本发明专利技术公开了一种高频性能优良的铁基纳米晶软磁合金及其制备方法。该合金的表达式为FeaSibPcCuxMy，其中a、b、c、x和y分别表示各对应组分的原子百分比含量，且满足以下条件：70≤a≤85，5≤b≤15，5≤c≤18，0.0001≤x≤3，0≤y≤5，a+b+c+x+y＝100％，所述M为Zr、Ti、Ta、Hf、Nb、V、W、Mo、Mn、Cr、Re、Zn、In、As、Sb、Bi、Ca、铂族元素、稀土元素、N、Sn、Ge、Ga、Al中的一种或多种。该合金是在高真空和氩气保护下采用单辊急冷法制备的纳米晶软磁合金带材，该合金不含有B元素、软磁性能好、热稳定性高、高频损耗低、磁致伸缩系数低。
【技术实现步骤摘要】
[〇〇〇1] 本专利技术涉及非晶纳米晶软磁材料领域，尤其涉及一种高频性能优良的铁基纳米晶 软磁合金及其制备方法，其也具有良好的软磁性能。
技术介绍
软磁合金材料自问世以来，因其具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低损耗、低矫 顽力等优异的软磁性能而受到了极其广泛的重视和深入的开发。随着科技发展，电子设备 趋向于小型化，所以开发同时具有高饱和磁感应强度和低矫顽力的软磁合金材料是目前软 磁领域最热门的研究方向之一。铁基非晶态材料问世以后，主要作为软磁材料使用。铁基 非晶态软磁材料以其高饱和磁感强度，低铁损和高磁导率被广泛应用于电力电子和电子信 息领域，主要应用包括：中频电源变压器铁芯、开关电源平滑滤波输出电感，空调、汽车音响 的噪音抑制，电源输出电感铁芯，高功率密度的变速电动机、发电机的定子及转子等。 与晶态材料相比，非晶态软磁材料的缺点是热稳定性差，在较低温度下会发生晶 化，从而软磁性能发生恶化。因此非晶态软磁材料在长期使用条件下其工作温度一般不宜 超过100°C -150°C，大大限制了非晶态软磁材料的应用范围。非晶态软磁材料跟市售的硅 钢片相比，仍存在其不足之处，即饱和磁感应强度相对较低。例如晶态取向硅钢的B s值约在 2T，而典型的纳米晶合金Fe73.5CUlNb 3Si13.5B9的Bs值仅为1. 24T。另外在设计制备非晶态软 磁材料时，有些合金成分往往含有大量易氧化且昂贵的金属元素 Zr、Hf、Nb等造成成本高 昂且制备工艺复杂，至今未得到真正的推广应用。此外，传统的非晶态软磁材料大都含有B 元素作为一种重要的类金属元素，对提高非晶形成能力有一定作用。但从非晶合金制备工 艺、软磁性能及耐腐蚀性考虑，B元素的加入不可避免的带来一定副作用：B元素难熔，且易 挥发，对非晶合金制备工艺有一定要求；B元素加入在一定程度上降低了非晶合金的软磁 性能，特别是饱和磁感应强度；B的存在降低了合金耐腐蚀性和钝化趋势。因此考虑不含B 元素的铁基非晶纳米晶合金无论从成分创新还是实际应用都具有很高的价值。 中国专利CN162652A公开了一种纳米晶铁基软磁合金：合金具体成分（质量百分 比）包括：Zr(Y) = 0· 9-5%、Nb = 4-15%、Si = 3-18%、B = 1-5%、其余为 Fe。该成分非 晶提高了条带的韧性，所得到的合金条带的最佳软磁性能为：饱和磁感应强度1. 4-1. 6T， 矫顽力小于2. 4A/m。 日本专利JP1156451A公布了一种表达式为FeCoCuSiBM的高饱和磁感应强度的纳 米晶合金，其中^代表他、1、了 &、21'、!^、11中的一种或多种元素，并通过控制热处理制度， 保持结晶相的体积分数在50%以上，使得合金的饱和磁感应强度在1. 4T及以上。