[发明专利]一种高磁导率的非晶纳米晶合金的制备方法

说明书

一种高磁导率的非晶纳米晶合金的制备方法，包括：按照非晶纳米晶合金组分表达式中各种元素的含量称取，非晶纳米晶合金组分表达式为Fe_aCo_bSi_cB_dCu_eM_fM’_g，其中M为V、Ta和Nb中的至少一种，M’为Ti、Zr、Hf、Ni、Ge、Cr、Mn、W、Zn、Sn、Sb、Mo、Y和Al中的至少一种，a、b、c、d、e、f和g分别表示对应元素的原子百分含量，并满足：74≤a≤82，0.01＜b≤5，5≤c≤15，4≤d≤13，0.2≤e≤1.5，1≤f≤4，0≤g≤1且a+b+c+d+e+f+g＝100；熔炼母合金，制备非晶合金带材，磁场热处理得到非晶纳米晶合金材料。具有在100kHz频率下具有35000以上的有效磁导率，同时具有1.35T以上的饱和磁感应强度优点。

技术领域

本发明涉及磁性功能材料领域中的软磁材料，尤其是一种在高频下具有高磁导率(100kHz频率下具有35000以上的有效磁导率，同时具有1.35T以上的饱和磁感应强度)的非晶纳米晶合金的制备方法。

背景技术

非晶纳米晶软磁合金是一类新型的软磁材料，利用非晶纳米晶合金作为铁芯材料制造成的变压器、电机、互感器、滤波电感、逆变器、无线充电模组等电力电子元器件，与传统软磁材料制造而成的同类元器件相比，具有体积更小、效率更高、精度和品质更高等优势，因而已广泛应用于汽车、变频电器、电力系统、新能源发电、通讯及电子设备、无线充电等领域，为人们日常生活和工业生产中各类电力电子器件向小型化、节能化、高精密化发展发挥了重大的作用。

当前各领域对电力电子元器件的需求在不断提升，电力电子元器件除继续向小型、节能、高精密化发展外，其使用频率也在迅速提高。如近几年新兴的无线充电领域，基于电磁感应原理的Qi无线充电标准已在智能手机、蓝牙耳机、智能手表等消费电子产品中获得广泛应用，其软磁材料的工作频率在100-205kHz之间；其他的无线充电标准的工作频率更高。在高频滤波电感领域的高端场合，如高档汽车用共模电感，其工作频率目前也已达到100kHz以上，并且有迅速向更高频率段发展的趋势和要求。随着5G技术的推广应用，电子元器件向更高频率段发展是必然趋势。

电力电子元器件向小型化、节能化、高频化、高精密化发展，对其中软磁材料的要求便是：兼具更高的饱和磁感应强度Bs、更高的高频磁导率μ、更低的矫顽力Hc和更低的损耗值。目前常用的软磁材料中，硅钢具有最高的饱和磁感应强度(2.0T以上)，但其矫顽力Hc和损耗较大，磁导率较低，仅适用于配电变压器、常规电机等低频场合(1kHz以下)；铁氧体具有较高的高频磁导率，但其饱和磁感应强度太低，一般不到0.5T，阻碍了器件的小型化和高功率化；商业化的非晶软磁合金带材具有较高的饱和磁感应强度(～1.56T)，但高频磁导率较低、高频损耗较大，主要应用于10kHz以下的场合；商业化的FINEMET系列纳米晶软磁合金带材，目前是10kHz以上频率段优势较明显的软磁材料，具有～1.25T的饱和磁感应强度，较高的高频磁导率和较低的高频损耗。但随着电力电子元器件向进一步小型化、高功率化和高频化的发展，商业化的FINEMET系列纳米晶合金带材的劣势也逐渐显现：(1)饱和磁感应强度较低，不利于器件进一步小型化或高功率化；(2)100kHz以上频率段的磁导率不够高，阻碍元器件进一步高频化发展。

现有技术利用真空横向磁场热处理和带材减薄的方式，可以在一定程度上提高FINEMET系列纳米晶合金带材的高频磁导率，但因为根本的合金成分和材料微观组织没有改善，利用真空磁场热处理和带材减薄的方式对提高高频磁导率的效果有限：利用横向磁场热处理和带材减薄结合的方式，一般可将厚度为16μm的纳米晶带材在10kHz下的有效磁导率提高至60000以上，100kHz下的有效磁导率提高至30000。但利用目前的带材制备技术，16μm已是带材量产的最低厚度极限，而且成品率很低，这严重阻碍电子元器件的高频化、小型化发展。