【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于软磁材料，涉及一种软磁合金，尤其涉及一种纳米晶软磁合金及其制备方法与应用。
技术介绍
1、剩余电流保护器(residual current device,rcd)被广泛应用于低压电器领域，用于检测剩余电流的大小，并以及时切断电源等动作方式防止安全事故的发生。但目前大量使用的ac型剩余电流保护器主要针对工频正弦交流的剩余电流而设计，随着应用场合不断拓宽，无论工业还是日常用电设备发生故障时，产生的剩余电流不再只是单纯的正弦波工频信号，出现的脉动直流分量会导致剩余电流互感器(residual current transformer,rct)的感应磁场偏置乃至饱和，引发剩余电流保护器拒动作，造成严重安全事故。因此，可同时保护正弦交流和脉动直流剩余电流的a型剩余电流互感器应运而生。
2、finemet是一种具有高价值应用前景的纳米晶软磁材料，其兼具优异的软磁和力学性能，被广泛应用于剩余电流互感器铁芯的制备中。目前，finemet运用在a型剩余电流互感器领域仍然存在如下问题：过分追求局部高性能，评价体系单调，且由于a型剩余电流互感器铁芯在特定工作段并不追求极限的性能，造成性能过剩；a型剩余电流互感器的制备往往需要经过磁场退火处理，磁性材料在磁场受力易造成形变乃至位移，导致批量应用时性能波动过大。
3、cn108559926a公开了一种铁基非晶带材和高频高磁导率纳米晶合金的制备方法，按摩尔份数计，包括以下成分：67-74.2份的fe，16-19.2份的si，6.5-8.5份的b，2-3份的nb，0.2-1
4、cn109706290a公开了一种适用于a型漏报的纳米晶磁芯磁场热处理方法，包括以下步骤：(1)将待处理的纳米晶磁芯放置在横磁炉中，并通入保护气体；(2)进行热处理及磁处理，包括：第一阶段：温度从室温升到约560℃，加热及保温约90min；第二阶段：将第一阶段热处理的纳米晶磁芯出路冷却至室温；第三阶段：将第二阶段冷却的纳米晶磁芯放置在横磁炉中，温度从室温升到约420℃，加热及保温约60min，并在退火的同时进行加横磁处理；第四阶段：出炉，将纳米晶磁芯冷却至室温；(3)收取冷却后的纳米晶磁芯成品；采用上述方法得到的纳米晶磁芯，用于漏电保护器内既可以对交流漏电其保护作用，还能对直流脉动电流起保护作用。然而该方法两段退火工艺皆为单段保温，不利于内应力的消除和组织的稳定转变，导致批量性能不稳定，因而会降低用作剩余电流互感器铁芯时的可靠性，不适用于工业化大批量生产。
5、对此，需要提供一种低剩磁且初始磁导率合适的纳米晶软磁合金及其制备方法与应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种纳米晶软磁合金及其制备方法与应用，尤其提供了一种适用于a型剩余电流互感器的纳米晶软磁合金及其制备方法与应用。本专利技术提供的纳米晶软磁合金能够兼具良好的磁学性能和力学性能，也能够避免元素掺杂过多对纳米晶软磁合金的性能产生不利影响，而且具有极佳的交直流性能。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种纳米晶软磁合金，以原子百分数计，所述纳米晶软磁合金包括11.5-12.5at％的si、8-9at％的b、1-1.5at％的cu、1.8-2.5at％的nb、0.01-0.05at％的ce、0.4-0.6at％的p、0.48-0.52at％的zr与co、73.33-76.81at％的fe以及余量不可避免的杂质。
4、本专利技术提供的纳米晶软磁合金通过对组成元素进行调整，使最终产品兼具良好的磁学性能和力学性能，还能够避免元素掺杂过多对纳米晶软磁合金的性能产生不利影响，使最终所得纳米晶软磁合金具有极佳的交直流性能。
5、具体的本专利技术提供的纳米晶软磁合金中包括的元素包括si、b、cu、nb、ce、p、zr、co、fe以及不可避免的杂质。本专利技术通过zr元素的添加，提高了非晶体系的形成能力，控制了晶粒尺寸，降低了铁损；本专利技术通过co元素的添加，提高了居里点，使最终所得纳米晶软磁合金具有更高的韧性；本专利技术通过ce元素的添加，利用ce与残余氧进行结合，促进了纳米相的均匀分布，提升了形核率，抑制晶粒的不稳定长大；本专利技术通过p元素的添加，控制了晶粒尺寸，降低了矫顽力。
6、此外，本专利技术提供的纳米晶软磁合金中，cu作为纳米晶化过程中α-fe的结晶核心，是整个纳米晶软磁合金系的催化剂，cu-p的结合能够催发cu的弥散析出，而zr、ce、si同样促进cu-p结合，缓解fe-b相的析出。
7、本专利技术提供的纳米晶软磁合金中需要避免掺杂元素过多或过少，以避免掺杂元素对纳米晶软磁合金性能产生的不利影响。
8、具体的，当si元素含量过多时，会增加纳米晶软磁合金的脆性，并降低饱和磁感应强度，不利于批量生产；当si元素含量过少时，会降低纳米晶软磁合金的高温磁性能，损害其极端环境下的服役寿命；因此，以原子百分数计，所述纳米晶软磁合金包括11.5-12.5at％的si，例如可以是11.5at％、11.8at％、12at％、12.2at％或12.5at％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
