合金和用于制备磁芯的方法技术

提供合金，由式Fe

【技术实现步骤摘要】
合金和用于制备磁芯的方法
本专利技术涉及一种合金，特别是一种铁系合金和一种用于制备磁芯特别是环形带芯的方法。
技术介绍
在金属软磁材料中，Fe系纳米晶材料尤其是非常有前途的用于电感的候选物。这些材料在过去几十年中得到了发展，并找到不断增长的用途，既用在高品质的磁芯和磁性元件中，也用在屏蔽物、天线和各种磁性传感器中。与其他软磁金属尖端材料相比，纳米晶金属箔由于其比较高的比电阻(典型地为100-150μΩcm)及其与制备相关的小的约20μm的带厚而具有良好的高频性能和小的损耗。因此，由这些材料制成的环形带芯既在技术上和软磁铁氧体竞争，而且由于其明显更小的设计尺寸，在成本/效益方面也和软磁铁氧体竞争。同时，在所有软磁尖端材料中，纳米晶软磁材料具有远远胜出的最佳的软磁性能老化稳定性。经由纳米晶金属的合金组成和热处理对软磁性能进行的优化已主要集中于在高磁导率领域中的环形带芯，其中50Hz至约100kHz的应用频率构成了重点。纳米晶软磁性的铁系合金的一个实例是Fe73.8Nb3Cu1Si15.6B6.6，其是可以以商用名800商购的。现有的用于制备各种电感的软磁纳米晶物质如例如800的性能目前限制在>25000至200000的高磁导范围。但对于许多用途来说，低于20000至10000的磁导率是必需的。
技术实现思路
任务是提供一种具有在10000至15000之间的磁导率的合金。通过独立权利要求的主题解决该问题。从属权利要求的主题是扩展。根据本专利技术，提供了一种合金，所述合金由式FeaCobNicCudMeSifBgXh表示，其中M是元素V、Nb、Ta、Ti、Mo、W、Zr、Cr、Mn和Hf中的至少一种，a、b、c、d、e、f、g是按原子％计的，X指示杂质及可选的元素P、Ge和C，且a、b、c、d、e、f、g、h满足以下条件：0≤b≤40≤c<40.5≤d≤22.5≤e≤3.514.5≤f≤166≤g≤7h<0.51≤(b+c)≤4.5其中a+b+c+d+e+f+g＝100。作为杂质，可以存在多至0.1重量％铝，多至0.05重量％硫，多至0.1重量％氮和/或多至0.1重量％氧，并且以多至0.5重量％，优选多至0.2重量％，优选多至0.1重量％的总和存在。杂质以及元素P、Ge和C(当元素P、Ge和C中的一种或多种存在时)的和的最大含量为小于0.5原子％，因为h<0.5。在一些实施例中，不存在元素P、Ge和C中任何一种，使得杂质的最大含量为小于0.5原子％。该合金具有其中至少50体积％的晶粒的平均尺寸小于100nm的纳米晶组织，具有≤1ppm的饱和磁致伸缩|λs|，具有拥有中央线性部分的滞后回线，且具有10000至15000、优选10000至12000的磁导率μ。不过，铁系纳米晶合金的情况下，磁致伸缩和磁导率的性能却是背道而驰。EP1609159B1公开了一种纳米晶铁系合金，利用其可以达到大约10000的磁导率。它却具有4.4ppm的饱和磁致伸缩。US6507262B2公开了一种纳米晶铁系合金，具有小于1ppm的饱和磁致伸缩，它却具有40000的磁导率。因此这些合金对于期望的用途来说是不合适的，所述期望的用途既具有10000至15000之间的磁导率，又具有最多±1ppm的小磁致伸缩。出人意料地发现，根据本专利技术的纳米晶铁系合金具有10000至15000的磁导率与≤1ppm的饱和磁致伸缩|λs|的组合。因此，可以实现新的用途，例如在多种部件如由软铁磁体制成的磁芯中，磁芯用根据本专利技术的合金取代软铁磁体制造，并且可以具有较小的体积而不使性能劣化。磁导率的下限使得芯的足够的电感成为可能，而磁导率的上限和饱和感应强度则保证了在不使其磁饱和的情况下芯的高的电流预负荷能力。≤1ppm，优选≤0.5ppm的小磁致伸缩|λs|防止了芯伴随磁性改变特别是磁导率的变化可能出现机械形变。原则上，对于具有约10000至12000的磁导率和几乎消失的磁致伸缩的合金来说，应用领域是制备共模扼流圈用于变频器、太阳能转换器、用于船舶驱动、用于铁道驱动、或用于焊接器、或者用于减少电机和发电机中的轴电流。特别是关于那些其中流动中高共模电流的共模扼流圈或者其中与电路相关需要高电感L的共模扼流圈。经过其流过很高电流的共模扼流圈可以仅还用非常低导通率的合金实现，如可由德国哈瑙的FirmaVacuumschmelzeGmbH&CoKG商购的VP270(具有标称组成5.8重量％Ni，1.0重量％Cu，5.4重量％Nb，6.4重量％Si，1.7重量％B，余量Fe)，VP250(具有标称组成11.6重量％Ni，1.0重量％Cu，5.3重量％Nb，6.2重量％Si，1.7重量％B，余量Fe)和VP220(具有标称组成11.6重量％Ni，8.1重量％Co，1.0重量％Cu，5.3重量％Nb，5.9重量％Si，1.7重量％B，余量Fe)，或者用拉应力感应的500(具有标称组成1.0重量％Cu，5.6重量％Nb，8.8重量％Si，1.5重量％B，余量Fe)实现，其也可由德国哈瑙的FirmaVacuumschmelzeGmbH&CoKG商购。具有几乎消失的磁致伸缩的合金的优点将首先在从10000起的磁导率的情况下令人感兴趣，因为在这种情况下感生各向异性能Ku(Ku＝1/2Bs2/(μμo))是与磁致弹性残余各向异性(magnetoelastischen)Kmagel＝3/2λsσ是大小可比的(其中λs为磁致伸缩，σ为机械张力或压力)。由此，在芯上的外部张力或压力可以影响磁体品质(滞后回线形状)。如果将磁致伸缩λs引向零的方向，可以将此影响最小化，因为由此磁致弹性残余各向异性Kmagel消失。如果在这种情况下磁致伸缩不接近零，那么必须防止在芯上有任何机械拉力或压力，这通过用铜线缠绕芯来实现。这在多数情况下是不可能的。在低导通率的合金如VP270、VP250和VP220的情况下(它们部分具有高的正磁致伸缩)，通过在芯上的外部拉力或压力的影响磁体品质当然也是可能的。不过，感生各向异性能Ku(Ku＝1/2Bs2/(μμo))还是明显较大，由此残余效果很少能够得到保持。在此，将滞后回线的中央部分定义为在各向异性场强点之间的滞后回线的部分，各向异性场强点标志着向饱和的过渡。滞后回线的该中央部分的线性部分在本文中由非直线性参数NL来定义，其中非直线性参数NL可以由下式计算和描述：其中δBauf(δB升)或δBab(δB降)指示通过饱和极化Bs的±75％的极化强度值之间的滞后回线的上升或下降的分支的拟合直线(Ausgleichsgeraden)的磁极化的标准偏差。NL越小，回线也越线性。根据本专利技术的合金具有小于0.8％的NL值。滞后回线的这种形式可以通过在磁场中将非晶态合金热处理达成，所述磁场取向为横穿带长度方向。此外，该合金可以具有从10000至15000、优选从11000至14000或100本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种合金，所述合金由式Fe

