铁基非晶纳米晶薄带磁体及其制备方法和应用方法技术

本发明专利技术铁基非晶纳米晶薄带磁体及其制备方法和应用方法，涉及铁作主要成分的非晶态合金，该铁基非晶纳米晶薄带磁体是Finemet型非晶纳米晶薄带磁体，其质量百分比组成表达式为AxFy，式中，x的质量百分比组成限定范围为70≤x≤90，y的质量百分比组成限定范围为10≤y≤30；A组分是原子百分比组成为FeaCubMcSidBe的主合金A，F组分是与A组分主合金A的组成相对应的非晶薄带F，由通过优化纳米晶α‑Fe(Si)相和非晶相的比例制得该铁基非晶纳米晶薄带磁体，被用于制备铁基非晶纳米晶软磁合金铁芯产品；本发明专利技术克服了现有类似产品存在磁性能仍较低，生产成本高和很难在生产中进行批量生产的缺陷。

Iron based amorphous nanocrystalline ribbons magnet and its preparation method and application method

The invention of Fe based amorphous nanocrystalline thin strip magnet and its preparation method and application method of amorphous alloy to iron as the main component of the Fe based amorphous thin strip magnet is Finemet type amorphous thin strip magnet, the mass percentage composition expression is AxFy, in which X quality percentage composition the limited range of 70 < x < 90, y quality percentage composition limit to 10 = y = 30; A group is composed of the main atomic percentage of alloy A FeaCubMcSidBe, the F component is composed of amorphous alloy A and A components of the main corresponding strip by F, through the optimization of nano alpha crystal Fe (Si) and the proportion of non crystalline phase of the preparation of the Fe based amorphous thin strip magnet, is used for the preparation of core products of Fe based amorphous and nanocrystalline soft magnetic alloy; the invention overcomes the defects of the existing similar products have magnetic properties is still low, high production cost and difficulty in Defects of mass production in production.

