本发明专利技术涉及一种铁基纳米晶软磁合金，其特征在于合金组成满足关系式：FeaBbCcMdCue，式中M为选自Si、Al、Cr和Mn中的一种或多种，下标a、b、c、d、e分别表示各对应合金元素的原子百分比，并且满足以下条件：78≤a≤88；4≤b≤16；3≤c≤10；0≤d≤8；0.3≤e≤1.5；a+b+c+d+e＝100，所述铁基纳米晶合金由非晶基体相和纳米晶相组成。该合金的显著特征在于兼具高饱和磁感应强度，低矫顽力，低损耗等优异的软磁性能，并且不含贵金属元素及挥发性元素，降低了原材料的加工成本，便于推广应用。本发明专利技术还涉及上述合金的制备方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有高饱和磁感应强度低成本的铁基纳米晶软磁合金。本专利技术还涉及该铁基纳米晶软磁合金的制备方法。
技术介绍
磁性材料具有能量和信息转换、传递、存储或改变能量和信息状态的功能，是重要的功能材料，它们广泛应用于机械、电子、电力、通信和仪器仪表等领域。其中，矫顽力低、磁导率高的磁性材料称为软磁材料，它是电力、电机和电子等工业广泛使用的一类磁性材料。 考虑到软磁材料制造的设备大多数是在交变磁场条件下工作，通常要求其体积小、功率大、 灵敏度高、发热量少、稳定性好。为此，软磁材料本身应具备几个基本条件如高饱和磁感应强度、低矫顽力、高磁导率、低磁损耗、高稳定性及居里温度等。1885年，Ewing发表了关于纯铁磁性的研究结果，标志着软磁材料的产生。同年，Westinghouse专利技术了交流发电及电力传输方法。十九世纪末，Hadfield成功冶炼出Fe-Si合金，对电力工业的发展起到了关键性的促进作用。到目前为止，对于工程上广泛应用的软磁材料，因其使用功率、频率的不同要求和材料磁特性的不同而分为金属软磁材料(如工业纯铁、硅钢、坡莫合金)、软磁铁氧体、非晶及纳米晶软磁材料。纳米晶软磁材料是一类新型软磁材料，它由非晶基体及分布在基体上具有纳米级尺寸的晶粒组成，可以由非晶合金部分晶化得到。其性能兼备了传统晶态软磁材料的高饱和磁感应强度和非晶态软磁材料的低矫顽力、高磁导率和低损耗等多项优点。纳米晶软磁材料可以满足各类电子设备向高效高节能、集成化方面发展的需求，而且制备简单，成本低廉，被称为“第三代软磁”材料。对纳米晶软磁材料研究始于1988年，经过二十多年的研究， 目前纳米晶软磁合金主要有三个体系Fe-Si-B-M-Cu (M = Nb、Mo、W、Ta等)系FINEMET合金、Fe-M-B-(Cu)系(M = Zr、Hf、Nb 等)NAN0PERM 合金以及(Fe，Co) -M-B-Cu 系(M = Zr、 Hf、Nb 等)HITPERM 合金。其中，FINEMET合金由于其高磁导率，低损耗等特点，自研发以来就开始投入到工业应用中。但其饱和磁感应强度较低，综合性能最好的!^7i5Cu1Nb3Si13J9合金饱和磁感应强度仅为1.MT，因而限制了其应用范围。NAN0PERM合金饱和磁感应强度较高，达到了 1. 6T，并且磁致伸缩系数极低，趋近于零，大大降低了其应力敏感性。与FINEMET合金相比， NAN0PERM合金的损耗较大，但优于!^e-Ni系坡莫合金，可在高频下使用。NAN0PERM合金最大缺点是加工性较差，由于^ 元素化学性质活泼，高温下在大气中极易氧化。因此，在制备非晶时，对真空度要求较高，需要氩气保护，因而，NAN0PERM合金至今尚未得到真正的推广应用。HITPERM合金最初是在NAN0PERM合金的基础上以Co部分替代!^e而得到的，其晶化相为体心立方结构的α-FeCo。由于α-FeCo的存在使之具有比前两种合金更优异的高温磁性能。HITPERM合金系具有高的饱和磁感应强度，高频特性也优于NAN0PERM合金，但其矫顽力高达200A/m，损耗也较大。同时与N0NAPERM合金一样由于含有&元素，加工性较差， 因而至今也未得到推广应用。上述纳米晶软磁合金三个体系的另一个共同缺点是合金系中均含有贵金属元素如Nb、Zr和Hf等而加工成本高。为此，科研人员在现有合金体系基础上，通过优化制备工艺，调整合金成分，研究开发新的合金体系来改善纳米晶的软磁性能，同时降低加工成本。中国专利申请CN 101255506A公开了一种超高导磁纳米晶合金的制造方法及纳米晶合金。化学成分包括狗、01、恥、31』五种元素，具体原子％含量为! = 72. 5-74. 5%； Cu = 0. 5-1. 5% ；Nb = 2. 5-3. 5% ；Si = 12. 5-14. 