[发明专利]高频性能优良的铁基纳米晶软磁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及非晶纳米晶软磁材料领域，尤其涉及一种高频性能优良的铁基纳米晶软磁合金及其制备方法，其也具有良好的软磁性能。

背景技术

软磁合金材料自问世以来，因其具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低损耗、低矫顽力等优异的软磁性能而受到了极其广泛的重视和深入的开发。随着科技发展，电子设备趋向于小型化，所以开发同时具有高饱和磁感应强度和低矫顽力的软磁合金材料是目前软磁领域最热门的研究方向之一。铁基非晶态材料问世以后，主要作为软磁材料使用。铁基非晶态软磁材料以其高饱和磁感强度，低铁损和高磁导率被广泛应用于电力电子和电子信息领域，主要应用包括：中频电源变压器铁芯、开关电源平滑滤波输出电感，空调、汽车音响的噪音抑制，电源输出电感铁芯，高功率密度的变速电动机、发电机的定子及转子等。

与晶态材料相比，非晶态软磁材料的缺点是热稳定性差，在较低温度下会发生晶化，从而软磁性能发生恶化。因此非晶态软磁材料在长期使用条件下其工作温度一般不宜超过100℃-150℃，大大限制了非晶态软磁材料的应用范围。非晶态软磁材料跟市售的硅钢片相比，仍存在其不足之处，即饱和磁感应强度相对较低。例如晶态取向硅钢的B_s值约在2T，而典型的纳米晶合金Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉的B_s值仅为1.24T。另外在设计制备非晶态软磁材料时，有些合金成分往往含有大量易氧化且昂贵的金属元素Zr、Hf、Nb等造成成本高昂且制备工艺复杂，至今未得到真正的推广应用。此外，传统的非晶态软磁材料大都含有B元素作为一种重要的类金属元素，对提高非晶形成能力有一定作用。但从非晶合金制备工艺、软磁性能及耐腐蚀性考虑，B元素的加入不可避免的带来一定副作用：B元素难熔，且易挥发，对非晶合金制备工艺有一定要求；B元素加入在一定程度上降低了非晶合金的软磁性能，特别是饱和磁感应强度；B的存在降低了合金耐腐蚀性和钝化趋势。因此考虑不含B元素的铁基非晶纳米晶合金无论从成分创新还是实际应用都具有很高的价值。

中国专利CN162652A公开了一种纳米晶铁基软磁合金：合金具体成分(质量百分比)包括：Zr(Y)＝0.9-5％、Nb＝4-15％、Si＝3-18％、B＝1-5％、其余为Fe。该成分非晶提高了条带的韧性，所得到的合金条带的最佳软磁性能为：饱和磁感应强度1.4-1.6T，矫顽力小于2.4A/m。

日本专利JP1156451A公布了一种表达式为FeCoCuSiBM的高饱和磁感应强度的纳米晶合金，其中，M代表Nb、W、Ta、Zr、Hf、Ti中的一种或多种元素，并通过控制热处理制度，保持结晶相的体积分数在50％以上，使得合金的饱和磁感应强度在1.4T及以上。这实际上是控制热处理方式，更多地获得α-Fe晶粒析出，以α-Fe本身的高B_s来提高合金的饱和磁感应强度。但这种方法提升的潜力有限，其例举的最高B_s仅在1.58T。

中国专利CN1450570A公开一种纳米晶软磁合金超薄带及其制备方法：提供了一种铁基纳米晶软磁合金的化学成分和超薄带生产工艺。合金化学成分包括Fe、Zr、Nb、Si、Al、Cu，具体含量(质量百分比)为：Si＝0.1-0.2％、Zr＝6-8％、Nb＝4-6％、Al＝0.1-1％、B＝1-2％、Cu＝1-1.5％,其余为Fe。生产工艺为先感应熔炼制备母合金，然后Ar气氛中单辊急冷(线速度40-70m/s)喷射非晶带，最后于真空条件下400-600℃磁场热处理30-60分钟。所得到的合金条带的最佳软磁性能为：饱和磁感应强度1.7T，矫顽力9.6A/m。

美国专利US005449419公开了一种表达式为Fe-Zr/Hf-B(Cu)的纳米晶合金，其饱和磁化强度可以达到1.7T，软磁性能优良，但由于合金中大量的Zr或Hf元素，不仅提高了合金的成本，而且对制备条件要求苛刻。