【技术实现步骤摘要】
铁基非晶纳米晶薄带磁体及其制备方法和应用方法
本专利技术的技术方案涉及铁作主要成分的非晶态合金，具体地说是铁基非晶纳米晶薄带磁体及其制备方法和应用方法。
技术介绍
1988年日立公司的Yoshizawa等人(Y.Yoshizawa,S.Oguma,K.Yamauchi.NewFe-basedsoftmagneticalloyscomposedofultrafinegrainstructure[J].JournalofAppliedPhysics.1988,64:6044-6046.)专利技术了软磁性能优异的非晶纳米晶材料Finemet。Finemet型非晶纳米晶是指将Fe-M-Cu-Si-B非晶薄带进行等温热处理后，从非晶基体中析出纳米尺度软磁相，最终使材料获得非晶相和纳米晶相共存的一种状态。由于该类合金易于喷制，并且拥有良好的软磁性能，如1.2T的饱和磁感应强度，104～105的初始磁导率以及低的矫顽力和宽频率范围下小的铁损值，被广泛应用于软磁工业。目前，随着电器工业的发展，全球对Finemet型铁基非晶纳米晶合金的需求量逐年增加，对该类磁性材料的研发更是如火如荼。CN101787500B公开了一种FeaSibBcCdAle非晶薄带的制备方法，但该非晶薄带存在矫顽力较大，并且合金中具有高熔点元素C，很难在生产中进行批量生产的缺陷。CN102953020A公开了一种铁基非晶纳米晶软磁合金材料及其制备方法，但该系列薄带存在初始磁导率较低，含有价格昂贵的Co使得生产成本增大的缺陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供铁基非晶纳米晶薄带磁体及其制备方法和应用方法，该铁基非晶纳米晶薄带磁体是Finemet型非晶纳米晶薄带磁体，通过优化纳米晶α-Fe(Si)相和非晶相的比例，克服了现有类似产品存在的磁性能仍较低，生产成本高和很难在生产中进行批量生产的缺陷。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：铁基非晶纳米晶薄带磁体，是Finemet型非晶纳米晶薄带磁体，其质量百分比组成表达式为AxFy，式中，A组分是原子百分比组成为FeaCubMcSidBe的主合金A，其中M为Nb、V和Mo元素中的至少一种元素，a、b、c、d和e表示元素组成的原子百分数，70.0≤a≤74.5，1.0≤b≤1.5，2.5≤c≤3.5，11.5≤d≤14.5，8.3≤e≤14.5，且满足a+b+c+d+e＝100；F组分是与A组分主合金A的组成相对应的非晶薄带F，其中所含晶态相的质量百分数范围为2.0％～30.0％，A组分的组成质量百分比x的限定范围为70≤x≤90，F组分的组成质量百分比y的限定范围为10≤y≤30。上述铁基非晶纳米晶薄带磁体，其厚度为25～35μm，带宽为10～40mm。上述铁基非晶纳米晶薄带磁体的制备方法，具体步骤如下：第一步，配制原料：按原子百分比计的组成式FeaCubMcSidBe计算各元素质量，其中M为Nb、V和Mo元素中的至少一种元素，a、b、c、d和e表示元素组成的原子百分数，70.0≤a≤74.5，1.0≤b≤1.5，2.5≤c≤3.5，11.5≤d≤14.5，8.3≤e≤14.5，且满足a+b+c+d+e＝100，称取所需原料：铌铁、硼铁、钒铁、钼铁、纯硅、纯铜和纯铁，完成原料的配制；第二步，制备主合金A铸锭：将上述第一步配制的原料加入熔炼炉中，对炉体抽真空至真空度<5×10-1Pa，加热熔炼，直到所加入的全部原料熔化，且使成分均匀分布为止，之后对熔融液进行打渣和除渣，最后倒入模具中冷却，制得原子百分比组成为FeaCubMcSidBe的主合金A铸锭；第三步，制备非晶薄带F：将上述第二步制得的主合金A铸锭装入熔体快淬炉中，重新熔融后以20～45m/s的线速度在铜辊轮上进行熔体快淬，由此制得非晶薄带F；第四步，制备铁基非晶纳米晶薄带磁体：将上述第二步制得的主合金A铸锭放入重熔炉中熔化，熔炼均匀待出炉前10～20min将上述第三步制备的非晶薄带F按质量百分比组成表达式为AxFy中的组成质量百分比加入重熔均匀的主合金A铸锭的熔液中，AxFy式中，主合金A的质量百分比组成x的限定范围为70≤x≤90，非晶薄带F的质量百分比组成y的限定范围为10≤y≤30，然后对混合的AxFy熔液进行打渣，在大气中以20～40m/s速度进行喷带，即制得铁基非晶纳米晶薄带磁体；经游标卡尺及千分尺测定：所制得的铁基非晶纳米晶薄带磁体的厚度为25～35μm，带宽为10～40mm；根据Jade软件计算：非晶薄带F中晶态相的质量分数为2.0～30.0％。上述铁基非晶纳米晶薄带磁体的制备方法，其中所用到的原料均由公知途径获得，设备均为公知的化工设备，所用到的工艺操作方法均为本
的技术人员所熟知的。上述铁基非晶纳米晶薄带磁体的应用方法，用于制备铁基非晶纳米晶软磁合金铁芯产品，步骤如下：第一步，制备铁基非晶铁芯：将上述铁基非晶纳米晶薄带磁体的制备方法制得的铁基非晶纳米晶薄带磁体通过卷带机卷制成所需的相应规格的铁基非晶铁芯；第二步，制备铁基非晶纳米晶软磁合金铁芯产品：将上述第一步卷制得的铁基非晶铁芯放入退火炉中，在540～580℃进行退火，获得在非晶基体上均匀分布的纳米晶，即制得铁基非晶纳米晶软磁合金铁芯产品。经游标卡尺测定：所制得的铁基非晶纳米晶软磁合金铁芯产品的尺寸为外径×内径×高＝D×d×h＝Φ30mm×Φ24.92mm×(10～40)mm；根据Jade软件计算：AxFy铁基非晶纳米晶软磁合金铁芯产品中晶态相的质量分数为78.4～86.2％；经MATS-2010SD型软磁直流测量装置测定该产品磁性能为：饱和磁感应强度为1.26～1.49T，初始磁导率为125k～148k。上述铁基非晶纳米晶薄带磁体的应用方法，其中所用到的设备均为公知的化工设备，所用到的工艺操作方法均为本
的技术人员所熟知的。本专利技术的有益效果如下：与现有技术相比，本专利技术突出的实质性特点在于：(1)在非晶薄带F中存在着短程有序的非晶相，这种短程有序的非晶结构从质量百分比组成表达式为AxFy的熔融态合金中保留下来，均匀分布，借助熔体快淬技术，合金依据组织遗传效应，在短程有序结构的基础上更加易于形成分布均匀的非晶相结构，并为非晶薄带晶化形核提供形核点，即降低非晶晶化的激活能，从而优化纳米晶α-Fe(Si)相和非晶相的比例，克服了现有类似产品存在的磁性能较低，生产成本高和很难在生产中进行批量生产的缺陷。(2)本专利技术制备方法中，其中得到的非晶薄带F整体上呈现非晶态的晶体结构，而实际上这种非晶结构是由许多短程有序的纳米团簇组成的，当非晶薄带F加入重熔炉中，在10～20min内在主合金A液中快速熔化，其各个结构未变的纳米团簇均匀地分散在主合金A液中，相当于在短时间内额外增加了AxFy合金中单位体积中的纳米团簇比例。在随后的快速冷却中，这些纳米团簇仍保留原有结构，随后的退火过程中，这些团簇就是晶化开始的形核点，使退火后的纳米晶相更多、细小、均匀，产生“组织遗传”的有益效果。(3)非晶态属于高能的亚稳态，非晶薄带F在加入主合金A液时实际要经历非晶态-结晶-熔化的过程，而非晶态结晶过程中要释放高能量，可以使主合金A液体的温度在喷制薄带前提高，可以使液体的成分更均匀，并提本文档来自技高网...