9、当b元素含量过多时，会使纳米晶软磁合金在制备过程中的结晶间隔下降，降低α-fe相量，导致剩磁增大，存在影响剩余电流互感器准确度的风险；当b元素含量过少时，则会降低非晶的成型能力；因此，以原子百分数计，所述纳米晶软磁合金包括8-9at％的b，例如可以是8at％、8.2at％、8.5at％、8.6at％、8.8at％或9at％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
10、当cu元素含量过多时，会改变纳米晶软磁合金制备过程中的结晶行为，影响纳米晶的顺利形成；当cu元素含量过少时，会导致所得纳米晶软磁合金中的晶粒异常粗大；因此，以原子百分数计，所述纳米晶软磁合金包括1-1.5at％的cu，例如可以是1at％、1.1at％、1.2at％、1.3at％、1.4at％或1.5at％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
11、当nb元素含量过多时，则会增加纳米晶软磁合金的造价，造成性能过剩；当nb元素含量过少时，会导致所得纳米晶软磁合金中的晶粒异常粗大；因此，以原子百分数计，所述纳米晶软磁合金包括1.8-2.5at％的nb，例如可以是1.8at％、2at％、2.1at％、2.4at％或2.5at％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
12、当zr元素含量过多时，过量的zr与cu之间的共存会导致饱和磁化强度降低，且在工业制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种纳米晶软磁合金，其特征在于，以原子百分数计，所述纳米晶软磁合金包括11.5-12.5at％的Si、8-9at％的B、1-1.5at％的Cu、1.8-2.5at％的Nb、0.01-0.05at％的Ce、0.4-0.6at％的P、0.48-0.52at％的Zr与Co、73.33-76.81at％的Fe以及余量不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的纳米晶软磁合金，其特征在于，以原子百分数计，所述纳米晶软磁合金中Zr的含量为0.2-0.3at％。
3.一种如权利要求1或2所述纳米晶软磁合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一热处理包括：保护气氛下，将磁环升温至第一温度进行第一保温，然后升温至第二温度进行第二保温，再升温至第三温度进行第三保温；第三保温结束后，随炉冷却至第四温度，然后充入保护气体进行冷却。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一温度低于第二温度；
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述第一热处理满足条件
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第二热处理包括：保护气氛下，将热处理磁环升温至第五温度进行第五保温，然后升温至第六温度进行第六保温，第六保温结束后冷却至室温；第二热处理过程中，当温度达到峰值后，施加横向磁场，在冷却至第七温度时撤去横向磁场。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第二热处理满足条件(b1)至(b)中的至少一种：
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述横向磁场的强度为700-900Gs。
10.一种A型剩余电流互感器，其特征在于，所述A型剩余电流互感器包括权利要求1或2所述的纳米晶软磁合金。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米晶软磁合金，其特征在于，以原子百分数计，所述纳米晶软磁合金包括11.5-12.5at％的si、8-9at％的b、1-1.5at％的cu、1.8-2.5at％的nb、0.01-0.05at％的ce、0.4-0.6at％的p、0.48-0.52at％的zr与co、73.33-76.81at％的fe以及余量不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的纳米晶软磁合金，其特征在于，以原子百分数计，所述纳米晶软磁合金中zr的含量为0.2-0.3at％。
3.一种如权利要求1或2所述纳米晶软磁合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一热处理包括：保护气氛下，将磁环升温至第一温度进行第一保温，然后升温至第二温度进行第二保温，再升温至第三温度进行第三保温；第三保温结束后，随炉冷却至第四温度，然后充入保护气体进行...
【专利技术属性】
技术研发人员：何胜，谷文举，卓晓，余可阳，张丽炜，孙永乐，
申请(专利权)人：上海正泰智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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