[发明专利]具高饱和磁感应强度的铁基非晶‑纳米晶态软磁合金及其应用

说明书

技术领域

 本发明涉及非晶-纳米晶合金技术领域，具体涉及一种具高饱和磁感应强度的铁基非晶-纳米晶态软磁合金及其应用。

背景技术

铁基非晶-纳米晶态软磁材料问世以后，由于非晶态合金特殊的原子结构（长程无序，短程有序）使其具有很多优于晶态材料的性能，如高电阻率、高饱和磁感应强度、低铁损、优异耐蚀性等。而这些优异的性能特别适合变压器铁芯、互感器、磁传感器等的性能要求，并且相比于硅钢片，其加工成型工艺简单，不用特殊的加工工艺，所以被科研工作者认为是理想的硅钢片替代材料。正因为如此，铁基非晶-纳米晶态软磁材料的发展也促进了全世界变压器向着绿色、环保和节能方向的发展。

铁基非晶态软磁材料虽然可以改善变压器的很多性能，但是与现有技术中广泛采用的硅钢片相比还存在以下不足之处：首先，铁基非晶态软磁材料的饱和磁感应强度与硅钢片（2.000T）相比还是存在很大差距，如典型的Fe₇₈Si₉B₁₃的B_s只有1.560T(参见中国专利文献CN101840764A)，这就意味着变压器的铁心尺寸和激励功率的降低变得困难；其次，对于填充系数，通用的方法就是提高非晶带材的质量，主要是表面光洁度和均匀性，但是由于非晶带材厚度的限制，要在这方面有大的提升是不太现实的。基于此，各国的研究者大都是通过各种方法来提高铁基非晶带材的饱和磁化强度，如向Fe-Si-B系非晶质合金中添加C、P、Co、Ni、Mo、Cr等各种合金元素，其中有的是单独添加，有的是联合添加。目前，变压器铁芯使用的非晶态合金系可以归纳为以下几类：① FeSiB系（参见中国专利文献CN101840764A）；②FeSiBC系（参见中国专利文献CN1721563A和CN101840764A）；③（FeM）SiAlBM’系（参见欧洲专利文献EP0513385B1）；④FeSiBCrM系（参见中国专利文献CN102509603A）；⑤FeSiBPC系（参见日本专利文献JP57185957A）；⑥FeBCSiAl系（参见中国专利文献CN101206943A）；⑦FePCSiAl系（参见中国专利文献CN101589169A）。

但上述铁基非晶态软磁材料还存在有不少不足之处：

合金系①：饱和磁感应强度只有1.56T，限制了变压器向小型化、节能化的发展。

合金系②：日立金属株式社会申请的中国专利CN1721563A公开了一种表达式为Fe_aSi_bB_cC_d的合金系，其中a为76至83.5原子%，b为12原子%或以下，c为8至18原子%，d为0.01至3原子%，从Fe基非晶态合金带的两个表面到其内部径向测得到的C浓度分布在深度2至20nm范围内具有峰值，饱和磁感应强度在1.550～1.690T之间，但是其中的C是通过在熔池底部依靠吹CO和CO₂气体的形式加进去，然后利用氧化还原反应置换出一定含量的碳元素。对工业生产来说，其生产工艺复杂、最佳工艺含C含量难以控制、成本增加、工艺参数可控性不强，同时CO和CO₂气体对工厂的环境会产生一定程度的污染，使非晶态软磁合金带材生产的绿色、环保的特点无法凸显。

中国专利文献CN101840764A中公开了一种在Fe-Si-B-C系非晶态合金中添加微量的Mn、Sb、Ti、S、Sn、W元素来改善条带的各种性能，但是其对Fe-Si-B-C系非晶态软磁材料的饱和磁感应强度的提高没有多大的贡献，并且其中的S元素一般都被视为合金中的有害元素；Mn、Sb的加入会大幅度的降低合金的非晶形成能力和热稳定性；W(19.35g/cm³)为重金属，不但增加了合金熔炼的难度，还提高了合金的生产成本。