[发明专利]一种高饱和磁化强度Fe‑B‑Si‑P‑Zr非晶纳米晶软磁合金

说明书

技术领域

本发明属于非晶纳米晶合金领域，具体涉及一种具有高饱和磁化强度和较好非晶形成能力的Fe-B-Si-P-Zr系块体非晶合金。

背景技术

在现今的生活与生产中，软磁材料是一种极为重要、应用十分广泛的能源电子材料。铁基非晶合金作为一种新型节能环保型软磁材料，具有低矫顽力、高磁导率、高电阻率、低损耗、频率特性好等优良特性。如果利用铁基非晶及其纳米晶合金替代或者部分替代硅钢应用于电力变压器、电机和电子信息领域用，可促进器件向节能化、小型化、高效化和高稳定性方向发展，因而具有十分重要的经济价值和社会效益。

自从1967年，Duwez等人首次利用快速凝固的方法制备出具有软磁特性的Fe-P-C非晶合金以来，一系列铁基非晶及其纳米晶软磁合金体系被发现。目前，铁基软磁合金体系主要是Fe-B，Fe-P-C,Fe-P-B,Fe(Co,Ni)-Si-B等体系，主要由日本的研究人员开发和推广。其中，Fe基软磁非晶合金成分主要有：Fe₈₀B₂₀，牌号Metglas 2605，饱和磁化强度为1.61T,矫顽力为3.2A/m)；Fe₇₈B₁₃Si₉，牌号Metglas 2605S-2，饱和磁化强度为1.56T,矫顽力为2.4A/m)。典型的Fe基软磁纳米晶合金有：Fe₉₀Zr₇B₃，牌号Nanoperm，饱和磁化强度为1.63T,矫顽力为5.6A/m；Fe_73.5Si_13.5B₉Nb₃Cu₁，牌号Finemet，饱和磁化强度为1.24T,矫顽力为0.53A/m。

三元Fe-B-Si非晶合金是目前主流的商业化非晶软磁合金，该体系内非晶形成能力最大的合金成分是Fe₇₅B₁₅Si₁₀，但通过高冷速的甩带工艺最大可以形成厚度约250μm的非晶薄带。2002年，日本东北大学井上明九等人通过添加Zr、Nb合金元素显著提高了该体系非晶合金的非晶形成能力。其中，通过铜模铸造可以制备出直径0.75mm的(Fe_0.75B_0.15Si_0.1)₉₉Zr₁非晶合金，该合金的饱和磁化强度为1.53T；此外，(Fe_0.75B_0.15Si_0.1)₉₉Nb₂块体非晶合金的临界尺寸达到1mm，饱和磁化强度为1.49T。由于非磁性组元Zr和Nb的添加，合金的非晶形成能力得到了提升，但饱和磁化强度有所降低。2013年，大连理工大学的Geng等人报道了一种临界尺寸达到1.5mm的Fe_73.5B_17.6Si_5.9Zr_3.0块体非晶合金，其饱和磁化强度为1.4T。显然，Fe-B-Si-Zr系非晶合金总体上可以表现出较好的非晶形成能力和较高的饱和磁化强度。但是同时可以发现，非晶合金形成能力高的合金成分其Fe含量(原子分数)均低于75％，获得的非晶合金的饱和磁化强度均小于1.5T。

综合近年来发展的非晶软磁合金成分，可以看出，铁基非晶合金中一般含有15％-25％的类金属元素以保证合金的非晶形成能力，因此磁性原子含量是显著低于硅钢的，具有饱和磁化强度低的劣势。因此，为了获得饱和磁化强度更高的铁基非晶合金，必须适当牺牲合金的非晶形成能力以保证更高的Fe含量。