[发明专利]一种具有高饱和磁感应强度的铁基非晶软磁合金及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有高饱和磁感应强度的铁基非晶软磁合金及其制备方法和应用。所述合金的表达式为Fe_aSi_bB_cGa_d，所述表达式中a、b、c和d分别表示各对应组分的原子百分比含量，其中a为78，b为7.2～8.6，c为10.5～12.5，d为1～4，a+b+c+d＝100。该合金在Fe‑Si‑B系非晶合金中添加一定的能提高非晶合金磁饱和强度的Ga元素，使其具有高的饱和磁感应强度、低的矫顽力、高的磁导率，且制备工艺条件宽松、成型性好。

技术领域

本发明属于非晶合金技术领域，具体涉及一种具有高饱和磁感应强度的铁基非晶软磁合金及其制备方法和应用。

背景技术

铁基非晶—纳米晶态软磁材料问世以后，由于非晶态合金特殊的原子结构(长程无序，短程有序)使其具有很多优于晶态材料的性能，如高饱和磁感应强度、高磁导率、低矫顽力、低铁芯损耗、低激磁电流和良好的稳定性，并且成型工艺简单，不用特殊的加工工艺，被广泛地用于配电变压器、中频电源变压器、滤波电抗器、饱和电抗器、马达定子以及磁传感器等电力电子器件中，正因为如此，铁基非晶—纳米晶态软磁材料的发展也促进了全世界变压器向着绿色、环保和节能方向的发展。

铁基非晶软磁材料虽然具备很多优异的物理和化学性能，但与目前广泛采用的硅钢片相比仍存在以下不足之处：(1)饱和磁感应强度与硅钢片(2.03T)相比存在很大差距，如目前工业化生产中的铁基非晶合金的牌号主要为Metglas2605SA1，成分为Fe₈₀Si₉B₁₁(at％)，其B_S只有1.56T(参见中国专利CN101840764A),限制了工业化生产的非晶变压器向小量化、轻量化、节能化的发展；(2)磁导率不高，且磁导率随着工作频率的增加呈指数下降，高频稳定性差，造成高频工作下的电子器件不能广泛的应用，而高的初始磁导率可以有效的降低软磁材料在使用过程中所外加的励磁电流和励磁功率，从而减少材料使用过程中的损耗；基于此，各国的研究者通过各种方法来提高FeSiB系非晶合金带材的软磁性能和耐蚀性能，如向FeSiB中添加Co、Ni、Mo、Cr、Cu、Mo等各种合金元素，其中有的是单独添加，有的是联合添加。目前变压器铁芯所使用的铁基非晶软磁合金可以归纳为以下几类：①FeSiB系(参见中国专利CN101840764A)；②FeSiBAl系(参见中国专利CN103915231A和CN101206943A)；③FeSiBC系(参见中国专利CN1721563A和CN101840764A)；；④FeSiPCAl系(参见中国专利CN101589169A)⑤FeSiBPC系(参见日本专利JP57185957A)；⑥FeSiBCrM系(参见中国专利CN102509603A)等。

合金系①：饱和磁感应强度只有1.56T，限制了变压器向轻量化、节能化发展。

合金系②：中国专利文献CN103915231A通过在Fe-Si-B系非晶质合金中添加一定量Al而形成Fe_aSi_bB_cAl_d系非晶-纳米晶态软磁合金，其中a为78～86at％，b为2～9at％，c为9～14at％，d为1～5at％，该合金经去应力退火之后，其饱和磁感应强度可达1.62～1.778T。中国专利文献CN101206943A中描述了一种表达式为Fe_aB_bSi_cAl_dC_e的合金系，按照原子百分比计，其中a为77～83at％，b为7～13at％，c为1～4at％,d为3～6at％，e为4～7at％，其饱和磁感应强度可以达到1.380～1.760T；然而C(熔点3555℃)元素的添加在熔炼过程中难以合金化，大大增加了熔炼成本。