[发明专利]一种生产工艺性良好的铁基亚纳米合金及其制备方法

说明书

本发明公开一种生产工艺性良好的铁基亚纳米合金及其制备方法。该合金的成分表达式为Fe_aSi_bB_cCu_dM_eX_f，其中M为Ti、Zr和Hf中的至少一种元素，X为C、Ge、V、Cr、Mn、Mo、W、Zn和Sn中的至少一种元素，并满足以下条件：75≤a≤86，2≤b≤9，10≤c≤20，0<d≤3，0<e≤3，0≤f≤2，0.5<e/d≤2且a+b+c+d+e+f＝100。该合金经熔体快淬法制备成的淬态带材，其内部弥散分布着大量亚纳米尺度的α‑Fe晶粒和原子团簇；淬态带材经适当条件的热处理后，可进一步析出大量纳米尺度的α‑Fe晶粒，具有高饱和磁感应强度、低损耗、高磁导率等优异的软磁性能。该新型合金中不含Nb及挥发性的P元素，成本较低，生产工艺良好。该系列合金的晶化工艺采用快速热处理，可显著提高工业生产的效率。

技术领域

本发明涉及功能材料领域中的软磁材料，尤其涉及一种新型亚纳米软磁合金材料。

背景技术

目前电力、电子器件中常用的磁芯材料主要有硅钢、铁氧体、坡莫合金、非晶软磁合金和纳米晶软磁合金等。非晶、纳米晶软磁合金由于具有较高的饱和磁感应强度(B_S)、低损耗和高磁导率等特性，近年来在节能高效、高精度电力电子器件中获得广泛应用。

当前电力电子器件向节能化、小型化、高效化和高精度化方向发展，对其中担当电磁转换功能的磁芯材料的性能提出了更高的要求，具备更高B_S和更低损耗的软磁材料成为磁性材料领域研究开发的重要方向。非晶、纳米晶软磁合金虽具有很低的损耗，但其B_S值与硅钢相比，有明显差距：目前产业化非晶合金的B_S为1.56T，产业化纳米晶合金的B_S低于1.3T，而硅钢的B_S可达2.0T。因此，非晶、纳米晶软磁合金的B_S具有较大的提高空间，具备更高B_S的新型非晶、纳米晶软磁合金也成为各相关企业和研究机构开发的热点。

目前已有多个研究机构和企业开发出了一系列兼具高B_S和低损耗的新型纳米晶软磁合金成分，如：日立金属株式会社于2006年开发出的Fe-B-Cu和Fe-Si-B-Cu系纳米晶软磁合金的B_S基本上都在1.7T以上[CN200680033563.4]；牧野彰宏于2009年开发出的Fe-Si-B-P-Cu系合金的B_S更是可高达1.9T以上，同时兼具高磁导率和低矫顽力(H_c)[CN200980100394.5]；中国科学院宁波材料所在Fe-Si-B-P-Cu合金系的基础上微量添加V、Ta、W等元素，开发出的新型合金在兼具高B_S和低矫顽力H_c的同时，热处理的温度范围和时间也有显著拓宽[CN201410415305.9]；安泰科技股份有限公司于2014年开发出了新型的Fe-Si-P-Cu系纳米晶合金，B_S值也较传统纳米晶合金的有大幅提升[CN201410273233.9]。这些新型高B_S纳米晶合金为新型电力电子器件的小型化发展提供了良好的材料基础。

纳米晶软磁合金是由合金熔体经快淬法制备成的Fe基非晶态合金，经热处理工艺，从非晶态合金中析出均匀分布的十到几十纳米尺度的α-Fe晶粒制备而成。由于α-Fe相的饱和磁感应强度高达2.2T，所以α-Fe晶粒的析出，可使热处理后制得的纳米晶合金的饱和磁感应强度比热处理前获得大幅提升，矫顽力显著下降，综合软磁性能获得明显提高。