考文献：JournalofAlloysandCompounds622(2015)1000-1004】。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是，针对上述现有技术中的缺点，提出创新方案，尤其是一种能够有效解决现有高BS纳米晶软磁合金在生产制备和热处理过程中易出现的组织结构不均匀、形成粗大α-Fe晶粒等问题，并提供一种具有优异软磁性能的新型合金——铁基亚纳米软磁合金及其制备方法。为解决上述问题，本专利技术采用的方案如下：一种铁基亚纳米软磁合金，其特征在于，所述铁基亚纳米软磁合金的组分表达式为FeaSibBcPdCeCufMg，其中M为Ti、Zr和Hf中的一种或多种元素，下标a、b、c、d、e、f、g分别为各对应元素的原子百分含量，并满足以下条件：78≤a≤86，2≤b≤9，4≤c≤10，0<d≤5，0<e≤3，0<f≤2，0<g≤5，a+b+c+d+e+f+g＝100；所述铁基亚纳米软磁合金的淬态带材是由非晶态合金基体和亚纳米尺度的晶粒及有序原子团簇组成的复合材料，所述的晶粒和原子团簇在非晶态合金基体上均匀弥散分布。所述亚纳米尺度表示直径小于等于5纳米的结构。进一步，根据上述设计方案所述铁基亚纳米软磁合金，其特征在于，所述铁基亚纳米软磁合金的淬态带材内部有序原子团簇为CuMB2相团簇及其周围形成的α-Fe相团簇；所述CuMB2相团簇和α-Fe相团簇的尺寸在0.5-2nm范围内。进一步，根据上述设计方案所述铁基亚纳米软磁合金，其特征在于，所述铁基亚纳米软磁合金的淬态带材内部晶粒为在CuMB2相团簇周围形核长大的α-Fe晶粒；所述α-Fe晶粒的尺寸在2-5nm范围内。进一步，根据上述设计方案所述铁基亚纳米软磁合金，其特征在于，所述下标a、b、c、d、e、f、g分别为各对应元素的原子百分含量，并满足以下条件：81≤a≤86，2≤b≤9，4≤c≤10，2≤d≤5，0.5≤e≤3，0.1≤f≤1，0.1<g≤4且1<g/f≤4，a+b+c+d+e+f+g＝100。进一步，根据上述设计方案所述铁基亚纳米软磁合金，其特征在于，所述M为Ti、Zr和Hf中的一种或多种元素，0.1≤f≤1，0.1<g≤4且1<g/f≤4。进一步，根据上述设计方案所述铁基亚纳米软磁合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：配料：按照组分表达式FeaSibBcPdCeCufMg(其中M为Ti、Zr和Hf中的一种或多种元素，下标a、b、c、d、e、f、g分别为各对应元素的原子百分含量，并满足以下条件：78≤a≤86，2≤b≤9，4≤c≤10，0<d≤5，0<e≤3，0<f≤2，0<g≤5，a+b+c+d+e+f+g＝100)配比各个组分原料；制备母合金锭：将步骤1)配好的各组分原料加入感应熔炼炉或电弧熔炼炉中，抽真空后充入保护气体，启动感应熔炼炉或电弧熔炼炉将各原料熔炼均匀，然后随炉冷却或注入模具冷却成母合金锭；制备亚纳米合金带材：将上述步骤2)中制备好的母合金锭重熔，利用单辊熔体快淬法，将重熔的母合金钢液喷射到旋转的铜辊表面，制成含有亚纳米尺度有序原子团簇和晶粒的铁基亚纳米软磁合金带材。进一步，根据上述设计方案所述铁基亚纳米软磁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤1)配比的各原料的重量百分比纯度不低于99％。进一步，根据上述设计方案所述铁基亚纳米软磁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤2)将配比好的各组分原料加入感应熔炼炉或电弧熔炼炉，抽真空至1×10-2Pa以下，充入高纯氩气或氮气，在氩气或氮气的气氛下将上述步骤1)中配好的原料熔化，在原料全部熔化后保温10-30min，以使合金原料熔炼均匀。进一步，根据上述设计方案所述铁基亚纳米软磁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中采用单辊熔体快淬法，将重熔的母合金钢液喷射到铜辊表面；所述铜辊的表面线速度为20-40m/s。