一种精密电流检测用铁基非晶软磁合金及其制备方法技术

一种精密电流检测用铁基非晶软磁合金及其制备方法，所述铁基非晶软磁合金的典型成分为FexNbyNizSinBm，其中，x=65‑80at%，y=5‑8at%，z=1‑2at%，n=8‑15at%，m=4‑10at%。本发明专利技术所述的精密电流检测用铁基非晶软磁合金及其制备方法，配方设置合理，制备工艺简单，Fe与Nb、Ni、Si、B之间的交互耦合作用良好，具有优异的软磁性能，Fe元素作为主成分大幅降低材料的成本以及提高磁性能，Nb为纳米晶的析出提供形核位点阻碍α‑Fe(Si)纳米晶粒的过度生长同时增大了晶化温度，提升了热稳定性以及稳固了非晶相；Ni提高合金的非晶形成能力，提高饱和磁感应强度；Si可以减小平均晶粒尺寸和拓宽合金热处理的温度区间以及抑制Fe‑(B)等二次相的析出增加热稳定，B元素可以起到稳定非晶相和阻碍晶粒进一步生长的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种精密电流检测用铁基非晶软磁合金及其制备方法
本专利技术属于铁基非晶软磁合金
，具体涉及一种精密电流检测用铁基非晶软磁合金及其制备方法。
技术介绍
铁基非晶软磁合金作为新一代绿色节能材料，对于降低电力电子的损耗方面具备独特的优势，有助于推进节能减排，具备重要的经济和应用价值。同传统软磁材料比较，铁基非晶软磁合金具有更好的软磁性能和高的居里温度，因而使得其在电源开关、配电变压器、电流互感器等磁性器件中具有很好的应用前景，特别适合精密电流检测。铁基非晶软磁合金逐渐演变为三大体系：Finemet类合金、Nanoperm类合金以及Hitperm类合金。对于非金属元素占比较大(约22at．％)的Finemet系合金，导致低Fe含量的饱和磁感应强度Bs较低(仅1.25T左右)，与高Bs的硅钢片(1．8T以上)较，存在一定的差距。Nanoperm类合金较好的解决了这一劣势，大幅提升了Bs。不足之处由于含有Zr等金属元素，一般需要在真空环境下进行，导致工艺复杂化；同样对于Hitperm系合金，合金的软磁性能得到改善，但是由于含有Co等元素，极大地增加了材料成本，应用领域受到限制。因此，本专利技术研发出一种精密电流检测用铁基非晶软磁合金及其制备方法，具有高饱和磁感应强度，并且成本低，易于生产和大规模生产。中国专利申请号为CN201811347087.4公开了一种铁基非晶纳米晶软磁合金及其制备方法和应用，将铁、硅、硼源、铜、铌和镍进行熔炼后，得到合金锭；将合金锭破碎后清洗，然后进行甩带，得到非晶合金带；在真空或保护性气氛的条件下，将非晶合金带在430～450℃进行热处理后，得到铁基非晶纳米晶软磁合金，其饱和磁感应强度需要进一步提高和成本降低。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服以上不足，本专利技术的目的是提供一种精密电流检测用铁基非晶软磁合金及其制备方法，配方设置合理，Fe与Nb、Ni、Si、B之间的交互耦合作用良好，具有优异的软磁性能，制备步骤简单可控且具有很高的灵活性，可以用于大规模的生产，具有较好的经济性，应用前景广泛。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种精密电流检测用铁基非晶软磁合金，所述铁基非晶软磁合金的典型成分为FexNbyNizSinBm，其中，x=65-80at%，y=5-8at%，z=1-2at%，n=8-15at%，m=4-10at%。本专利技术所述的精密电流检测用铁基非晶软磁合金，配方设计合理，Fe与Nb、Ni、Si、B之间的交互耦合作用优异，软磁性能优异，Fe元素作为主成分，能够大幅降低材料的成本以及提高磁性能，Nb难溶于铁基非晶软磁合金中，由于Nb存在排斥和偏析等行为，为纳米晶的析出提供形核位点，从而阻碍α-Fe(Si)纳米晶粒的过度生长同时增大了晶化温度，提升了热稳定性以及稳固了非晶相，使得纳米晶颗粒的大小适当；Ni作为过渡族金属元素，能够提高合金的非晶形成能力，且能大大提高饱和磁感应强度；Si可以减小平均晶粒尺寸和拓宽合金热处理的温度区间以及抑制Fe-(B)等二次相的析出增加热稳定，B元素可以起到稳定非晶相和阻碍晶粒进一步生长的作用，从而更好地控制晶粒尺寸和非晶态的形态。本专利技术还涉及所述精密电流检测用铁基非晶软磁合金的制备方法，包括如下步骤：（1）母合金成分配制：先用砂轮把Fe、Nb、Ni、Si、FeB原料的表面氧化层打磨掉，按照上述配方对Fe、Nb、Ni、Si、FeB进行准确称量，称量误差控制在±0.003%；（2）熔炼母合金：通过非自耗真空电弧熔炼炉，将上述原料熔炼成合金锭；（3）精炼：上述合金锭破碎成合金块，经丙酮溶液清洗后装入石英管，石英管底部开有圆孔，所述圆孔的直径为0.6-0.8mmm；所述石英管放置在真空腔里的感应线圈中，并且固定在感应式急冷甩带机的水冷铜辊上方0.5-1.0mm高度处，采用感应线圈熔融石英管内的合金块；（4）制带：当石英管内的合金块熔融成液体后，采用单铜辊快淬急冷法，通过感应式急冷甩带机制备成铁基非晶合金带材；（5）热处理：将上述铁基非晶合金带材放置于真空管式炉的石英舟中，然后推入至真空管式炉的加热炉膛中间；对真空管式炉的炉腔进行抽真空，当真空度达到-0.1Mpa时关闭机械泵，同时开启通气阀通入N2气体，使得铁基非晶合金带材在N2气氛内进行热处理；热处理完成后，铁基非晶合金带材随着真空管式炉的炉腔一起冷却到室温后取出，得到铁基非晶软磁合金。本专利技术的制备方法设置合理，采用熔炼母合金、精炼、快淬急冷制带、热处理的步骤，能够有效控制母合金液的成分和其他残余元素的含量。其中，FeB代替B粉，成本低，成分易控制，熔炼方便，B粉在高温易氧化和发生喷射、挥发，成分不易控制。进一步的，上述的精密电流检测用铁基非晶软磁合金的制备方法，所述步骤（2）的熔炼母合金，具体包括如下步骤：（1）清洗：将上述配料好的Fe、Nb、Ni、Si、FeB原料置于有丙酮/乙醇溶液内，经超声波清洗去除表面油污及其他有机物；（2）抽真空：将配制好的Fe、Nb、Ni、Si、FeB原料放置于非自耗真空电弧熔炼炉中氮化硼坩埚，其中密度大且熔点低放在氮化硼坩埚上面；加入用于吸氧的不与Fe、Nb、Ni、Si、FeB原料接触的钛锭；用机械泵和扩散泵抽真空，当真空度达到2.0-3.0×10-3Pa后，充入0.01-0.05Mpa的纯度为99.999%的氩气；（3）熔炼：先熔炼钛锭去吸收掉非自耗真空电弧熔炼炉炉体内残存的氧气；再将氮化硼坩埚内放置好的Fe、Nb、Ni、Si、FeB原料依次熔炼成合金锭，每个合金锭反复熔炼4~6次以减少成分偏析。本专利技术所述熔炼母合金，提高了Fe、Nb、Ni、Si、FeB原料的清洁度以及减少杂质的影响，整个熔炼过程，均在充满氩气的氛围内进行。熔炼后的合金锭表面光滑、无杂质且呈现金属光泽。进一步的，上述的精密电流检测用铁基非晶软磁合金的制备方法，所述步骤（4）的制带，具体包括如下步骤：采用机械泵和扩散泵抽真空至5.0-6.0×10-3Pa后充入0.04-0.05Mpa的纯度为99.999%的氩气，开启感应式急冷甩带机的水冷铜辊和感应线圈的加热电源，在99.999%的氩气的保护下使石英管中的合金块熔融均匀，在石英管内外压差约为0.05Mpa下将熔融均匀的母合金喷射到转速为60-100m/s的水冷铜辊上，制备出铁基非晶合金带材。进一步的，上述的精密电流检测用铁基非晶软磁合金的制备方法，所述圆孔内设置有喷嘴，所述喷嘴的喷速控制在20-30m/s。进一步的，上述的精密电流检测用铁基非晶软磁合金的制备方法，所述铁基非晶合金带材的的厚度为15-20μm，宽度为1-2mm。进一步的，上述的精密电流检测用铁基非晶软磁合金的制备方法，所述热处理，具体包括如下步骤：真空管式炉先以5-8℃升温速率由室温升至300-350℃，再以3-5℃升温速率升至400-430℃，保温处理5-10min。本专利技术通过热处理，有效的释放了经快速冷却后铁基非晶合金带材所产生的内应力，获得了均匀弥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种精密电流检测用铁基非晶软磁合金，其特征在于，所述铁基非晶软磁合金的典型成分为FexNbyNizSinBm，其中，x=65-80at%，y=5-8at%，z=1-2at%，n=8-15at%，m=4-10at%。/n

