一种低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金，成分为：Fea1Ba2Ca3Cua4Ma5；其中，M为Nb、Ti、Hf和W中的一种或几种；83≤a1≤86，7≤a2≤12，2≤a3≤6，0＜a4≤1，0.05≤a5≤1；a1+a2+a3+a4+a5＝100。与现有技术相比，本发明专利技术降低了铜含量同时降低了硼含量提高了铁含量，使软磁合金具有良好的饱和磁化强度并添加了少量的铌等合金元素降低了软磁合金的矫顽力；同时采用碳元素代替硅元素，在满足成本较低的同时提高了合金的软磁性能。本发明专利技术还提供了一种低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金的制备方法。

Iron base soft magnetic alloy with low cost and high saturation magnetization and preparation method thereof

The invention provides a Fe based soft magnetic alloy, the strength of a low cost and high saturation magnetization component is Fea1Ba2Ca3Cua4Ma5; the M for one or more of Nb, Ti, Hf and W; 83 = A1 = 86, 7 = A2 = 12, 2 = A3 = 6, A4 < 0 < 1, 0.05 = A5 = 1; a1+a2+a3+a4+a5 = 100. Compared with the prior art, the invention reduces the copper content while reducing boron content increased iron content, the alloy has excellent soft magnetic saturation magnetization and add a small amount of niobium alloy elements such as reducing the coercivity of soft magnetic alloy; while using carbon instead of silicon, improve the soft magnetic properties of the alloy in the low cost at the same time to meet. The invention also provides a preparation method of iron base soft magnetic alloy with low cost and high saturation magnetization.