进一步，根据上述设计方案所述铁基亚纳米软磁合金的制备方法，其特征在于，还包括将所述步骤3)制得的铁基亚纳米软磁合金带材经过400℃-500℃范围内，5-30min退火的步骤，形成α-Fe亚纳米晶粒均匀分布的铁基亚纳米软磁合金。在非晶合金快淬制备过程中，向合金内部引入亚纳米尺度的晶粒或有序原子团簇，制备成在非晶态合金基体上弥散分布微小晶粒或有序原子团簇的复合材料。在合金的后续热处理过程中，这些晶粒或原子团簇一方面提供α-Fe从非晶基体中析出结晶的形核点，另一方面又可阻碍析出的α-Fe晶核的进一步长大，防止粗大晶粒的形成，避免软磁性能的下降。而且，这样的合金在热处理过程中，其内部α-Fe晶粒的析出是非均匀形核，形核难度比之前开发出的传统纳米晶合金体系的大大降低，只需经过短时间的快速退火，即可在其内部形成均匀分布的亚纳米尺度的α-Fe晶粒，获得软磁性能的进一步提升。本专利技术人经过大量实验探索后，开发出一系列满足上述条件的合金，其成分表达式为：FeaSibBcPdCeCufMg，其中M代表Ti、Zr和Hf中的一种或几种元素，下标a、b、c、d、e、f、g分别为各对应元素的原子百分含量，并满足以下条件：78≤a≤86，2≤b≤9，4≤c≤10，0<d≤5，0<e≤3，0<f≤2，0<g≤5，a+b+c+d+e+f+g＝100。本专利技术在之前所开发出的Fe-Si-B-P-Cu系列纳米晶软磁合金的基础上，添加微量C和M(Ti、Zr或Hf)元素，并仔细调整Cu/M元素的比例，开发出如上所述的Fe-Si-B-P-C-Cu-M系亚纳米合金。特别需要说明的是，在本专利技术的新型合金中，仔细调节其内部M与Cu元素的含量及其含量比例，当0.1≤f≤1，0.1<g≤4且1<g/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁基亚纳米软磁合金，其特征在于，所述铁基亚纳米软磁合金的组分表达式为Fe

【技术特征摘要】
1.一种铁基亚纳米软磁合金，其特征在于，所述铁基亚纳米软磁合金的组分表达式为FeaSibBcPdCeCufMg，其中M为Ti、Zr和Hf中的一种或多种元素，下标a、b、c、d、e、f、g分别为各对应元素的原子百分含量，并满足以下条件：78≤a≤86，2≤b≤9，4≤c≤10，0<d≤5，0<e≤3，0<f≤2，0<g≤5，a+b+c+d+e+f+g＝100；所述铁基亚纳米软磁合金的淬态带材是由非晶态合金基体和亚纳米尺度的晶粒及有序原子团簇组成的复合材料，所述的晶粒和原子团簇在非晶态合金基体上均匀弥散分布。2.根据权利要求1所述铁基亚纳米软磁合金，其特征在于，所述铁基亚纳米软磁合金的淬态带材内部有序原子团簇为CuMB2相团簇及其周围形成的α-Fe相团簇；所述CuMB2相团簇和α-Fe相团簇的尺寸在0.5-2nm范围内。3.根据权利要求1所述铁基亚纳米软磁合金，其特征在于，所述铁基亚纳米软磁合金的淬态带材内部晶粒为在CuMB2相团簇周围形核长大的α-Fe晶粒；所述α-Fe晶粒的尺寸在2-5nm范围内。4.根据权利要求1所述铁基亚纳米软磁合金，其特征在于，所述下标a、b、c、d、e、f、g分别为各对应元素的原子百分含量，并满足以下条件：81≤a≤86，2≤b≤9，4≤c≤10，2≤d≤5，0.5≤e≤3，0.1≤f≤1，0.1<g≤4且1<g/f≤4，a+b+c+d+e+f+g＝100。5.根据权利要求1所述铁基亚纳米软磁合金，其特征在于，所述M为Ti、Zr和Hf中的一种或多种元素，0.1≤f≤1，0.1<g≤4且1<g/f≤4。6.根据权利要求1所述铁基亚纳米软磁合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：1)配料：按照...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭海，门贺，霍利山，
申请(专利权)人：宁波中科毕普拉斯新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33