一种铁基纳米晶软磁合金及其制备方法技术

本申请提供了一种铁基纳米晶软磁合金，材料成分为：Fe

【技术实现步骤摘要】
一种铁基纳米晶软磁合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及软磁材料
，H01F1/147，尤其涉及一种铁基纳米晶软磁合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]铁基纳米晶软磁合金，是在非晶合金的基础上通过热处理获得纳米晶微观组织的一种软磁材料，具有接近零的磁致伸缩系数、功耗低、磁导率高、性能稳定性好等优异软磁特性；当其应用于无线充电领域时，不仅能很好地地满足高频低损耗的性能要求，同时能满足多频段的需求。
[0003]但是，随着无线充电领域向小型化、节能化、高频化和高精密化方向的高速发展，对软磁材料提出了更高的饱和磁感应强度、更高的高频磁导率、更低的矫顽力和损耗值的要求。而目前商业化的纳米晶带材远远不能满足高端领域的使用需求，并且一些元素成分价格高昂，明显拉升制作成本，限制了其在工业生产中的应用。因此，如何在铁基纳米晶材料组成和处理工艺上进行优化，以获得性能更好的铁基纳米晶材料使其满足高端领域的要求，已经成为了本领域人员研究的热点。
[0004]中国专利CN108559926B公开了一种组分包括67～74.2份Fe，16～19.2份Si，6.5～8.5份B，2.0～3.0份Nb，0.2～1份V，1.0～1.3份Cu和0.1～2.2份Co的合金，该技术无需在横向磁场退火即可实现10kHz下80000以上的有效磁导率，100kHz频率下30000的有效磁导，但是该技术中铁含量是低于标准的铁基软磁合金的，是该技术的饱和磁感强度较低，其材料不太适用于小型电子器件，并且Nb的使用也使其材料成本偏高。中国专利CN 101796207B公开了一种Fe
‑
M
‑
Si
‑
B
‑
Cu纳米晶合金，该合金在低频区域的磁导率达到129000以上，但是在100kHz的磁导率却较低，限制了其使用范围。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术首先提供了一种铁基纳米晶软磁合金，本申请的软磁合金材料通过组分优化和处理工艺优化，使其具有优异的饱和磁感、更高的有效磁导率、更低的损耗值和更经济的工业成本，可满足无线充电工业领域的实际应用。
[0006]进一步地，所述铁基纳米晶软磁合金的材料成分为：Fe
100
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a
‑
c
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d
‑
e
‑
f
Si
a
B
c
Cu
d
X
e
M
f
；其中X选自Ti、Cr、Zr、Hf、Zn、Y、Al、Sn、Sb、Co、Ni中的任意一种或几种的组合，M选自Nb、Mo、Ta、W中的至少一种；10≤a≤15，5≤c≤10，0.3≤d≤2，10≤e≤30，1≤f≤4。
[0007]本申请中制备的铁基纳米晶软磁合金中，Fe作为基底元素组成并保证了材料高饱和磁感强度；Si可在一定程度上增加合金内原子的排列混乱度，提高合金的非晶态形成能力和成型能力；B为形成非晶的前驱体元素，可进一步提高合金的非晶态，含量过多则导致大量硼化物的形成，降低材料高温软磁性能；Cu与其他元素的结合力较弱，在热处理过程中首先析出并形成大量的原子团簇，为α
‑
Fe晶粒的析出提供丰富的形核点，并诱发产生均匀的纳米晶组织。
[0008]优选地，所述X选自Ti、Zr、Hf、Y、Sn、Sb、Co、Ni中的任意一种或几种的组合；进一步优选为Zr、Hf、Co、Ni中的至少一种；15≤e≤25。
[0009]在一种优选的实施方式中，所述X包括Co和Ni，Co和Ni的原子比为(10
‑
20)：(3
‑
12)。当本申请中X元素包括Co和Ni时，磁性元素Co添加可提高合金中的非晶相并与Fe形成FeCo纳米晶粒相，通过提高非晶和纳米晶的居里温度，进一步提高合金在高温下的软磁稳定性，但是当Co的含量过多时，合金中出现单独的Co纳米晶粒，将会提高磁晶各向异性并导致软磁性能下降；Ni可通过降低合金的磁各向异性常数改变后者的磁性能，但含量过多导致饱和磁感强度的下降。合金中组成种类较多，非晶的形成也更好，但只有在合适的成分含量下，才会各元素发挥最佳的共同作用，平衡好晶粒的生长，使合金的磁导率、饱和磁感强度、高温软磁性能达到最优值，并使损耗为最小值。
