一种低损耗纳米晶合金软磁材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种低损耗纳米晶合金软磁材料及其制备方法，通过优化合金配方设计，在国标牌号1K107合金成份的基础上通过添加V、N及少量稀土元素M。经配料、炼钢制备母合金、二次重熔后利用单辊熔体急冷法制备出FeCuNbVSiBNM铁基纳米晶合金薄带，具有高电阻率、低损耗、高Bs值、高磁导率、平整度好等特点。

A Low Loss Nanocrystalline Alloy Soft Magnetic Material and Its Preparation Method

The invention provides a low loss nanocrystalline alloy soft magnetic material and a preparation method. By optimizing the alloy formulation design, on the basis of the national standard 1K107 alloy composition, V, N and a small amount of rare earth element M are added. FeCuNbVSiBNM iron-based nanocrystalline alloy ribbon was prepared by mixing, steelmaking, secondary remelting and single roll melt quenching. It has the characteristics of high resistivity, low loss, high Bs value, high permeability and good smoothness.

【技术实现步骤摘要】
一种低损耗纳米晶合金软磁材料及其制备方法
：本专利技术涉及一种用于无线充电系统铁基纳米晶合金软磁材料及制备方法，特别是涉及一种低损耗纳米晶合金软磁材料及其制备方法。
技术介绍
：隔磁材料，是用于制作无线充电系统隔磁与聚磁组件的重要材料之一。主要是起增强感应磁场和屏蔽线圈磁场，防止磁力线通过金属器件产生涡流损耗发热，并防止磁力线通过电路干扰电路的正常工作。其性能的好坏对无线充电系统结构、功能的设计、充电效率起着至关重要的作用。目前，在无线充电系统中无论在发射端还是接收端使用的隔磁材料都是以铁氧体为主。随着无线充电系统对隔磁材料的要求越来越高，由于铁氧体材料的Bs值低、磁导率低而且很难做薄，随着无线充电大功率快充的发展，已经难以满足要求。而铁基纳米晶合金材料具有高Bs、磁滞损耗低、磁导率可调、片材厚度薄等优势，可使手机等消费电子做得非常薄，是用在手机无线充电接收端最理想的隔磁材料。但传统的铁基纳米晶合金如国标牌号1K107，合金成份为Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9电阻率低约为90uΩ/cm，其作为无线充隔磁材料时涡流损耗大，从而严重影响无线充电效率。因此如何来提供一种用于无线充电系统的低损耗软磁铁基纳米晶合金材料或叫薄带材料及其制备方法，使制备的软磁铁基纳米晶合金材料具有高电阻率、低损耗、高Bs值、高磁导率、平整度好等特点，成为无线充电系统传统隔磁材料理想的替代品。
技术实现思路
：本专利技术是针对上述现有技术存在的问题，提供一种低损耗纳米晶合金软磁材料及其制备方法，通过优化合金配方设计，在国标牌号1K107合金成份的基础上通过添加V、N及少量稀土元素M。经配料、炼钢制备母合金、二次重熔后利用单辊熔体急冷法制备出FeCuNbVSiBNM铁基纳米晶合金薄带，具有高电阻率、低损耗、高Bs值、高磁导率、平整度好等特点。本专利技术的目的之一是提供一种低损耗纳米晶合金软磁材料，由铁基合金制备而成，其所述铁基合金组成元素配比为Fe、Cu、Nb、V、Si、B、N、M；控制元素配比中各原子质量百分如下：Si：12-13.5%，B：7-9%，Nb：1-3%，Cu：1-2%，V：1-2%，N：0.01-3%，M：0-3%，Fe：余量；所述M为Tb或La任意一种。优选的，是所述Nb、B、V、N单质元素，分别采用铌铁、硼铁、钒铁、氮化钒铁或其他氮铁化合物的中间合金材料。本专利技术的另一目的公开的是一种制备低损耗纳米晶合金软磁材料的方法，以铁基合金为原料，其是包括以下方法：先确定铁基合金配比，在国标牌号1K107合金成份的基础上，添加V、N和/或添加少量稀土元素M；将经选用原材料称重配料、按顺序加料至熔炼装置中，进行炼钢制备母合金钢锭，然后二次重熔后，利用单辊熔体急冷法制备出FeCuNbVSiBNM铁基纳米晶合金薄带即低损耗纳米晶合金软磁材料产品。