[发明专利]一种铁基非晶/纳米晶软磁合金薄带及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金领域，尤其涉及一种具有非晶纳米晶复合结构以及高饱和磁感应强度的软磁合金薄带及其制备方法。

背景技术

软磁合金材料是较早开发出的一类磁性功能材料，从最初发现到现在，其经历了电工纯铁、电工钢、坡莫合金、Fe～Co合金、软磁铁氧体以及非晶合金等体系。其中，非晶态合金软磁材料具有电阻率高、磁导率高、损耗低的特点，同硅钢相比，其生产工艺简单，无需特殊加工，被认为是理想的铁芯材料。

然而，与传统的硅钢铁芯材料相比，非晶态合金软磁材料仍然存在一些不足，最大的不足在于其饱和磁感应强度较低。传统的取向硅钢的Bs值可以达到2.0T，而典型的铁基非晶合金Fe₇₈Si₉B₁₃的Bs值仅为1.5左右。

Fe基非晶合金的饱和磁感应强度和磁导率很高,同时具有较低的矫顽力和较低的铁损耗,是性能优良的软磁功能材料,非常适合用来制作变压器铁芯等各种磁性元器件。

1988年,Yoshizawa等将含有Cu、Nb的Fe-Si-B系非晶合金薄带进行退火处理后,得到15nm左右的细小晶粒(α-Fe(Si)相)均匀分布在其非晶基体上的非晶/纳米晶结构,具有优异的软磁性能,被命名为FINEMET。随后,人们利用V、Cr、W、Mo等替代Nb元素,将该合金系发展成Fe-Si-B-Cu-M(M＝Nb,V,Cr,W,Mo等)系合金。如,张延忠等用低成本的V、W、Cr、Mo等元素替代Nb元素,制备出成本更低但仍保持良好软磁性能的FINEMET合金；后来,Yoshizawa又通过提高Fe元素含量并适当调整其它元素含量,制备出了软磁性能更加优异的Fe₇₇Cu_0.6Nb_2.6Si₁₁B₉合金,其饱和磁感应强度Bs高达1.45T,在频率为1kHz下的相对磁导率高达15×10⁴。

虽然各国学者对Fe-Cu-Si-B-M系合金研究较多,然而大多为Fe含量<80％的低Fe含量合金,而对高Fe含量(大于等于80％)合金的研究较少。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术的不足，提供一种铁基非晶/纳米晶软磁合金薄带及其制备方法。该合金为进一步提高合金的饱和磁感应强度,可在Fe-Cu-Nb-Si-B合金系的基础上,通过提高Fe元素含量并适当调整其它元素含量,可在Fe-Si-B合金系的基础上,添加过度金属元素M(M＝Cu,Zr,Nb,Mo)，同时提高Fe元素含量达到80％以上，从而制备出具有高饱和磁感应强度的Fe基非晶/纳米晶合金软磁材料。

为此,本发明主要利用单辊甩带法,通过元素替代、掺杂和提高Fe元素含量的方法,以期制备出软磁性能更加优异的Fe-Cu-Nb-Si-B系非晶/纳米晶合金。

本发明的技术方案如下：

一种铁基非晶/纳米晶软磁合金薄带，该合金薄带的元素组成的化学表达式为Fe_aSi_bB_cCu_dMe_e，其中，原子百分比为Fe＝a％,a＝80～85；Si＝b％,b＝2～13；B＝c％，c＝5～13；Cu＝c％,d＝0.5～2；Me＝e％,e＝0.5～5；a+b+c+d+e＝100；所述Me为Zr、Nb或Mo。

所述合金薄带的厚度为15～40μm，宽度为1～5mm。

所述的铁基非晶/纳米晶软磁合金薄带的制备方法，包括如下步骤：

(1)按所述的原子百分比称取Fe、Si、B、Cu和Me；

(2)抽真空，在保护气氛下将步骤(1)配好的原料在电弧熔炼炉加热到1200～1400℃熔炼5～30min；

(3)在保护气氛下，将步骤(2)熔炼的液态合金于1200～1400℃下喷射于铜辊，制得铁基非晶纳米软磁合金薄带。

所述步骤(2)中所述抽真空至≤5×10^-3Pa；

所述步骤(2)和(3)中所述保护气体为氩气或氮气；

所述步骤(3)中铜辊的表面线速度为20～60m/s。

所述的铁基非晶合金带材的厚度为15～40μm，宽度为1～5mm。

所述的所述的铁基非晶/纳米晶软磁合金薄带的应用，用于制备电子设备铁芯；所述电子设备是电机、变压器、电抗器或互感器。

本发明的实质性特点为：