[发明专利]一种稀土掺杂的铁基非晶厚带及其制备方法

说明书

本发明涉及一种稀土掺杂的铁基非晶厚带及其制备方法，本发明所述铁基非晶厚带的组分表达式为：Fe_xSi_aB_bP_cY_d，其中x、a、b、c、d为相应元素的原子百分比，0.5≤a≤10，0.5≤b≤12，0.5≤c≤8，0.001≤d≤0.5，且x+a+b+c+d＝100。本发明采用了平面流铸造法制带，且制带时采用双缝喷嘴，制备的非晶厚带带厚为50～100um，叠片系数大于0.92，饱和磁感密度大于1.67T。本发明的合金中含有微量稀土元素钇，大大降低了钢液中氧、硫等杂质含量，改善了钢水流动性；同时稀土元素钇提高了该合金体系的非晶形成能力；本发明的工艺方法可制备50‑100μm厚的非晶合金带材。

技术领域

本发明属于磁性功能材料技术领域，具体涉及一种稀土掺杂的铁基非晶厚带及其制备方法。

背景技术

软磁材料是指易被磁场磁化的材料，即在较低的外磁场下便被磁化，而撤去磁场后则较快退磁。目前，工程上广泛使用的软磁材料可以分为软磁合金和软磁铁氧体两大类。从磁特性来看，由于磁性形成的物理基础不同，软磁合金与软磁铁氧体存在明显差异。软磁合金表现为铁磁性，电子间交换作用较强，是直接的，因此饱和磁感强度高，居里温度高。而软磁铁氧体材料表现出亚铁磁性，电子间的交换作用较弱，是间接的，且两组近邻次格子磁矩方向相反，因此饱和磁感强度相对较低，居里温度较低。一般来讲，软磁合金比软磁铁氧体具有更软的磁性，磁导率、居里温度更高，而矫顽力更低，其应用也更加广泛。20世纪70年代，人们已经开发出铁系合金(Fe-Si合金、Fe-Al合金等)、Fe-Ni系合金和Fe-Co系合金，这些统称为传统晶态材料。其中，Fe-Si合金(硅钢合金)具有高饱和磁感强度(B_s≈2.0T)、较低的工频损耗和低廉成本，在低频变压器、电机等领域获得广泛应用。但硅钢导磁性较低，中、高频损耗较大，在要求较高的互感器及中、高频变压器领域的应用受到限制。Fe-Ni系合金(坡莫合金)具有高磁导率、较低损耗，被广泛应用于电流互感器、中频变压器，但该合金饱和磁感应强度较低(B_s≈0.7T)，高频损耗较大，也很难满足高频大功率变压器的要求。随后，人们开发出非晶合金。与传统晶态材料相比，非晶材料具有高强度、高耐腐蚀性和高电阻率等特性。其中，Fe基非晶合金具有高B_s，FeNi基非晶合金具有高μ_i值，Co基非晶合金的饱和磁致伸缩系数接近于零。

近年来，能源与环境问题日益严重，电力电子技术的快速发展对电器设备能效、稳定性方面提出了更高的要求，使铁基非晶合金的应用领域不断拓展，需求量迅速增加。特别是配电变压器方面，对非晶合金带材的饱和磁感强度及叠片系数提出了更高的要求。但市售的铁基非晶合金(1K101)的饱和磁感应强度仅为1.56T，而商业化硅钢片饱和磁感强度约在2.0T，铁基非晶合金饱和磁感应强度相对较低，难以满足小型化、高能效的发展需求。

美国专利US5958153A公开了一种含P、厚度在40-90μm的表达式为(FeSiBC)_100-xP_x的合金带材，但合金中的P以近似杂质形式掺入，无法发挥P可提高非晶形成能力、提高Fe含量的作用，同时P的加入带材出现烧边现象，带材自由面或贴辊面两个表面到其内部的P元素因偏析出现浓度分布不均。因此合金的饱和磁感应强度也低，这难以满足功率器件对高饱和磁感应强度的要求。

日本专利4319206公开了一种软磁Fe基金属玻璃合金，其组分为Fe_79-xMo_xP₁₀C₄B₄Si₃(x＝2～5at.％)，非晶形成能力为1.5～4.0mm，但其饱和磁感应强度也只有1.14～1.39T。