[发明专利]一种用于高频条件且具有高初始磁导率的软磁合金

说明书

技术领域

本发明涉及磁性功能软磁材料领域，具体来说就是一种用于高频条件且具有高初始磁导率的软磁合金。

背景技术

软磁材料是指那些具有低矫顽力、高磁导率的金属磁性材料。它在电力，电子和现代新技术中都有重要和广泛的应用，特别是随着高频技术的发展，对软磁材料的高频特性提出了更高的要求，一般对软磁材料的要求是高的磁导率和低的损耗，在应用于高频率时，更要求在宽的频段范围内具有高磁导率和低损耗，即好的高品质因数。磁导率是软磁材料的基本参数之一，主要是指初始磁导率μ_i是工作点位于磁化曲线初始部分的材料磁导率，对于在弱磁场下应用的软磁材料，这是最重要的性能指标。

1988年Yoshizawa等人报道了FeNbSiBCu纳米晶合金，该类合金以其优异的软磁特性和低廉的制备成本引起了广泛的关注。非晶合金在退火晶化后形成均匀分布于非晶基体的纳米晶粒，晶粒间的交换耦合使磁晶各向异性被平均化，从而有效各向异性常数(K)大大降低，导致纳米晶合金获得优异的软磁特性。Fe基纳米晶软磁合金以FeNbSiBCu(商品牌号为Finemet)和FeZrBCu(商品牌号为Nanoperm)为典型代表，在低频条件下具有高的磁导率，低的矫顽力等优异的软磁特性。但是Fe基纳米晶合金的弛豫频率较低，在高频下损耗严重，因此不能应用于高频条件下。软磁合金的弛豫频率f₀和品质因数Q是评价其高频性能的两个重要参数。较高的弛豫频率和较大的品质因数说明材料具有较好的高频性能。在交变磁场条件下，人们希望能将材料低频下的较高的初始磁导率保持到更高频率。因此能够应用于高频条件下的高初始磁导率软磁合金必定会获得广泛应用。Miiller等人发现在Finemet非晶态合金中用Co部分替代Fe可以降低饱和磁致伸缩系数，这有利于提高合金的软磁特性。同时，在FeSiB非晶合金中加入Co后各向异性提高，而较大的各向异性使材料的共振频率提高，可以扩大材料使用的频率范围。

通过合金化元素配比和适当的退火工艺，可实现控制磁性能，如获得高弛豫频率软磁材料。但是，高频软磁材料除了应具有高的弛豫频率外，还应有较高的初始磁导率、高的品质因数、低的能量损耗以及宽的频带等，而传统的铁镍系合金往往只追求单一方面的性能，无法兼顾其他参数，使材料性能未能达到很好的平衡。

通过分析我们发现在Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉纳米晶合金中用Co部分代替Fe可以有效提高合金的弛豫频率：由原来的10⁴Hz提高到10⁶Hz，提高了2个数量级。但在Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉合金中用Co部分代替Fe所形成的纳米晶合金的品质因数并不高，在1MHz条件下，(Fe_0.5Co_0.5)_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉纳米晶合金的品质因数略大于1。

室温下Fe_76.9Cu_0.6Nb_2.5Si₁₁B₉具有更高磁导率和品质因数。在频率为1KHz、磁场强度为0.05A/m的条件下，Fe_76.9Cu_0.6Nb_2.5Si₁₁B₉纳米晶合金的相对磁导率可达20.9×10⁴。这就为Co替代Fe后进一步提高合金的品质因数提供有利条件。因此我们在Fe_76.9Cu_0.6Nb_2.5Si₁₁B₉合金基础上用Co部分代替Fe，制备出具有高频率稳定性的纳米晶软磁合金。