这实际上 是控制热处理方式，更多地获得a -Fe晶粒析出，以a -Fe本身的高Bs来提高合金的饱和 磁感应强度。但这种方法提升的潜力有限，其例举的最高Bs仅在1. 58T。 中国专利CN1450570A公开一种纳米晶软磁合金超薄带及其制备方法：提供了 一种铁基纳米晶软磁合金的化学成分和超薄带生产工艺。合金化学成分包括Fe、Zr、Nb、 Si、Al、Cu，具体含量（质量百分比）为：Si = 0·l-0·2%、Zr = 6-8%、Nb = 4-6%、Al = 0. 1-1%、B = 1-2%、Cu = 1-1. 5%，其余为Fe。生产工艺为先感应熔炼制备母合金，然 后Ar气氛中单辊急冷（线速度40-70m/s)喷射非晶带，最后于真空条件下400-600°C磁场 热处理30-60分钟。所得到的合金条带的最佳软磁性能为：饱和磁感应强度1. 7T，矫顽力 9. 6A/m。 美国专利US005449419公开了 一种表达式为Fe-Zr/Hf-B(Cu)的纳米晶合金，其饱 和磁化强度可以达到1. 7T，软磁性能优良，但由于合金中大量的Zr或Hf元素，不仅提高了 合金的成本，而且对制备条件要求苛刻。 综上所述，通过调节合金的成分和制备工艺在不同程度上均改善了非晶软磁合金 的软磁性能，但在总体上还存在明显的缺陷：饱和磁化强度依然不是很高，尤其是无法同时 实现高饱和磁化强度和低矫顽力；合金的成分中含有Nb、Zr、Co、Ni、Hf等贵金属元素中的 一种或几种，导致合金的成本较高；不含有B元素且具有好的软磁性能、高非晶形成能力、 高热稳定性和优异高频性能的铁基纳米晶合金至今很少报道。由此可见，研制一种应用于 特种电机、电抗器的不含有贵金属元素及类金属B元素、成本低廉、具有高的热稳定性且具 有较高的饱和磁化强度、较低的矫顽力和高频性能优良的纳米晶材料具有重要的研究和应 用前景。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种高频性能优良的铁基纳米晶软 磁合金及其制备方法。该软磁合金适用于特种电机、电抗器等，是一种价格低廉、不含有B 元素、饱和磁化强度较高、矫顽力较低以及高频性能优良的铁基纳米晶软磁合金材料。[〇〇1〇] 为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：[〇〇11] 一种高频性能优良的铁基纳米晶软磁合金，该合金的表达式为FeJi^Cu^， 所述表达式中a、b、c、X和y分别表示各对应组分的原子百分比含量，且满足以下条件： 70 彡 a 彡 85,5 彡 b 彡 15,5 彡 c 彡 18,0· 0001 彡 X 彡 3,0 彡 y 彡 5, a+b+c+x+y = 100%， 所述 Μ 为 Zr、Ti、Ta、Hf、Nb、V、W、Mo、Μη、Cr、Re、Zn、In、As、Sb、Bi、Ca、钼族元素、稀土元 素、队5]1、66、63、六1中的一种或多种。 本专利技术的铁基纳米晶软磁合金中不含有B元素，成分设计思路是利用拥有较大非 晶形成能力的FeSiB三元系作为参考母合金，依据设计者要求以P取代B元素，同时添加 Cu 元素使其具有较大非晶形成能力和形成纳米晶的必要元素以及能提高合金饱和磁感应强 度的必要元素，通过熔炼、快淬等现有的生产技术制备出性能优异的铁基纳米晶软磁合金。 构成合金的元素中，Fe能够提高合金的饱和磁化强度，Si、P可以提高合金的非晶形成能力 和电阻率，Cu可以为非晶合金的晶化提供成核点同时提高合金非晶形成能力。本专利技术合金 的微结构特征在于，以富含P的非晶相为基体相，同时与体心立方a -Fe (Si)纳米晶相共 存。 