【技术保护点】
铁基非晶纳米晶薄带磁体，其特征在于：是Finemet型非晶纳米晶薄带磁体，其质量百分比组成表达式为AxFy，式中，A组分是原子百分比组成为FeaCubMcSidBe的主合金A，其中M为Nb、V和Mo元素中的至少一种元素，a、b、c、d和e表示元素组成的原子百分数，70.0≤a≤74.5，1.0≤b≤1.5，2.5≤c≤3.5，11.5≤d≤14.5，8.3≤e≤14.5，且满足a+b+c+d+e＝100；F组分是与A组分主合金A的组成相对应的非晶薄带F，其中所含晶态相的质量百分数范围为2.0％～30.0％，A组分的组成质量百分比x的限定范围为70≤x≤90，F组分的组成质量百分比y的限定范围为10≤y≤30。上述铁基非晶纳米晶薄带磁体，其厚度为25～35μm，带宽为10～40mm。

【技术特征摘要】
1.铁基非晶纳米晶薄带磁体，其特征在于：是Finemet型非晶纳米晶薄带磁体，其质量百分比组成表达式为AxFy，式中，A组分是原子百分比组成为FeaCubMcSidBe的主合金A，其中M为Nb、V和Mo元素中的至少一种元素，a、b、c、d和e表示元素组成的原子百分数，70.0≤a≤74.5，1.0≤b≤1.5，2.5≤c≤3.5，11.5≤d≤14.5，8.3≤e≤14.5，且满足a+b+c+d+e＝100；F组分是与A组分主合金A的组成相对应的非晶薄带F，其中所含晶态相的质量百分数范围为2.0％～30.0％，A组分的组成质量百分比x的限定范围为70≤x≤90，F组分的组成质量百分比y的限定范围为10≤y≤30。上述铁基非晶纳米晶薄带磁体，其厚度为25～35μm，带宽为10～40mm。2.根据权利要求1所述铁基非晶纳米晶薄带磁体，其特征在于：其厚度为25～35μm，带宽为10～40mm。3.一种权利要求1所述铁基非晶纳米晶薄带磁体的制备方法，其特征在于具体步骤如下：第一步，配制原料：按原子百分比计的组成式FeaCubMcSidBe计算各元素质量，其中M为Nb、V和Mo元素中的至少一种元素，a、b、c、d和e表示元素组成的原子百分数，70.0≤a≤74.5，1.0≤b≤1.5，2.5≤c≤3.5，11.5≤d≤14.5，8.3≤e≤14.5，且满足a+b+c+d+e＝100，称取所需原料：铌铁、硼铁、钒铁、钼铁、纯硅、纯铜和纯铁，完成原料的配制；第二步，制备主合金A铸锭：将上述第一步配制的原料加入熔炼炉中，对炉体抽真空至真空度<5×10-1Pa，加热熔炼，直到所加入的全部原料熔化，且使成分均匀分布为止，之后对熔融液进行打渣和除渣，最后倒入模具中冷却，制得原子百分比组成为FeaCubMcSidBe的主合金A铸锭；第三步，制备非晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙继兵，杜帅龙，肖阳，李英，张磊，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12