5% ；B = 8-10%。其生产工艺为在加工过程中加入碳和硅钙粉进行脱氧处理，降低合金夹杂物、氧及氧化物的含量，从而有效地提高了纳米晶合金的磁导率。但合金的饱和磁感应强度不高，并且加工过程复杂，难以控制。中国专利申请CN 101104907A公开了具有高居里温度的纳米晶软磁 Fe44Co43^xZr7B5Al 1+x合金。通过添加Al元素取代Cu元素及部分取代Co元素，将合金的居里温度提高到了 1000°C以上，并降低了矫顽力。但其中综合性能较好的Fe44Co41Zr7B5Al3合金饱和磁感应强度仅为16;3emu/g，而!^44Co37Zr7B5Al7饱和磁感应强度较高，但矫顽力高达 70A/mo中国专利申请CN 101834046A公开了高饱和磁化强度铁基纳米晶软磁合金材料及其制备方法。合金的化学成分为FexSiyBzPaCub,具体原子％含量为Fe = 70-90% ；Si = 1-15% ；B = 1-20% ；P = 1-20% ；Cu = 0. 1_1%。该专利技术通过提高!^e元素的含量及P元素和Cu元素的混合添加，经过合适的晶化热处理，得到的纳米晶软磁合金饱和磁感强度高达1. 90T，矫顽力低于9. 4A/m,同时摒弃了 NbJr等贵金属元素因而降低了合金的成本。但该合金系含有少量挥发性元素P，合金成分难以精确控制，因而在一定程度上限制了其工业应用。中国专利申请CN 101629265A公开了一种低成本、高软磁性能的铁基纳米晶软磁合金。合金的化学成分用原子％表示为Si = 6-9%;B = 4-7%;P = 3-6% ；Cu = 0. 5-1.5%； Nb = 0. 05-0. 15% ；其余为狗。通过降低贵金属元素Nb的用量，同时用廉价的P元素部分取代B来降低合金的成本，利用P和Cu的共同作用使非晶合金退火后得到具有优异软磁性能的纳米晶软磁合金。但该合金系也因含有挥发性元素磷而限制了其工业应用。中国专利申请CN 101840763A公开了一种高饱和磁感应强度的铁基纳米晶软磁合金。化学成分为FeTaBbCu。CdMe，具体原子％含量为0. 002彡a彡5 ;2彡b彡18 ； 0.02^c^5;0.002 ^d^3 ；0. 02 ^ e ^ 20 ；其余为!^e及不可避免的杂质。该专利技术的软磁合金非晶形成能力强，饱和磁感应强度高于1. 5T，并且软磁性能优异。但该合金系含有少量贵金属元素Zr、Ta、Hf、Nb、W、Cr等中的一种或多种，或含有挥发性元素P，因而也未得到推广应用。随着现代通讯、电子电力工业的迅速发展，高电压输电线路日趋增多，对高频电感、高频开关电源、高频变压器等磁性器械的需求量也日益剧增。并且，随着对这些磁性器械准确度、保安系数及生产成本等要求的提高，传统的晶态软磁材料如铁氧体、硅钢、坡莫合金等已经无法满足要求。纳米晶软磁材料的开发和应用，很大程度促进了电子电力工业的发展，然而从目前纳米晶软磁材料的发展来看，总体上存在一些缺陷如饱和磁感应强度不是很高，特别是无法同时实现高饱和磁感应强度、低矫顽力和低损耗；此外，合金系中均含有Nb、Zr、Hf、Co 等贵金属元素的一种或几种，或含有挥发性元素P，合金的加工成本较高或合金成分难以控制，因而限制了其工业应用。因此，开发一种兼具高饱和磁感应强度、低矫顽力和低损耗等软磁特性，同本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种铁基纳米晶软磁合金，其特征在于合金组成满足关系式：ＦｅａＢｂＣｃＭｄＣｕｅ，式中Ｍ为选自Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｒ和Ｍｎ中的一种或多种，下标ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ分别表示各对应合金元素的原子百分比，并且满足以下条件：７８≤ａ≤８８；４≤ｂ≤１６；３≤ｃ≤１０；０≤ｄ≤８；０．３≤ｅ≤１．５；ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００，所述铁基纳米晶合金由非晶基体相和纳米晶相组成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：沈宝龙，范星都，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：97
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