所述制备低损耗纳米晶合金软磁材料的方法，优选是包括以下方法步骤：（1）确定所述铁基合金配比，控制所述铁基合金的组成元素配比为Fe、Cu、Nb、V、Si、B、N、M；控制配比中原子百分比如下：Si：12-13.5%，B：7-9%，Nb：1-3%，Cu：1-2%，V：1-2%，N：0.01-3%，M：0-3%，Fe：余量；所述M为Tb或La任意一种；（2）按照（1）步确定的铁基合金配比，经换算成质量比后称重配料，配好的原材料按照工艺加入熔炼装置中，待完全熔化后再加入硼铁和电解铜，硅和M最后加入，倒入冷却铸盘，形成母铁基合金钢锭；（3）二次重熔，将（2）步冶炼好的母铁基合金钢锭，放入中频感应熔炼炉，重熔为钢液，将钢液置于预热保温装置中；（4）制低损耗纳米晶合金软磁材料，待步骤（3）预热保温装置中的钢液温度稳定后，钢液在保护气体的恒压力作用下，从预热保温装置底部的喷嘴流至高速旋转的铜辊，超急冷，控制铜辊线速度，在25-35m/s，通过控制喷嘴与铜辊之间缝隙的距离喷出带材；即制备得到铁基纳米晶薄带即制为低损耗纳米晶合金软磁材料。优选的，是（1）步所述配比中的Nb、B、V、N单质元素分别采用铌铁、硼铁、钒铁、氮化钒铁或其他氮铁化合物中间合金；控制加料顺序为先将氮化钒铁或其他氮铁化合物、钒铁、纯铁和铌铁依次加入熔炼装置中，待完全熔化后，再加入硼铁和电解铜，最后依次加入硅和M。优选的，是（2）步所述熔炼装置为非真空感应熔炼炉，控制熔炼的温度为1500℃-1600℃，进行均匀冶炼，控制熔炼时间为100-120min。所述制备低损耗纳米晶合金软磁材料的方法，其（3）步所述重熔是控制重熔温度为1000℃-1480℃，重熔时间60-100min。所述制备低损耗纳米晶合金软磁材料的方法，优选是（3）步所述预热保温装置为中间压力喷嘴包，控制预热保温温度为1200℃-1350℃。优选的，是（4）步所述保护气体氩气或氮气，控制超急冷速度为106℃/S；控制喷嘴与铜辊之间缝隙的距离为0.5-0.6mm。所述制备低损耗纳米晶合金软磁材料的方法，其（4）步控制制备得到的铁基纳米晶薄带宽度为60-75mm，厚度为18-20um。本专利技术采用上述方法步骤，完成了低损耗铁基纳米晶软磁合金薄带的制备工艺过程。由于Nb和V为同族相近元素，具有相同的晶体结构，原子半径相近，因此可采用V和Nb共同作为纳米晶合金热处理过程中阻碍晶粒长大元素,同时降低成本。N元素的加入形成Fe16N2二次相，能够提高纳米晶合金的Bs值、初始磁导率及电阻率，损耗也就更低。而且具有更优的去应力效果。因此可获得具有高电阻率、低损耗、高Bs值、高磁导率、平整度好的铁基纳米晶软磁合金薄带。附图说明：图1为本专利技术实施例1制备的低损耗纳米晶合金软磁材料产品的静态磁滞回线图；图2为本专利技术实施例2制备的低损耗纳米晶合金软磁材料产品的静态磁滞回线图；具体实施方式：下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明，为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术低损耗纳米晶合金软磁材料所采用的技术方案包括以下方法步骤：先确定铁基合金配比设计，在国标牌号1K107合金成份的基础上，添加V、N和/或添加少量稀土元素M；经选用原材料称重配料、按顺序加料在非真空感应炉中，进行炼钢制备母合金，然后二次重熔后，利用单辊熔体急冷法制备出FeCuNbVSiBNM铁基纳米晶合金薄带即低损耗纳米晶合金软磁材料产品。具体方法步骤为：（1）一种低损耗纳米晶合金软磁材料，由铁基合金制成，所述铁基合金的主要组成元素为Fe、Cu、Nb、V、Si、B、N、M(Tb、La、……)；配比中原子百分比如下：Si：12-13.5%，B：7-9%，Nb：1-3%，Cu：1-2%，V：1-2%，N：0.01-3%，M：0-3%，Fe：余量；以上为原子百分比，质量百分比则用原子百分比乘以其相对原子量；（2）按照上述给定配方或叫配比，经换算成质量比后称重配料，配好的原材料按照设计的工艺加入熔炼装置为非真空感应炉中进行熔炼，配方中的Nb、B、V、N等单质元素分别采用铌铁、硼铁、钒铁、氮化钒铁或其他氮铁化合物等中间合金；加料顺序为先将氮化钒铁或其他氮铁化合物、钒铁、纯铁和铌铁放进熔炼炉中，待完全本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低损耗纳米晶合金软磁材料，由铁基合金制备而成，其特征是所述铁基合金组成元素配比为Fe、Cu、Nb、V、Si、B、N、M；控制元素配比中各原子质量百分如下：Si：     12‑13.5% ，       B：      7‑9% ，Nb：     1‑3% ，           Cu：     1‑2% ，V：      1‑2% ，           N：      0.01‑3% ，M：      0‑3% ，           Fe：     余量；所述M 为Tb或La任意一种。

