[发明专利]铁基非晶软磁合金粉末及包含该粉末的磁粉芯和该磁粉芯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性功能材料及其制备。更具体的，本发明涉及一种铁基非晶软磁合金粉末及包含该粉末的磁粉芯和该磁粉芯的制备方法。

背景技术

目前，金属磁粉芯主要有铁粉芯、Fe₈₅Si₉Al₆磁粉芯、Fe₅₀Ni₅₀磁粉芯和Fe₁₇Ni₈₁Mo₂磁粉芯，以及近年来开发的非晶磁粉芯和纳米晶磁粉芯。这些磁粉芯具有各自的特点，其应用领域也各不相同。

铁粉芯的铁含量一般在99wt％以上，其主要特点是价格低廉，磁导率最大可以达到90，损耗在～4000mW/cm³以上(在0.1T，100kHz条件下测试)，温度稳定性优良。由于磁致伸缩的原因，铁磁粉芯材料有时不可避免会造成噪声。另外，铁粉芯材料本身有热衰退问题，即长期在高温下(一般指100℃以上)使用会造成损耗永久增大，影响铁磁粉芯材料使用寿命。

日本发明专利JP08-037107公开了Fe₈₅Si₉Al₆磁粉芯，该磁粉芯具有较高性能价格比，其组成中含有9-10原子％的硅和5-6原子％的铝，其余为铁。该磁粉芯的最大磁导率可以达到125，损耗可以达到1000mW/cm³左右(在0.1T，100kHz条件下测试)。与铁粉芯相比，Fe₈₅Si₉Al₆磁粉芯价格稍高，损耗较低，磁致伸缩系数低，在工作过程中的噪音也低。因此，该磁粉芯作为EMI电感得到了广泛的应用。

美国发明专利US1,669,642公开了一种Fe₅₀Ni₅₀磁粉芯，其成分为铁50原子％，镍50原子％，最大磁导率可以达到160，损耗达到1000mW/cm³(在0.1T，100kHz条件下测试)，且具有最高的抗直流偏磁能力。但是，因为该磁粉芯含有50原子％的Ni，所以价格高。

美国发明专利US5,470,399公开了一种铁镍钼磁粉芯，其组成一般为Fe₁₇Ni₈₁Mo₂，最大磁导率可以达到500。该磁粉芯在所有磁粉芯中是磁导率范围最宽的，损耗可达到～400mW/cm³(在0.1T，100kHz条件下测试)，直流偏磁性能较好，磁滞伸缩几乎为0，所以工作噪音小。但是，由于其成分含有81原子％的Ni，所以价格更高。

纳米晶磁粉芯目前主要采用的是FeCuNbSiB系纳米晶合金(参见中国发明专利CN1373481A，美国发明专利US 6,827,557)，其成分原子百分比满足：Fe为70-75％，NbCu为4％，SiB为26-21％，最大磁导率可以达到120。该纳米晶磁粉芯具有良好的频率特性。由于粉末通常是采用带材破碎的方法获得，粉末存在异形化问题，绝缘也比较困难，损耗较高。

在金属磁粉芯领域存在着种种问题，其中主要是性价比问题，这使得科研工作者开始关注铁基非晶合金。对于软磁合金来说，非晶合金比晶态合金有更好的综合磁性能，即同时具有很高的饱和磁化强度和磁导率，以及较低的损耗。这种良好的综合性能提供了突破传统磁粉芯困扰的技术基础。但是，非晶合金得的制备需要超过10⁶K/s的冷却速率，所以人们开始研究如何利用现有工业化设备或在现有基础上经过改造的装备来制备非晶态材料。于是，产生了大块非晶材料。

自1988年以来，Inoue(井上明久)等人研究了多组元非晶合金系的玻璃形成能力(GFA)。他们采用水淬和模铸等方法，获得了镧系、镁系、铪系、锆系、钛系和钯系等一系列大块非晶合金。这些合金均具有很宽的过冷液相区、很低的临界冷却速度、厚度可达75mm。上述大块非晶合金仅限于非铁磁系统，而且没有得到铁磁性。1995年，Inoue等人才利用铜模铸造法，获得了具有软磁性的铁基铁磁性大块非晶合金Fe-(Al，Ga)-(P，C，B，Si，Ge)。此后，又有Fe-(Co，Ni)-(Zr，Hf，Nb)-B等合金系问世，尽管这些合金具有较高的饱和磁感应强度和磁导率；但是，由于其成分中含有一些较贵的金属Ga、Ni、Co等而使其应用相对滞后。