[发明专利]一种制备具有超软铁磁性能的铁基非晶合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁基非晶合金的制备技术，具体为一种制备具有超软铁磁性能的铁基非晶合金的方法。 

  

背景技术

与传统的晶体金属和合金磁性材料相比，非晶合金磁性材料内部原子排列长程无序，没有晶体的各向异性、晶粒边界，而且电阻率高，具有高磁导率、低损耗， 是一种性能优越的的软磁磁性材料。非晶合金磁性材料可以代替硅钢、坡莫合金和铁氧体等传统磁性材料，用于制作变压器铁芯、互感器、传感器等器件，并大幅度提高变压器效率、缩小体积、减轻重量、降低能耗。比如，铁基非晶合金的铁损仅相当于硅钢片的1/3～1/5，磁导率比硅钢片高出近一个数量级。用非晶合金铁芯制造的配电变压器空载损耗比硅钢S9系列变压器下降75％，空载电流比S9变压器下降50％。 

随着电力、电子设备的发展，对电源的小型化要求越来越迫切，提高电源的工作频率是减少变压器体积、提高效率的有效途径。航空飞行器、航海船舰使用的电源，工作频率1 kHz上下；高频加热设备的工作频率在1至15 kHz范围， 而高频逆变电源的工作频率在20 kHz以上。在铁基非晶合金基础上发展起来的铁基纳米晶合金（亦称超微晶合金）， 可以被应用于从工频到100 kHz的宽频率范围。     铁基纳米晶合金通常是通过对非晶合金在优化的温度、时间、磁场等条件下进行热处理和磁处理而获得。热处理后，合金实际上是由纳米颗粒（颗粒尺寸-10 纳米）和非晶基体组成的双相复合材料。纳米颗粒相的饱和磁致伸缩系数为负值， 而基体非晶相的饱和磁致伸缩系数为正值， 因而合金总的饱和磁致伸缩系数可以通过调整纳米和非晶相的体积分数而达到接近于零。依据描述纳米晶磁性的随机各向异性模型[G. Herzer, IEEE Transactions on Magnetics, 1990, 26:1397-1402]，低饱和磁致伸缩系数和小的晶体尺寸，会导致低矫顽磁力和高磁导率。 

铁基纳米晶合金的高频磁性能和晶体的坡莫合金及铁氧体相当。坡莫合金是比较传统的高频变压器铁芯材料。由于它含镍、钼等合金元素，制造合金时需要使用多次轧制和高温退火，制造铁芯时还需要表面涂层，所以工序繁杂，价格很高。铁氧体是一类低成本的高频变压器铁芯材料，但是饱和磁感应强度低和居里温度低是它的致命弱点，因此铁氧体铁芯工作点低、体积大、使用温度受限。相比之下，铁基纳米晶合金综合了坡莫合金和铁氧体的优点，作为变压器铁芯材料使用具有如下优势：1）高饱和磁感应强度（1.2 T）- 高于坡莫合金和铁氧体，为提高铁芯工作磁感、缩小体积创造了条件； 2）高导磁率、低矫顽力 - 可有效减小变压器初级线圈的激磁电流，从而减少线圈匝数； 3）低损耗 - 大大降低变压器温升，使得提高铁芯工作点成为现实； 4）优异的稳定性 - 可以在－50 ℃～+130 ℃长期工作；5）不含镍，价格明显低于坡莫合金，在所有常用软磁材料中具有最佳的性能价格比，降低了变压器成本。 

但是，由于铁基纳米晶合金实际上是一种部分晶化的非晶合金，热处理后的合金脆性大，极易破碎，给磁性器件的设计和制造带来了很多困难。 

钴基非晶合金在所有非晶、纳米晶软磁合金中， 具有最佳的综合磁性性能，使用频率可达200 kHz以上，在高质量高频电源设备（尤其是军工装备）中得到了大量应用。钴基非晶合金可用作开关电源中的磁放大器、防电流击穿的尖峰抑制器、雷达和激光器等设备中的脉冲压缩器等。钴基非晶合金还可用作防盗传感器系统，广泛应用于超级市场、图书馆等公共场合。但是，钴基非晶合金主要由钴金属组成，价格非常昂贵，极大地限制了其在军、民领域的更为广泛的运用。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备具有超软铁磁性能的铁基非晶合金的方法，可将铁基非晶合金的矫顽磁力和磁导率大幅度提高到昂贵的钴基非晶合金的水平。     本发明的技术方案是：一种制备具有超软铁磁性能的铁基非晶合金的方法， 其技术特点是取铁基母合金及熔剂在真空状态下加热至铁基母合金液相线之上50-600 ℃的温度熔化，在该温度下保温至合金熔体内无气泡产生，关闭真空，然后冷却合金熔体至室温，在铁基母合金玻璃转变温度之下20-80 ℃退火0.5-50小时。 

所述的熔剂为Na₂O.CaO.6SiO₂、NaCl、KCl、Na₂B₄0₇、B₂O₃中的一种或其混合物。