[发明专利]铁基纳米晶软磁合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料中软磁材料的制备领域，特别适用于制备具有良好软磁性能的铁基纳米晶软磁合金材料。

背景技术

随着电子行业的迅速发展，其中所使用的各种电子元器件的技术性能指标也在不断的提高。而采用纳米晶态合金作为软磁材料的必用材料，早已被广泛的运用。

通常获得纳米晶合金带材的方法有2种，一种为单辊法结合后续晶化退火热处理的制备方法，另一种为调幅分解法。众所周知，单辊法结合后续晶化退火热处理的制备方法是目前纳米晶态合金材料普遍采用的制备方法。1988年，日立金属的吉泽克仁在Fe-Si-B非晶合金的基础上添加Cu和Nb，利用单辊法获得非晶合金，再利用后续晶化热处理获得非晶基体上弥散分布的直径20-50nm的α-Fe纳米晶颗粒。其中，单辊法的工作原理是将熔融钢液直接喷注至高速旋转的铜辊激冷面快速凝固形成非晶合金，再通过后续的晶化退火热处理获得非晶基体上弥散分布的尺寸20-50纳米的α-Fe晶粒，并且该制备方法近年来已成为用以连续生产纳米晶合金薄带的最重要方法之一。而调幅分解法的工作原理是首先使合金熔体达到深度过冷，使之发生调幅分解，再通过熔体快速冷却获得纳米尺寸的合金带材。与前者相比，调幅分解法具有工艺简单、一步直接制备纳米晶合金等特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过调幅分解制备铁基纳米晶软磁合金材料及其制备方法，该制备方法可使优化配比的合金成分在快速凝固过程中直接形成纳米晶合金，并且该合金材料具有方形比高，软磁性能良好等特点。

本发明的设计思路如下：

本发明所提出的铁基纳米晶软磁合金材料，主要是适用于软磁非晶合金的材料，为了使材料具有理想的软磁特性，以及易于通过调幅分解形成纳米晶合金，提出一种以Fe_100-b-c-d-eCu_bA_cB_dC_e为基本通式的软磁合金材料，并通过对合金成份的合理调整，添加一些其它的微量金属元素，来改善合金的材料特性和各项磁性能。

因此，本发明的铁基纳米晶软磁合金材料的成份中，采用Fe作为软磁材料的主要构成元素，含量为70-85at％。

Cu元素的添加有利于纳米晶形成，含量为0.3-3at％，少于0.3％，不易形成纳米晶颗粒，高于3％，纳米晶颗粒直径变得粗大。P、Si、B、C元素作为有利于形成非晶的重要元素加入，其中，P、Si、B是类金属元素是类金属元素，除可以降低形成非晶合金的临界冷却速率外，其主要的作用是有利于形成非晶合金，且B还可以提高非晶合金的磁性能，例如方形比，C是类金属元素，其可以提高非晶合金的饱和磁感应强度，并有利于非晶合金的形成，其中C、B含量为2-15at％，低于2％，不易形成非晶合金，高于15％，容易导致制带困难。Si、P的含量为10-15at％，低于10％，不易形成非晶合金，高于15％，合金不易形成非晶带材。

同时，为了进一步提高合金材料的性能，还添加了Cr、V、Mo、W、Ta、Nb等合金化元素，这些元素可以提高合金的热处理稳定性，改善合金材料在铸造时的工艺特性，并且具有进一步扩展合金过冷度的优点，其含量为2-8at％，低于2％，合金的过冷度太低，高于8％，容易导致纳米晶形成困难。

本发明的铁基纳米晶软磁合金材料可以采用单辊法直接制备。

为了实现发明目的，根据上述设计思路，本发明提供了如下技术方案：

一种铁基纳米晶软磁合金材料，通过调幅分解在快速凝固过程中直接形成纳米晶，其中，该铁基纳米晶软磁合金材料的通式为Fe_100-b-c-d-eCu_bA_cB_dC_e，具体化学成份为(原子％)：b＝0.3-3％，c＝2-8％，d＝10-15％，e＝2-15％，其中A为Cr、V、Mo、W、Ta、Nb中的至少一种元素，B为Si、P中的至少一种元素，C为C、B中的至少一种元素。

所述软磁合金材料使用状态的微观组织为：非晶基体上弥散分布着尺寸为20-50nm的α-Fe晶粒。

所述软磁合金材料的方形比为0.80-0.94。

一种铁基纳米晶软磁合金材料的制备方法，通过调幅分解在快速凝固过程中直接形成纳米晶，其特征在于：包括如下步骤：