在上述铁基纳米晶软磁合金中，作为一种优选实施方式，所述组分Fe的原子百分 比含量a的取值范围为75彡a彡83,更优选为77彡a彡82。 在上述铁基纳米晶软磁合金中，作为一种优选实施方式，所述组分Si的原子百分 比含量b的取值范围为5彡b彡10,更优选为6彡b彡8。 在上述铁基纳米晶软磁合金中，作为一种优选实施方式，所述组分P的原子百分 比含量C的取值范围为10彡C彡15,更优选为12彡C彡14。 在上述铁基纳米晶软磁合金中，作为一种优选实施方式，所述组分Cu的原子百分 比含量X的取值范围为〇. 1彡X彡3,更优选为0. 5彡X彡2。 在上述铁基纳米晶软磁合金中，作为一种优选实施方式，所述组分Μ的原子百分 比含量y的取值范围为〇. 1彡y彡3,更优选为0. 5彡y彡2。 下面对上述铁基本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高频性能优良的铁基纳米晶软磁合金，其特征在于，所述合金的表达式为FeaSibPcCuxMy，所述表达式中a、b、c、x和y分别表示各对应组分的原子百分比含量，且满足以下条件：70≤a≤85，5≤b≤15，5≤c≤18，0.0001≤x≤3，0≤y≤5，a+b+c+x+y＝100％，所述M为Zr、Ti、Ta、Hf、Nb、V、W、Mo、Mn、Cr、Re、Zn、In、As、Sb、Bi、Ca、铂族元素、稀土元素、N、Sn、Ge、Ga、Al中的一种或多种。
【技术特征摘要】
1. 一种高频性能优良的铁基纳米晶软磁合金，其特征在于，所述合金的表达式为 FeaSibPeCuxMy，所述表达式中a、b、c、X和y分别表示各对应组分的原子百分比含量，且满足 以下条件：7〇彡a彡85,5彡b彡15,5彡c彡18,0· 0001彡X彡3,0彡y彡5, a+b+c+x+y =100%，所述 Μ 为 21*、11、了3、!^、恥、￥、1、]\1〇、]\111、0、1^、211、111、六8、513、81、〇3、钼族元素、 稀土元素、队5]1、66、63、41中的一种或多种。2. 根据权利要求1所述的铁基纳米晶软磁合金，其特征在于，所述组分Fe的原子百分 比含量a的取值范围为75彡a彡83,更优选为77彡a彡82。3. 根据权利要求1所述的铁基纳米晶软磁合金，其特征在于，所述组分Si的原子百分 比含量b的取值范围为5彡b彡10,更优选为6彡b彡8。4. 根据权利要求1所述的铁基纳米晶软磁合金，其特征在于，所述组分P的原子百分比 含量c的取值范围为10彡c彡15,更优选为12彡c彡14。5. 根据权利要求1所述的铁基纳米晶软磁合金，其特征在于，所述组分Cu的原子百分 比含量X的取值范围为〇. 1彡X彡3,更优选为0. 5彡X彡2。6. 根据权利要求1所述的铁基纳米晶软磁合金，其特征在于，所述组分Μ的原子百分比 含量y的取值范围为〇. 1彡y彡3,更优选为0. 5彡y彡2。7. 根据权利要求1所述的铁基纳米晶软磁合金，其特征在于，所述Fe被Co和/或Ni 部分替代，其中所述部分替代Fe的元素 Co和/或Ni在所述铁基纳米晶软磁合金中的原子 百分比含量为45%以下。8. -种权利要求1-7任一所述的铁基纳米晶软磁合金的制备方法，包括 如下步骤： 步骤一，按权利要求1-7任一所述的合...
【专利技术属性】
技术研发人员：周少雄，向睿，董帮少，张广强，李宗臻，
申请(专利权)人：安泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。