[发明专利]一种铁基纳米晶软磁合金及制备方法

说明书

本发明公开了一种铁基纳米晶软磁合金，其分子式为Fe_aSi_bB_cM_dCu_eP_fAl_g，M为金属元素Nb、Mo、V、Mn或Cr，其中a、b、c、d、e、f、g为对应原子的摩尔百分含量，并且6≤b≤15，5≤c≤12，0.5≤d≤3，0.5≤e≤1.5，0.5≤f≤3，0.5≤g≤10，余量为铁和不可避免的微量杂质元素，所述铁基纳米晶软磁合金的结构是：体心立方结构的Fe和Fe(Si,Al)混合纳米晶晶粒嵌入在非晶基体上的双相合金，平均尺寸为10～13nm。本发明还提供了上述铁基纳米晶软磁合金的制备方法，包括两步升温和两步降温热处理。本发明提供的铁基纳米晶软磁合金兼具低廉的成本、优异的软磁性能、高的耐腐蚀性能以及良好的生产工艺性和热处理加工性能，在复杂恶劣环境下的噪声抑制、滤波、无线充电等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及铁基纳米晶软磁合金材料技术领域，具体涉及一种兼具低矫顽力、高磁导率、高热稳定性、高耐腐蚀性的铁基纳米晶软磁合金及其制备方法。

背景技术

随着5G通讯和无线充电等技术的快速发展，电磁波辐射产生的电磁干扰和健康危害等问题日益严重。软磁材料是抑制磁场干扰的常用材料。低频电磁波(频率为300kHz以下)由于趋肤效应小、波阻抗低，使得材料对低频磁场辐射的吸收和反射损耗变得很小，所以低频磁屏蔽问题一直是研究的难点。高磁导率材料可将磁力线约束在一条磁阻很低的通道内，使被保护的器件免受磁场的干扰，所以高磁导率的软磁材料是减小低频电磁辐射最有效的材料。与传统的低频磁屏蔽材料(低碳钢、硅钢片、坡莫合金等)相比，FeSiBMCu系列纳米晶合金兼具较高的饱和磁感应强度和高的磁导率，在电磁兼容、电力电子等领域应用广泛。

随着应用环境和应用领域的不断拓展，传统纳米晶软磁材料已不完全满足市场需求。研制满足不同环境(尤其是恶劣环境)需求的兼具低成本、高热稳定性、高磁导率和高耐腐蚀性能的新型纳米晶软磁材料，是未来发展的趋势。低廉的成本可提高产品竞争力；高的热稳定性使合金能在宽的温度区间和时间范围内进行热处理，从而提高合金性能一致性，降低热处理工艺难度；高的磁导率能进一步提高器件效能；高的耐腐蚀性能使合金能在大气或低真空条件下进行制备和热处理，从而极大降低生产成本，且可以提高器件在恶劣环境下的服役稳定性。目前，国内外研发人员基于经典的FeSiBMCu系列纳米晶合金展开了大量的研发和产业化工作，取得了一系列的进展。

公开号为CN101796207A的中国专利文献公布了一种FeSiBMCu纳米晶合金体系，M为Ti、V、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W中的至少一种元素。该纳米晶合金具有高的磁导率和低的矫顽力，但是标准成分的饱和磁感应强度仅为1.24T，有待进一步提高。此外，此合金中含量较高含量的贵金属元素，生产成本较高。

公开号为CN101373653A的中国专利文献公开了一种FeSiBNbCuAl纳米晶合金体系，利用Al取代Nb降低了FeSiBNbCu合金体系的原材料成本。但是该合金体系在弱场下的初始磁导率低于20000，且随着Al含量的升高，合金的热稳定性变差，即晶粒尺寸在热处理过程中容易变大，导致矫顽力增大、磁导率急剧下降。

公开号为CN102732811A的中国专利文献公布了一种FeSiBPCuX铁基非晶纳米晶软磁合金及其制备方法，X为Al、Cr、Mn、Ti中的一种或一种以上。其饱和磁感应强度为1.56～1.84T，但矫顽力较大，如Fe₈₅Cu_0.5Si_3.5B₆P₄Al₁的矫顽力大于19A/m，软磁性能有待进一步提高。