[0010]更优选地，所述X为Co和Ni，Co和Ni的原子比为(10
‑
15)：(5
‑
10)。
[0011]优选地，所述M选自Mo、Ta、W中的至少一种，更优选为Mo和/或Ta，2≤f≤3。在一种实施方式中M为Mo，因为在合金中Mo具有与Nb相当的作用，但是Mo的价格较Nb低的多，可明显降低材料成本，更适用于工业化应用。
[0012]优选地，所述铁基纳米软磁合金的材料成分为Fe
100
‑
a
‑
c
‑
d
‑
e
‑
f
Si
a
B
c
Cu
d
X
e
Mo
f
；12≤a≤14，6≤c≤8，0.8≤d≤1.2，15≤e≤25，2≤f≤3，X为Co和Ni，Co和Ni的原子比为(10
‑
15)：(5
‑
10)。
[0013]在一种实施方式中，所述铁基纳米软磁合金的材料成分为Fe
55.8
Si
12
B8Cu
1.2
Co
15
Ni5Mo3。
[0014]在另一种实施方式中，所述铁基纳米软磁合金材料的成分为Fe
57.2
Si
14
B6Cu
0.8
Co
10
Ni
10
Mo2。
[0015]在一种优选的实施方式中，所述铁基纳米软磁合金的材料成分为Fe
56.5
Si
13
B7Cu1Co
12.5
Ni
7.5
Mo
2.5
。
[0016]其次，本申请还提供了所述铁基纳米软磁合金的制备方法，包括以下步骤：
[0017](1)合金元素高温熔炼，制备母合金锭；
[0018](2)二次熔炼，制备非晶带材；
[0019](3)带材热处理和冷却。
[0020]进一步地，所述合金中，各元素的纯度不低于99％。
[0021]进一步地，所述合金元素熔炼过程中，熔炼温度为1300℃以上，优选为1300
‑
1470℃，熔炼时间为1.5
‑
5h。
[0022]优选地，步骤(1)中熔炼温度为1400
‑
1450℃，熔炼时间为2
‑
3h。
[0023]进一步地，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁基纳米晶软磁合金，其特征在于，所述铁基纳米晶软磁合金的材料成分为：Fe
100
‑
a
‑
c
‑
d
‑
e
‑
f
Si
a
B
c
Cu
d
X
e
M
f
；其中X选自Ti、Cr、Zr、Hf、Zn、Y、Al、Sn、Sb、Co、Ni中的任意一种或几种的组合，M选自Nb、Mo、Ta、W中的至少一种；10≤a≤15，5≤c≤10，0.3≤d≤2，10≤e≤30，1≤f≤4。2.根据权利要求1所述的铁基纳米晶软磁合金，其特征在于，所述X为Zr、Hf、Co、Ni中的至少一种；15≤e≤25。3.根据权利要求1所述的铁基纳米晶软磁合金，其特征在于，所述X包括Co和Ni，Co和Ni的原子比为(10
‑
20)：(3
‑
12)。4.根据权利要求1所述的铁基纳米晶软磁合金，其特征在于，所述M选自Mo、Ta、W中的至少一种，2≤f≤3。5.根据权利要求1所述的铁基纳米晶软磁合金，其特征在于，所述铁基纳米软磁合金的材料成分为Fe
100
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a
‑
c
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d
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e
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f
Si
a
B
c
Cu
d
X
e
Mo
f
；12≤a≤14，6≤c≤8，0.8≤d≤1.2，15≤e≤25，2≤f≤3，X为Co和Ni，Co和Ni...

【专利技术属性】
技术研发人员：李家洪，黄继亮，王帅，
申请(专利权)人：创烨新材料苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：