【技术特征摘要】
20190301 DE 102019105215.71.一种合金，所述合金由式FeaCobNicCudMeSifBgXh表示，其中M是元素V、Nb、Ta、Ti、Mo、W、Zr、Cr、Mn和Hf中的至少一种，a、b、c、d、e、f、g是按原子％计的，X指示杂质及可选的元素P、Ge和C，且a、b、c、d、e、f、g、h满足以下条件：
0≤b≤4
0≤c<4
0.5≤d≤2
2.5≤e≤3.5
14.5≤f≤16
6≤g≤7
h<0.5
1≤(b+c)≤4.5
其中a+b+c+d+e+f+g＝100，并且所述合金
具有其中至少50体积％的晶粒的平均尺寸小于100nm的纳米晶组织，
具有≤1ppm的饱和磁致伸缩|λs|，优选|λs|≤0.5ppm，
具有拥有中央线性部分的滞后回线，
具有10000至15000、优选10000至12000的磁导率μ，并且
具有<1.5％的剩磁比Br/Bs。


2.根据权利要求1所述的合金，其中0.2≤c<4，优选0.5≤c≤4，优选0.2≤c≤3，优选0.5≤c≤3。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的合金，其中0.2≤b<4，优选0.5≤b≤4，优选0.2≤b≤3，优选0.5≤c≤3。


4.根据在前权利要求中任一项所述的合金，所述合金还具有大于1.0T的饱和感应强度。


5.根据在前权利要求中任一项所述的合金，所述合金还具有<1A/m的矫顽场强Hc。


6.根据在前权利要求中任一项所述的合金，所述合金还具有≥60A/m，优选≥70A/m的各向异性场Hk。


7.根据在前权利要求中任一项所述的合金，其中X为C且h<0.5。


8.根据在前权利要求中任一项所述的合金，其中组Nb、Ta和Mo中至少一种元素作为M存在，其中2.5<e<3.5。


9.根据在前权利要求中任一项所述的合金，其中Nb可完全由Ta替换并且多至0.06原子％可由Mo替换。


10.根据在前权利要求中任一项所述的合金，其中0.5<b≤3且0.5<c≤3且1≤(b+c)≤4.5。


11.根据在前权利要求中任一项所述的合金，所述合金具有11000至14000的磁导率。


12.具有根据在前权利要求1至11中任一项所述的合金的磁芯。


13.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉塞赫尔·赫择，维多利亚·布丁斯克，克里斯缇安·波拉克，
申请(专利权)人：真空融化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE