[发明专利]一种Fe基软磁合金及软磁合金带材制备方法

说明书

本发明涉及一种Fe基软磁合金，其中Fe基软磁合金的成分为Fe_aNi_bCo_cB_dSi_e，其中76≤a≤82，2≤b≤4，2≤c≤4，8≤d≤12，2≤e≤8为原子百分比，且满足a+b+c+d+e＝100，所述的Fe基软磁合金为非晶‑纳米晶双相结构，所述的非晶‑纳米晶双相结构的平均晶粒尺寸d_c满足26nm≤d_c≤33nm，其矫顽力H_c满足3.9A/m≤H_c≤4.2A/m，其饱和磁化强度满足166emu/g≤M_S≤171emu/g。与现有技术相比，本发明中Fe基软磁合金采用的原材料为常见的Fe、Ni、Co和中间合金Fe‑B和Fe‑Si，不含有类似Nb的稀有金属，成本低制备流程简单，而且具有良好的韧性。

技术领域

本发明涉及一种Fe基软磁合金带材，尤其是涉及一种Fe基软磁合金及软磁合金带材制备方法。

背景技术

最早的软磁材料为工业纯铁，后来发展出性能更佳的电工硅钢和坡莫合金，以及是适用于高频范围的铁氧体。这些软磁材料基本上满足了工业应用的大部分需求，但是随着技术的不断进步，其缺点开始显现。比如，由于纯铁是晶态材料，存在各向异性，因此矫顽力H_c一般大于50A/m，磁滞损耗严重；硅钢中由于含有较多的非金属元素硅，因此冷加工困难，而且其电阻率低，因此涡流损耗大；坡莫合金由于有较高含量的镍，所以原材料成本高；铁氧体的饱和磁感应强度M_s一般小于0.5T，因此在很多工况下不能满足性能要求。

Fe基非晶合金条带于1967年首次被制备出来[J.Appl.Phys.38(1967)4096]，化学成分为Fe₈₀P_12.5C_7.5(at.％)，因其软磁性能而被工业界所重视，但是原始态条带的矫顽力H_c高达200A/m以上，饱和磁化强度M_s仅为0.68T，其性能相比传统软磁材料而言并无太大优势。之后人们又发展出商业牌号为Metglas 2605的Fe₈₀B₂₀，但是Metglas 2605的玻璃形成能力较差，于是相关研究人员在Fe₈₀B₂₀的基础上加入Si开发出Metglas 2605S系列非晶合金带材，比如Metglas 2605S，其化学成分为Fe₇₈B₁₃Si₉.后来人们发现，相比Fe基非晶带材，Fe基纳米晶带材有着更加优异的软磁性能，典型的是商业牌号为FINEMET的Fe_73.5B₉Si_13.5Nb₃Cu₁，其晶粒尺寸d一般在20nm以下，其矫顽力H_c<2A/m，饱和磁化强度M_s>1.20T。FINEMET的制备工艺流程大致为：首先制备出单相非晶态的合金带材，然后在高温下对其退火，在非晶基体上析出α-Fe(Si)纳米晶颗粒，形成非晶-纳米晶双相结构。纳米晶颗粒与非晶基体的强耦合作用使得纳米晶带材拥有更加优异的软磁性能，所以一系列类似FINEMET的Fe基纳米晶带材被开发出来，但其制备工艺与FINEMET基本雷同。因此，目前的Fe基纳米晶带材存在三个主要问题：首先，由于Fe基非晶合金的玻璃形成能力普遍偏低，为了制备出单相非晶态的条带，必需高纯度的原材料，导致原材料成本偏高；其次，纳米晶颗粒是通过对非晶条带退火得到的，即制备过程分为两步，先得到单相非晶条带，然后对其进行退火析出纳米晶，因此工艺流程长，生产效率低，同时退火过程也增加了耗能；最后，纳米晶条带由于经历了高温退火，因此韧性较差，极易碎裂，给切割、卷绕造成很大困难，降低了产品良率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种Fe基软磁合金带材及其制备方法。