【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种纳米晶合金，具体涉及一种高频高磁导率铁基纳米晶合金及其制备方法，属于合金材料领域。
技术介绍
1、自从1988年，纳米晶合金被首次开发以来，fe73.5si9b13.5nb3cu1已取得广泛应用，几十年来，大量的科学家和工程技术人员围绕该合金做了大量研究工作。然而，目前主流应用的仍然还是该合金成分。
2、随着器件往高频化方向发展，需要软磁材料的频率稳定性好，且频率稳定性好的磁导率水平尽量提高，目前常用制备超薄非晶带，外加横向磁场热处理的工艺，勉强满足高频器件对软磁材料的需求。但是为满足高频下高磁导率的要求，需要不断提高超薄非晶带的制备工艺，该方案会带来成本的大幅提升。
3、研究表明，si含量提高能带来高频磁导率的提升，通过si含量的调整，高硅含量的纳米晶合金会带来非晶形成能力的恶化，导致现有工艺难以制备出完全非晶的结构，后续性能根本无法得到保障。通常需要增大nb、mo、cr等强非晶形成元素的含量，来保障现有工艺下制备出完全非晶的快淬条带。也有研究表明，添加co和ni元素也可以用来提高频率稳定性，但是该方法会带来成本的大幅降低，甚至可能大幅降低低频磁导率，所以这种方法较少采用。
4、然而，添加co、ni、nb、mo等元素，通常需要大幅增加原材料的成本，在性能没有大幅提高的情况下，很难得到推广应用。所以，目前迫切需要一种不增加成本，且适应现行工艺的高频高磁导率纳米晶合金，以满足高频率下对高磁导率的使用要求。
技术实现思路
1、本专利
2、为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
3、本专利技术的一个方面提供了一种高频高磁导率铁基纳米晶合金，其化学式为feasibbcpdnbecufmg，其中m为杂质元素，a、b、c、d、e、f和g为各元素的原子百分数含量，a+b+c+d+e+f+g＝100，且15.5≤b≤20.5，g≤0.5。
4、进一步的，70≤a≤75，3≤c≤8，0.5≤d≤5，1.5≤e≤3.5，0.5≤f≤1.5。
5、其中，由于杂质元素种类众多，为方便计算杂质元素的含量，故而按杂质元素的质量分数并以fe元素的原子量折算为mg。
6、进一步的，所述铁基纳米晶合金在100khz的相对磁导率≥29000。
7、本专利技术的另一个方面还提供了一种制备所述高频高磁导率铁基纳米晶合金的方法，其包括：按照所述铁基纳米晶合金的组成配制原料，并依次进行熔炼、热处理，从而制得所述铁基纳米晶合金；其中，所述热处理的至少部分操作是在磁场中进行的。
8、进一步的，所述磁场的强度为0.01～1t。优选的，所述磁场为恒定磁场。
9、进一步的，所述磁场的来源包括永磁体或电磁铁等，即，所述磁场可以由永磁体或电磁铁等施加。
10、进一步的，所述热处理包括：先在460～480℃进行第一阶段热处理，时间为30～120min；之后在540～580℃进行第二阶段热处理，时间为90～180min。
11、在一些情况下，所述热处理的整个过程均是在所述磁场中进行的。在另一些情况下，所述第二阶段热处理是在所述磁场中进行的。但至少所述第二阶段热处理需要在所述磁场中进行。
12、在一个实施例中，所述的制备方法具体包括：将所述原料冶炼成合金液后，再加工为带材，之后对所述带材进行所述热处理，从而制得所述铁基纳米晶合金。
13、在一个实施例中，所述的制备方法具体包括配料、熔炼、喷带、绕制铁芯、热处理等步骤，即：
14、先按所述纳米晶合金的组成配制原料，原料包括金属单质或中间合金等。
15、利用所得原料，经电弧或感应、电阻炉熔炼等方式形成合金，可以真空冶炼，也可经非真空方式冶炼，其中非真空方式冶炼需经熔体净化处理，以降低其中有害杂质元素或夹杂带来的危害，经冶炼形成均匀混合的合金液，合金液可以直接用于制带，也可以冷却后形成合金锭，再将合金锭熔化为合金液后用于制带。
16、之后将所述合金液经平面流铸方式获得平直条带，并可利用xrd方式检测条带的物相状态是否为完全非晶状态，将条带收集后待用。所述甩带机可以为重力或压力单辊甩带机。
17、收集后的条带，可以按照需要的尺寸经卷绕后可制作成相应尺寸的磁芯，磁芯需经点焊或其他方式固定，以防止磁芯散开。
18、该磁芯经横向磁场热处理后可获得性能优异的纳米晶磁芯，处理工艺为磁场热处理，磁场的施加方式可以为永磁体或电磁铁等方式。
19、相较于现有技术，本专利技术至少具有如下优势：
20、(1)本专利技术通过将铁基纳米晶合金中的si含量提高至15.5～20.5at.％，使合金的高频磁导率明显提高，达到100khz下的磁导率≥29000，并通过添加p元素，有效增强了非晶形成能力，克服了si含量提高引起的非晶形成能力不足等缺陷，且使合金的频率抗衰减特性良好，相较于添加co、ni、nb、mo等元素提高合金的高频磁导率的方式，成本更低。
21、(2)本专利技术的高频高磁导率铁基纳米晶合金可以在现有生产条件下大规模生产，只需按所述纳米晶合金的组分配制原料后，进行熔炼等工序，即可制备出完全非晶的带材，例如21±1微米规格的带材，再经卷绕成磁芯等工序，之后在磁场中进行热处理，就可以获得相应的纳米晶磁芯。相比于高si含量的107合金，本专利技术的制备方法不仅提升了铁基纳米晶合金的高频磁导率，改善了铁基纳米晶合金非晶形成能力，与压力法制备的超薄带相比，制作过程更加容易，可以在性能接近的情况下，大幅降低成本。
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1.一种高频高磁导率铁基纳米晶合金，其特征在于：所述合金的化学式为FeaSibBcPdNbeCufMg，其中M为杂质元素，a、b、c、d、e、f和g为各元素的原子百分数含量，a+b+c+d+e+f+g＝100，且15.5≤b≤20.5，g≤0.5。
2.根据权利要求1所述的高频高磁导率铁基纳米晶合金，其特征在于：70≤a≤75，3≤c≤8，0.5≤d≤5，1.5≤e≤3.5，0.5≤f≤1.5。
3.根据权利要求1所述的高频高磁导率铁基纳米晶合金，其特征在于：所述铁基纳米晶合金在100KHz的相对磁导率≥29000。
4.权利要求1-3中任一项所述高频高磁导率铁基纳米晶合金的制备方法，其特征在于，包括：按照所述铁基纳米晶合金的组成配制原料，并依次进行熔炼、热处理，从而制得所述铁基纳米晶合金；其中，所述热处理的至少部分操作是在磁场中进行的。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述磁场的强度为0.01～1T。
6.根据权利要求4-5中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述磁场的来源包括永磁体或电磁铁。
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