一种铁钴基韧性纳米晶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钴基韧性纳米晶软磁合金及其制备方法，铁钴基韧性纳米晶软磁合金成分有如下表达式(Fe0.8Co0.2)aBbMc，其中，M为Cr、Mo或Nb，a、b和c分别表示各组分的原子百分比，且a、b、c满足以下条件：84≤a≤87，12≤b≤16，0≤c≤2，a+b+c＝100，本发明专利技术的铁钴基韧性纳米晶软磁合金不同于以往的纳米晶软磁合金，即本发明专利技术的铁钴基韧性纳米晶软磁合金虽然是非晶/纳米晶复合结构，但却能呈现弯折韧性，对折不断，解决纳米晶软磁合金的弯折脆性问题。同时，该合金具有较高的饱和磁感应强度和优越的软磁性能，以及优良的机械性能和机加工性、可用于各种铁芯软磁材料。

【技术实现步骤摘要】
一种铁钴基韧性纳米晶软磁合金及其制备方法
本专利技术属于磁性功能材料领域，具体来说涉及一种铁钴基韧性纳米晶软磁合金及其制备方法。
技术介绍
铁基非晶合金材料是一种新型的软磁材料，通过快速凝固在原子层次控制了液态金属的排列，使原子排列保持液态金属的长程无序状态。由于原子排列不规则、长程无序、没有晶粒晶界的存在，因而非晶软磁材料具有低损耗、极佳的机械性能、磁性能和抗腐蚀性等优点。通过非晶合金演变纳米晶的可控性，得到了性能更加优异的非晶/纳米晶复合结构软磁材料。例如，通过对Fe-Si-B-Nb-Cu非晶合金适当的退火处理，Yoshizawa得到了非晶/纳米晶复合结构，即在非晶的基体中均匀分布着平均粒径约10纳米的晶体颗粒。他们发现，该合金系可以呈现出优异的软磁性能。以Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1合金为例，其矫顽力低至0.53A/m，磁导率高达100000，铁芯损耗低至280kW/m3。该合金系由于优异的软磁性能于1988年成功商业化，命名为FINEMET(Y.Yoshizawa,S.Oguma,K.Yamauchi.NewFe-basedsoftmagneticalloyscomposedofultrafinegrainstructure.J.Appl.Phys.,64(1988)6044-6046.)。在此之后，又有一大批新型纳米晶软磁合金相继问世。例如，Fe-M-B-Cu合金和Fe-Co-M-B-Cu合金(M＝Zr,Hf,Nb,Ta)于1991和1999年分别被商业化，命名为NANOPERM(K.Suzuki,M.Kikuchi,A.Makino,A.Inoue,T.Masumoto,ChangesinMicrostructureandSoftMagnetic-PropertiesofanFe86Zr7B6Cu1AmorphousAlloyUponCrystallization,Mater.Trans.,JIM,32(1991)961-968.)和HITPERM(M.A.Willard,M.Q.Huang,D.E.Laughlin,M.E.McHenry,J.O.Cross,V.G.Harris,C.Franchetti,MagneticpropertiesofHITPERM(Fe,Co)88Zr7B4Cu1magnets,J.Appl.Phys.,85(1999)4421-4423.)。NANOPERM较FINEMET有着更高的饱和磁感应强度，而HITPERM因Co的加入提高了居里温度，更适用于高温的应用场合。近些年来，为了满足器件集成化的要求，人们致力于开发具有更高饱和磁感应强度的新型纳米晶合金成分。例如，2007年，Ohta等人在Fe-Si-B-Cu纳米晶合金系中获得了超过1.8T的高饱和磁感应强度(M.Ohta,Y.Yoshizawa,MagneticpropertiesofnanocrystallineFe82.65Cu1.35SixB16-xalloys(x＝0-7),Appl.Phys.Lett.,91(2007)062517.)