[发明专利]一种Fe基非晶纳米晶软磁材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Fe基软磁材料，特别涉及一种Fe(铁)基非晶纳米晶软磁材料软磁性能的热处理方法。

背景技术

非晶态软磁合金材料为20世纪70年代问世的一种新型材料，因具有铁芯损耗小、电阻率高、频率特性好、磁感应强度高、抗腐蚀性强等优点，引起了人们的极大重视，被誉为21世纪新型绿色节能材料。

近年来，随着信息处理和电力电子技术的快速发展，各种电器设备趋向高频化、小型化、节能化，而铁基非晶合金可以很好的满足这种技术需求。铁基非晶合金由于其没有晶体的有序结构而缺少磁晶各向异性，所以通常会保持较低的矫顽力和较高的磁导率，铁基非晶合金经过纳米晶化退火后，析出磁感应强度更高的α-Fe纳米晶，使得非晶/纳米晶复合材料具有更高的饱和磁感应强度，同时由于纳米晶α-Fe相通过残存的非晶相发生强烈的交换耦合作用，使得磁晶各向异性被平均，因而非晶合金经退火后形成的非晶/纳米晶复合材料往往具有更优异的软磁性能。

近年来有许多文献报道了FeBCu合金，该材料成分简单，具有优良的软磁性能，特别是具有很高的饱和磁感应强B_s，接近于Si钢，磁芯损耗也小。Cui等人发现添加4at.％P和0.7at.％的Fe_83.3Si₄B₁₂Cu_0.7合金在非晶基底上存在5-10nm的类晶体团簇(L.Y.Cui，M.He，A.Makino，T.Kubota，K.Yubuta，M.Qi，A.Inoue.Effect of Cu and P on the Crystallization Behavior of Fe-Rich Hetero-Amorphous FeSiB Alloy.Materials Transactions，2009，50，(11)：2515-2520)，通过添加4at％的P和0.7at％的Cu使得FeSiB合金的晶粒尺寸从200nm降低到20nm。Makino等人在Fe₈₂Si₉B₉合金系中(A.Makino，H.Men，T.Kubota，et al.New Excellent Soft Magnetic FeSiBPCu Nanocrystallized Alloys With High B_s of 1.9T From Nanohetero-Amorphous Phase.IEEE Transaction on Magnetics，2009，45：4302-4305)，2％～4％P替代B和0.3％Cu替代Fe，结果发现这些元素的加入使粗大的α-Fe相晶粒迅速减小到晶粒尺寸小于3nm。因此在Fe基非晶纳米晶的研究中有不少的研究者认为：通过在淬态合金的非晶基底中产生大量的纳米尺寸的α-Fe晶粒，而且这些α-Fe晶粒不仅可以作为新晶粒形成的形核质点，还可以抑制晶粒的长大，以确保纳米晶保持在较优磁性能的尺寸范围内。

因此可以看出目前对于非晶纳米晶软磁材料来讲，减小晶粒的方法通常为添加替代元素，但存在的问题是在制备的过程中很难控制非晶基体中纳米晶粒的数量和大小，从而使得该类材料的应用受到了一定的限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种在某种制备条件下能形成非晶纳米晶、化学性质稳定、具有优良软磁性能的磁性材料。

本发明的另一个目的在于提供上述Fe基非晶纳米晶软磁材料的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种Fe基非晶纳米晶软磁材料，其化学通式为：Fe_83.5B₁₅Cu_1.5，该材料为Fe基非晶和Fe基纳米晶的混合物。所述材料宽2～3mm，厚1～2μm。

上述Fe基非晶纳米晶软磁材料的制备方法，包括下述步骤：

(1)将Fe、Cu和B按原子比83.5：15：1.5混合；

(2)将上述混合原料在氩气保护下进行反复熔炼，得到成分均匀的合金铸锭；

(3)将上述合金铸锭在氩气保护下进行熔体快淬，甩带速度为50～60m/s，得到非晶带材；

(4)将上述非晶带材密封在石英管中，抽真空，充入高纯氩气，密封后在360℃～450℃温度下退火处理8～15分钟，之后快速淬入水中；再在420℃～430℃退火8～15分钟，即得到Fe基非晶纳米晶软磁材料。