【技术特征摘要】
1.一种低损耗纳米晶合金软磁材料，由铁基合金制备而成，其特征是所述铁基合金组成元素配比为Fe、Cu、Nb、V、Si、B、N、M；控制元素配比中各原子质量百分如下：Si：12-13.5%，B：7-9%，Nb：1-3%，Cu：1-2%，V：1-2%，N：0.01-3%，M：0-3%，Fe：余量；所述M为Tb或La任意一种。2.根据权利要求1所述的一种低损耗纳米晶合金软磁材料，其特征是所述Nb、B、V、N单质元素，分别采用铌铁、硼铁、钒铁、氮化钒铁或其他氮铁化合物的中间合金材料。3.一种制备低损耗纳米晶合金软磁材料的方法，以铁基合金为原料，其特征是包括以下方法：先确定铁基合金配比，在国标牌号1K107合金成份的基础上，添加V、N和/或添加少量稀土元素M；将经选用原材料称重配料、按顺序加料至熔炼装置中，进行炼钢制备母合金钢锭，然后二次重熔后，利用单辊熔体急冷法制备出FeCuNbVSiBNM铁基纳米晶合金薄带即低损耗纳米晶合金软磁材料产品。4.根据权利要求3所述制备低损耗纳米晶合金软磁材料的方法，其特征是包括以下方法步骤：（1）确定所述铁基合金配比，控制所述铁基合金的组成元素配比为Fe、Cu、Nb、V、Si、B、N、M；控制配比中原子百分比如下：Si：12-13.5%，B：7-9%，Nb：1-3%，Cu：1-2%，V：1-2%，N：0.01-3%，M：0-3%，Fe：余量；所述M为Tb或La任意一种；（2）按照（1）步确定的铁基合金配比，经换算成质量比后称重配料，配好的原材料按照工艺加入熔炼装置中，待完全熔化后再加入硼铁和电解铜，硅和M最后加入，倒入冷却铸盘，形成母铁基合金钢锭；（3）二次重熔，将（2）步冶炼好的母铁基合金钢锭，放入中频感应熔炼炉...

【专利技术属性】
技术研发人员：周国华，毛宇晨，黄丛伟，胡曹生，
申请(专利权)人：江西大有科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36