[发明专利]一种基于大塑性高硅的软磁合金条带及其制造方法

说明书

本发明涉及一种基于大塑性高硅的软磁合金条带,其特征在于，所述软磁合金条带的组分表达式为：Fe_xSi_aB_b，其中x、a、b为wt％，4≤a≤8、0.001≤b≤2，且x+a+b＝100％。本发明采用了多缝喷嘴、温辊冷却的平面流铸造法制带,制备的软磁合金条带带宽为5～200mm，带厚为0.02～0.2mm，叠片系数大于0.9，饱和磁通密度大于1.8T。本发明广泛适用于电力、电子、信息、通讯等领域。

技术领域

本发明属于磁性功能材料领域，特别是涉及一种基于大塑性高硅的软磁合金条带及其制造方法。

背景技术

电工钢具有优异的磁学性能，主要用于制造变压器、电机及其他电器仪表，是电力、电子领域不可或缺的重要磁性材料，也是产量最大的金属功能材料之一。研究表明：硅含量对电工钢的性能影响很大，随着硅含量的增加，电工钢的磁滞伸缩系数减小，铁损降低，磁导率增加，当硅的质量分数达到6.5wt％时，电工钢具有最佳的软磁性能。其磁导率达到最大值，铁损最小，磁致伸缩趋近于零，是实现电磁设备高效、节能、轻便化的理想材料。但是，如果硅的含量超出4.5wt％，DO₃(Fe₃Si)和B₂(FeSi)有序相的出现会使电工钢的机械性发生突变，特别是延伸性能能急剧下降，当硅含量超过5wt％时，电工钢变得既脆又硬，合金延仲率接近于零，这使合金难以进行传统的轧制工艺。6.5wt％Si高硅电工钢中DO₃(Fe₃Si)和B₂(FeSi)有序相的存在，导致了其质地脆而硬，加工性能极差，难以用常规轧制工艺制备，因而制约了其生产和应用。随着人们对6.5wt％Si电工钢特有性能的认识深入以及高频技术的发展，6.5％Si电工钢的市场需求随之增加。因此，为扩大6.5wt％Si电工钢产能，改善其可加工性，大量的科研、技术人员在制备工艺技术与加工设备展开积极的研究工作。

平面流铸造法是近年来发展起来的一种短流程快速凝固技术，典型的制造工艺为：将特定成分的金属原材料熔化，再使钢液通过一条宽度为1mm以下的喷嘴狭缝流到一只高速旋转的、具有良好导热性的金属冷却辊上，钢液在冷却辊外圆周表面铺展成稳定的熔潭，熔潭底部熔体与辊面接触后以10⁶℃/s的速率迅速冷却形成厚度约为0.03mm左右的连续金属薄带。该项技术制带速度可达30m/s,是一种极端条件下高效连铸技术，跟传统的铸造技术相比，平面流铸造技术流程短、效率高，具有极大的优势。近年来，非晶、纳米晶软磁合金条带借助平面流铸造技术已经实现了商业化生产，而对快速凝固技术制备高硅硅钢的工艺探索也逐步展开。

中国专利201310077686.X公开了一种铁基非晶软磁材料及其制备方法，该发明是在Fe-Si-B的基础上通过加入稀土元素Y来提高该体系的非晶形成能力，利用传统的平面流铸造铸造技术来制备非晶条带。其优点在于：FeaYbSicBd体系的非晶合金具有较大的非晶形成能力、优良的饱和磁感应强度、低矫顽力以及高起始磁导率，其最大过冷液相区宽度可达65K，最大饱和磁感应强度可达1.67T。但是稀土元素Y的加入大幅提高了原材料成本，同时该合金体系的最大饱和磁感强度只有1.67T，对硅钢的竞争优势不明显，大规模产业化生产潜力不大。

中国专利201510312048.0公开了一种铁基非晶软磁合金材料及其制备方法，该材料同时含有Fe、B、Si和Hf四种组元，制备该材料的条带与块体样品的工艺流程简便、高效，所制得的软磁非晶合金成型性好，且具有明显的玻璃转化温度点Tg和较宽的超冷液相区ΔTx，并克服了传统软磁非晶合金的脆性问题。但是元素Hf价格昂贵，元素Hf的加入大幅提高了原材料成本，同时该合金体系的最大饱和磁感强度只有1.65T，难以满足高频高效电力电子器件对软磁材料高饱和磁感强度的要求，限制了其该成分的大规模产业化生产潜力不大。