【技术实现步骤摘要】
一种低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金及其制备方法
本专利技术涉及软磁合金
，尤其涉及一种低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金。
技术介绍
自20世纪70年代非晶软磁材料研究成功以来，其优越的软磁性能受到众多研究者的青睐，铁基非晶/纳米晶软磁合金具有优良的软磁性能，高饱和磁感应强度，低矫顽力，高磁导率，低损耗，高且稳定的居里温度等特点，数十年来始终是材料和凝聚态物理领域内的研究热点。此外，铁基非晶/纳米晶软磁合金的制备工艺简单、成本低廉，被广泛的应用在变压器、电感器、传感器等领域都具有良好的应用前景。对纳米晶软磁材料的研究始于1988年，经过二十多年的研究，目前纳米晶软磁合金主要有三个体系：Fe-Si-B-Cu-M(M＝Nb,Mo,W,Ta等)系FINEMET合金，Fe-B-M-(Cu)系(M＝Zr,Hf,Nb等)NANOPERM合金以及(Fe,Co)-M-B-Cu系(M＝Zr,Hf,Nb等)HITPERM合金。FINEMET合金由于其高磁导率，低损耗等特点，现在工业生产中得到广泛应用，但是其饱和磁化强度较低，综合磁性能最好的成分Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1饱和磁化强度也仅为1.24T，很大程度上限制了其使用范围。NANOPERM合金与HITPERM合金虽然提高了材料的饱和磁感应强度，但是易被氧化，加工性较差，且具有较大的矫顽力，因此很难得到大范围的应用推广，如中国专利CN102304669A公开的铁基纳米晶软磁合金，最高饱和磁化强度合金Fe82.7B10C6Cu1.3达到1.83T，矫顽力却高达15.5A/m；最低矫顽力合金Fe83B10C6Si1Cu1饱和磁化强度为1.78T，矫顽力4.5A/m；不能同时保证高的饱和磁化强度与低矫顽力。而且上述三种纳米晶软磁合金体系中均含有高比例的贵金属元素如Nb、Zr、Hf等，使得生产成本高。为了适应轻量化、小型化的发展要求，势必设计出新型的具有高饱和磁感应强度低矫顽力、低成本的软磁合金，以更好的适应生产应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金，本专利技术提供的铁基软磁合金同时具有较高的饱和磁化强度和较低的矫顽力，而且成本低。本专利技术提供了一种低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金，成分为：Fea1Ba2Ca3Cua4Ma5；其中，M为Nb、Ti、Hf和W中的一种或几种；83≤a1≤86，7≤a2≤12，2≤a3≤6，0＜a4≤1，0.05≤a5≤1；a1+a2+a3+a4+a5＝100。优选的，所述a1为83、83.5、84或84.5。优选的，所述a2为10.25、9.75、9.25或8.75。优选的，所述a3为6；所述a4为0.5；所述a5为0.25。优选的，所述M为Nb。本专利技术提供的低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金在各种元素以及元素含量的综合作用下得到软磁合金具有良好的热稳定，而且这种软磁合金的饱和磁化强度较高、矫顽力较低，软磁性能优良。本专利技术有效的改善了软磁合金低饱和磁感应强度和高矫顽力的缺点，同时大大降低了生产成本。本专利技术提供了一种上述技术方案所述的低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金的制备方法，包括：将铁、硼铁、碳铁、铜和M金属进行熔炼，得到合金锭；所述M为Nb、Ti、Hf和W中的一种或几种；将合金锭进行急冷制带，得到合金薄带；将合金薄带进行热处理，得到低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金。优选的，所述熔炼的温度为1800～2000℃；所述熔炼的时间为15～20s。优选的，所述急冷制带过程中的甩带速度为40～60m/s。优选的，所述热处理在真空和/或保护性气体的条件下进行。优选的，所述热处理具体为：以15～25℃/min的速度将合金薄带升温至360～450℃保温3～15min。与现有技术相比，本专利技术中贵金属元素Nb等的含量由3at％降低至0.5at％以下，Cu降低至0.5at％以下，本专利技术降低了铜含量同时降低了硼含量提高了铁含量，使软磁合金具有良好的饱和磁化强度；并添加了少量的铌等合金元素降低了软磁合金的矫顽力；同时不添加Si元素并采用C元素，采用碳元素代替硅元素达到降低了材料的成本；而且本专利技术中并不添加有毒挥发性P元素，降低了杂质元素的引入。本专利技术提供的软磁合金成分在满足成本较低的同时提高了合金的软磁性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的制备低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金的工艺流程图；图2为本专利技术实施例制备得到的低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金的XRD衍射图；图3为本专利技术实施例制备得到的低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金合金的热稳定性测试结果；图4为本专利技术实施例制备得到的低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金的磁性能测试结果。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金，成分为：Fea1Ba2Ca3Cua4Ma5；其中，M为Nb、Ti、Hf和W中的一种或几种，优选为Nb；83≤a1≤86，优选为83、83.5、84或84.5；7≤a2≤12，优选为10.25、9.75、9.25或8.75；2≤a3≤6，优选为6；0＜a4≤1，优选为0.5；0.05≤a5≤1，优选为0.25；a1+a2+a3+a4+a5＝100。在本专利技术中，所述a1、a2、a3、a4和a5代表软磁合金中Fe、B、C、Cu和M的原子百分比。专利技术人经过大量研究发现对于纳米材料而言，要提高饱和磁感应强度，需尽量的提高铁的含量；要降低成本，则需尽量的少添加或不添加贵金属Nb。但是由于铁含量的增加相应的减少了类金属的含量，这些类金属的减少将会导致纳米晶的前驱体(非晶)的非晶形成能力下降，同时由于少添加或不添加Nb元素也会造成该合金的非晶形成能力下降，这些都不利于制备非晶带材，并导致磁性能的恶化。与现有技术相比，本专利技术中贵金属元素Nb等的含量由3at％降低至0.5at％以下，Cu降低至0.5at％以下而且不添加Si元素并采用C元素，达到降低了材料的成本；而且本专利技术中并不添加有毒挥发性P元素，降低了杂质元素的引入。本专利技术提供的低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金在各种元素以及元素含量的综合作用下得到的软磁合金具有良好的热稳定，而且这种软磁合金的饱和磁化强度较高、矫顽力较低，软磁性能优良。本专利技术有效的改善了软磁合金低饱和磁感应强度和高矫顽力的缺点，同时大大降低了生产成本。在本专利技术中，上述技术方案所述的低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金的制备方法为：将铁、硼铁、碳铁、铜和M金属按上述原子百分比进行配料后熔炼，得到合金锭；将合金锭进行急冷制带，得到合金薄带；将合金薄带进行热处理，得到低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金，成分为：Fea1Ba2Ca3Cua4Ma5；其中，M为Nb、Ti、Hf和W中的一种或几种；83≤a1≤86，7≤a2≤12，2≤a3≤6，0＜a4≤1，0.05≤a5≤1；a1+a2+a3+a4+a5＝100。

【技术特征摘要】
1.一种低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金，成分为：Fea1Ba2Ca3Cua4Ma5；其中，M为Nb、Ti、Hf和W中的一种或几种；83≤a1≤86，7≤a2≤12，2≤a3≤6，0＜a4≤1，0.05≤a5≤1；a1+a2+a3+a4+a5＝100。2.根据权利要求1所述的低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金，其特征在于，所述a1为83、83.5、84或84.5。3.根据权利要求1所述的低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金，其特征在于，所述a2为10.25、9.75、9.25或8.75。4.根据权利要求1所述的低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金，其特征在于，所述a3为6；所述a4为0.5；所述a5为0.25。5.根据权利要求1所述的低成本高饱和磁化强度的铁基软磁合金，其特征在于，所述M为Nb...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国太，杨元政，袁涵，姚春莲，周林，徐佳，李文，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44