【技术特征摘要】
1.一种精密电流检测用铁基非晶软磁合金，其特征在于，所述铁基非晶软磁合金的典型成分为FexNbyNizSinBm，其中，x=65-80at%，y=5-8at%，z=1-2at%，n=8-15at%，m=4-10at%。


2.根据权利要求1所述精密电流检测用铁基非晶软磁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）母合金成分配制：先用砂轮把Fe、Nb、Ni、Si、FeB原料的表面氧化层打磨掉，按照上述配方对Fe、Nb、Ni、Si、FeB进行准确称量，称量误差控制在±0.003%；
（2）熔炼母合金：通过非自耗真空电弧熔炼炉，将上述原料熔炼成合金锭；
（3）精炼：上述合金锭破碎成合金块，经丙酮溶液清洗后装入石英管，石英管底部开有圆孔，所述圆孔的直径为0.6-0.8mmm；所述石英管放置在真空腔里的感应线圈中，并且固定在感应式急冷甩带机的水冷铜辊上方0.5-1.0mm高度处，采用感应线圈熔融石英管内的合金块；
（4）制带：当石英管内的合金块熔融成液体后，采用单铜辊快淬急冷法，通过感应式急冷甩带机制备成铁基非晶合金带材；
（5）热处理：将上述铁基非晶合金带材放置于真空管式炉的石英舟中，然后推入至真空管式炉的加热炉膛中间；对真空管式炉的炉腔进行抽真空，当真空度达到-0.1Mpa时关闭机械泵，同时开启通气阀通入N2气体，使得铁基非晶合金带材在N2气氛内进行热处理；热处理完成后，铁基非晶合金带材随着真空管式炉的炉腔一起冷却到室温后取出，得到铁基非晶软磁合金。


3.根据权利要求2所述精密电流检测用铁基非晶软磁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）的熔炼母合金，具体包括如下步骤：
（1）清洗：将上述配料好的Fe、Nb、Ni、Si、FeB原料置于有丙酮/乙醇溶液内，经超声波清洗去除表面油污及其他有机物...

【专利技术属性】
技术研发人员：安石，
申请(专利权)人：江苏三环奥纳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32