，而随后的2009年，Makino等人开发的Fe81.7Si9B7P2Cu0.3纳米晶合金饱和磁感应强度达到1.9T(A.Makino,H.Men,T.Kubota,K.Yubuta,A.Inoue,NewExcellentSoftMagneticFeSiBPCuNanocrystallizedAlloysWithHighBsof1.9TFromNanohetero-AmorphousPhase,IEEET.Magn.,45(2009)4302-4305.)，是目前所有纳米晶合金报道的最高值。但是，与非晶合金不同，铁基纳米晶合金条带呈现弯折脆性(对折后断裂)，这是纳米晶材料所面临的最严重的问题。一直以来，人们希望找到克服这一问题的途径，但相关的成果却鲜有报道。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种铁钴基韧性纳米晶软磁合金及其制备方法，通过直接的熔炼-甩带法以及将铁钴基非晶合金条带在适当条件下退火得到非晶/纳米晶复合结构的合金条带，该合金条带具备弯折韧性，对折不断。本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。一种铁钴基韧性纳米晶软磁合金，其成分有如下表达式(Fe0.8Co0.2)aBbMc，其中，M为Cr、Mo或Nb，a、b和c分别表示各组分的原子百分比，且a、b、c满足以下条件：84≤a≤87，12≤b≤16，0≤c≤2，a+b+c＝100。在上述技术方案中，所述表达式为(Fe0.8Co0.2)87B13、(Fe0.8Co0.2)86B14、(Fe0.8Co0.2)85B15、(Fe0.8Co0.2)86B13Mo1、(Fe0.8Co0.2)85B14Mo1、(Fe0.8Co0.2)84B14Mo2、(Fe0.8Co0.2)85B14Cr1和(Fe0.8Co0.2)85B14Nb1。在上述技术方案中，所述铁钴基韧性纳米晶软磁合金在居里温度和晶化温度之间某一温度下退火至得到非晶/纳米晶复合结构，该非晶/纳米晶复合结构的合金条带具备弯折韧性，对折后不发生断裂。在上述技术方案中，所述铁钴基韧性纳米晶软磁合金退火后的维氏硬度低于退火前单一非晶相结构的维氏硬度。在上述技术方案中，退火态合金的饱和磁感应强度(Bs)为1.5-1.95T，矫顽力(Hc)小于等于25A/m。在上述技术方案中，所述铁钴基韧性纳米晶软磁合的纳米晶颗粒均匀分布在非晶基体中，所述纳米晶颗粒的平均粒径小于等于5nm。在上述技术方案中，所述纳米晶颗粒的平均粒径为2-5nm。上述铁钴基韧性纳米晶软磁合金的制备方法，按照下述步骤予以制备：步骤1，按照上述铁钴基韧性纳米晶软磁合金的成分表达式配置原料；步骤2，抽真空至真空度小于等于9.5×10-3Pa，在惰性气体的保护下，将步骤1配置的原料加热至完全熔化均匀后，冷却至室温20-25℃，制成母合金锭；在步骤2中，将步骤1配置的原料经3～5次熔炼，加热至完全熔化均匀后，冷却至室温20-25℃，制成母合金锭。在步骤2中，将步骤2制成的母合金锭破碎至0.1-0.6mm后，在酒精中超声清洗30-60min。在步骤2中，采用电弧熔炼炉对步骤1配置的原料进行加热。在步骤2中，真空度为6×10-3-8×10-3Pa。步骤3，将步骤2所得的母合金锭再次熔化，室温下，在惰性气体的保护下采用单辊急冷法制备合金条带试样；在步骤3中，所述单辊急冷法制备合金条带试样的工艺参数为：喷射压力为0.02-0.04Mpa，喷射温度800-1200℃，铜辊转速表面线速度为20-50m/s。在步骤3中，所述单辊急冷法制备合金条带试样的工艺参数优选为：喷射压力为0.02-0.03Mpa，喷射温度900-1100℃，铜辊转速表面线速度为30-40m/s。在步骤3中，在制备合金条带试样的单辊急冷法中，将母合金锭放置在石英管中进行再次熔化。在步骤3中，所述石英管的管口用1200-2000号砂纸打磨至直径为0.7-0.8mm。