[发明专利]一种铁基非晶软磁合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种新型的铁基非晶软磁合金及其制备方法，所述合金的表达式为Fe_aSi_bB_cP_dCu_eNb_f，表达式中a、b、c、d、e和f分别表示各对应组分的原子百分比含量，且满足以下条件：a为75～85，b为0.02～4，c为7.5～14，d为0.2～1.5，e为0.1～1.0，f为0～1.50，a+b+c+d+e+f＝100，其具有高的饱和磁感应强度B_s、高的有效磁导率μ_e、低的矫顽力H_c、优良的高频稳定性，且其成型性好、制备工艺条件简单、生产成本低廉。

技术领域

本发明属于非晶合金技术领域，具体涉及一种铁基非晶软磁合金，它是通过添加微量元素的方式开发了一种高μ_e、低H_c、高B_s的软磁非晶合金。

背景技术

非晶材料具有绿色节能的显著特点。尤其是铁基非晶态合金，存在电阻率高、磁导率高，且损耗非常低，它的损耗仅相当于取向硅钢的1/3～1/5，另外与硅钢相比，工艺简单，不用特殊加工，因此被认为是制作电源变压器的理想铁芯材料。但是跟硅钢相比，铁基非晶合金仍存在其不足之处，即填充系数以及饱和磁感应强度相对较低。例如晶态取向硅钢的B_s值约在2T，而典型的铁基非晶合金Fe₇₈Si₉B_l3的B_s值为1.56T。此外在制备磁性元件时，如变压器铁芯、电动机转子和磁力开关等，往往希望这些装置的饱和磁感应强度较高，因为这意味着装置尺寸的减小或者激励功率的降低。对于填充系数，通用的方法是提高带材表面质量，例如表面光洁度和带材厚度的均匀性。但由于非晶带材本身仅为几十个微米，提升填充系数的潜力受限。人们更多的研究开发具有高磁饱和强度的非晶软磁合金。

日本东北大学在专利CN102741437A中公布了一种FeSiBPCu系纳米晶合金，该合金具有高饱和磁感的优点，其典型有效成分Fe_83.3-84.3Si₄B₈P_3-4Cu_0.7的饱和磁感应强度达到1.8T以上。该合金中P的引入可以起到抑制大尺寸初晶相析出的作用，并在纳米晶化过程中细化晶粒。然而该合金的规模化生产依然存在三个关键问题:1)由于为了借助P对晶粒细化的作用，设计时采用了高P含量，使该合金对杂质极其敏感，现有熔炼工艺下无法采用工业原料制备。2)P的大量添加使该合金的抗氧化性和耐腐蚀性明显降低。3)该合金热处理条件要求严苛，同样未能克服热处理过程中高升温速度的要求。

中科院宁波材料所在专利CN101834046A中公布了一种成分接近的FeSiBPCu纳米晶合金，该合金的典型成分Fe_82.7Si_3.95B_8.4P_4.3Cu_0.6的热稳定性差，热处理时间极短，显然不符合产业化要求，同时该合金也一样未能克服工业原料的问题。

网为新材料(邳州)有限公司在专利CN105261435A中公布了一种Fe_aSi_bB_cP_dCu_eMe_f铁基非晶纳米晶软磁合金。

CN102741437A公开了FeSiBCuP系非晶态合金经热处理以后会析出平均尺寸10～25nm的BCC铁相，使其饱和磁感应强度达到1.8～1.9T。然而在制备过程中经过了热处理，势必会增多加工过程，提高生产成本。

南京航空航天大学在专利CN200910184483.4中公布了一种高Si含量的FeSiBPCu纳米晶合金，该合金的类金属元素含量设计不合理，非晶形成能力低，常规的制带工艺难以制备完全非晶的合金带材。