在步骤1、3中，所述惰性气体为氩气。在步骤3中，所述步骤3制备的合金条带试样厚度为0.01—0.03mm。步骤4，将步骤3得到的合金条带进行退火处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁钴基韧性纳米晶软磁合金，其特征在于，其成分有如下表达式(Fe0.8Co0.2)aBbMc，其中，M为Cr、Mo或Nb，a、b和c分别表示各组分的原子百分比，且a、b、c满足以下条件：84≤a≤87，12≤b≤16，0≤c≤2，a+b+c＝100；所述铁钴基韧性纳米晶软磁合金按照下述步骤予以制备：步骤1，按照上述铁钴基韧性纳米晶软磁合金的成分表达式配置原料；步骤2，抽真空至真空度小于等于9.5×10

【技术特征摘要】
1.一种铁钴基韧性纳米晶软磁合金，其特征在于，其成分有如下表达式(Fe0.8Co0.2)aBbMc，其中，M为Cr、Mo或Nb，a、b和c分别表示各组分的原子百分比，且a、b、c满足以下条件：84≤a≤87，12≤b≤16，0≤c≤2，a+b+c＝100；所述铁钴基韧性纳米晶软磁合金按照下述步骤予以制备：步骤1，按照上述铁钴基韧性纳米晶软磁合金的成分表达式配置原料；步骤2，抽真空至真空度小于等于9.5×10-3Pa，在惰性气体的保护下，将步骤1配置的原料加热至完全熔化均匀后，冷却至室温20-25℃，制成母合金锭；步骤3，将步骤2所得的母合金锭再次熔化，室温下，在惰性气体的保护下采用单辊急冷法制备合金条带试样；步骤4，将步骤3得到的合金条带进行退火处理，退火后置于20-30℃水中迅速冷却以生成本发明的铁钴基韧性纳米晶软磁合金，其中，退火温度为居里温度和晶化温度之间。2.根据权利要求1所述的铁钴基韧性纳米晶软磁合金，其特征在于，在步骤2中，将步骤1配置的原料经3～5次熔炼，加热至完全熔化均匀后，冷却至室温20-25℃，制成母合金锭；在步骤2中，将步骤2制成的母合金锭破碎至0.1-0.6mm后，在酒精中超声清洗30-60min；在步骤2中，采用电弧熔炼炉对步骤1配置的原料进行加热；在步骤2中，真空度为6×10-3-8×10-3Pa。3.根据权利要求1所述的铁钴基韧性纳米晶软磁合金，其特征在于，在步骤3中，所述单辊急冷法制备合金条带试样的工艺参数为：喷射压力为0.02-0.04Mpa，喷射温度800-1200℃，铜辊转速表面线速度为20-50m/s，优选为：喷射压力为0.02-0.03Mpa，喷射温度900-1100℃，铜辊转速表面线速度为30-40m/s；在步骤3中，在制备合金条带试样的单辊急冷法中，将母合金锭放置在石英管中进行再次熔化，所述石英管的管口用1200-2000号砂纸打磨至直径为0.7-0.8mm；在步骤1、3中，所述惰性气体为氩气；在步骤3中，所述步骤3制备的合金条带试样厚度为0.01—0.03mm。4.根据权利要求1所述的铁钴基韧性纳米晶软磁合金，其特征在于，在步骤4中，退火温度为晶化温度以下25K，或者晶化温度以下50K，或者晶化温度以下75K，或者晶化温度以下100K；在步骤4中，在真空度小于等于9.5×10-3Pa下进行退火；在步骤4中，退火的时间为0.5-20分钟，优选为10-20分钟。5.根据权利要求1所述的铁钴基韧性纳米晶软磁合金，其特征在于，所述表达式为(Fe0.8Co0.2)87B13、(Fe0.8Co0.2)86B14、(Fe0.8Co0.2)85B15、(Fe0.8Co0.2)86B13Mo1、(Fe0.8Co0.2)85B14Mo1、(Fe0.8Co0.2)84B14Mo2、(Fe0.8Co0.2)85B14Cr1和(Fe0.8Co0.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩烨，朱胜利，井上明久，崔振铎，杨贤金，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12