[发明专利]一种抑制Fe基纳米晶软磁合金非晶前驱体表面晶化的方法

说明书

本发明提供一种抑制Fe基纳米晶软磁合金非晶前驱体表面晶化的方法，在Fe基纳米晶软磁合金中添加0.1～0.3at.％的稀土元素；所述稀土元素包括La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc和Y中的任意一种或多种组合。本发明可有效抑制淬态合金带材的表面晶化，并改善热处理后合金的软磁性，在保持合金高饱和磁感应强度的同时，使矫顽力最高降幅超过70％；无需外加辅助设备或增加制备工序、易于操作且成本低廉；同时适用于Fe‑Si‑B‑Cu‑Nb、Fe‑M‑B(M＝Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo和W)等多个纳米晶体系，具有一定的普适性。

技术领域

本发明涉及非晶和纳米晶软磁材料领域，涉及一种抑制Fe基纳米晶合金非晶前驱体表面晶化、改善热处理后纳米晶合金软磁性的方法。

背景技术

随着现代电力电子设备向节能化、小型化、高频化和静音化方向发展，人们对其中所使用的软磁材料提出了更高的要求。铁基纳米晶软磁合金作为新一代软磁材料，表现出比硅钢、铁氧体等传统磁性材料更为优异的综合磁性能，如高饱和磁感应强度(B_s)、低矫顽力(H_c)、高磁导率、低铁损、低磁致伸缩系数等特性，特别其在高频下的磁性能极佳。以Fe-Si-B-Cu-Nb (Finemet)为代表的Fe基纳米晶软磁合金已作为铁心材料在高频变压器、传感器、电流互感器等设备中得到了广泛应用。但Finemet合金的B_s较低，仅为1.24T。近年研制出了具有较高B_s的Fe-Si-B-Cu-Nb、NANOPERM (Fe-M-B,M为Nb,Zr,Hf等前过渡族元素)等纳米晶合金体系，有望进一步促进器件的小型化和轻量化。

Fe基纳米晶软磁合金具有由晶粒尺寸低于30nm的α-Fe纳米晶和非晶相组成的均匀复合组织，二者间的交互耦合作用可降低合金的平均磁晶各向异性和磁致伸缩系数而使其表现出优异软磁性能。纳米晶合金通常由非晶晶化法获得，即将快淬方式得到的非晶合金带材(前驱体)置于热处理炉内经退火发生晶化而形成纳米晶/残余非晶复合组织。高质量的非晶前驱体是获得细微、均匀的纳米晶组织和良好软磁性能的前提。部分高Bs纳米晶合金的非晶形成能力相对较低，在工况条件下制备的非晶带材前驱体易在近自由面表层生成α-Fe晶化相，这导致热处理后纳米晶带材的组织结构不均匀，软磁性能恶化[Acta Mater49(2001):4069]。此外，非晶带材前驱体的表面晶化，会引起带材表面的耐腐蚀性降低而易发生锈蚀，同时也会使带材的韧性下降，不利于后续加工。高B_sFe基纳米晶合金非晶前驱体的表面晶化是纳米晶带材工业化生产中急需解决的问题。

目前，人们主要通过调整合金成分或控制生产工艺来解决Fe基纳米晶合金非晶前驱体的表面晶化问题。额外增加1～2at.％的Nb、Zr、Hf等前过渡金属元素能显著提高原合金的非晶形成能力，抑制淬态合金带材表面晶化。但因非磁性元素含量增多，纳米晶合金的B_s明显下降，同时还增加了原料成本。中国专利CN108856662A公开了一种利用外加静态磁场装置提高Fe基纳米晶合金非晶前驱体的非晶形成能力的方法。通过将外加静态磁场装置中的磁体固定在快淬铜辊的两侧，使其周向形成静态磁场，利用磁场对熔体流动的抑制作用及磁场与熔体带电离子相互作用来提高合金的非晶形成能力，抑制表面晶化。但该方法需要外加静态磁场装置，这提高了生产成本，并使合金带材的制备工序增加。中国专利CN111001767A公开了一种利用B₂O₃与CaO 作为除渣剂制备铁基非晶合金的制备方法。除渣剂可调节非晶合金中的氧含量，还可吸附并净化钢液中难熔夹杂物颗粒，有效抑制了淬态合金的表面晶化。但该方法需要增加除渣及熔液取样和氧含量检测工序，使材料制备的工艺流程延长，提高了生产成本并降低了生产效率。

综上所述，发明一种简单有效、在维持Fe基纳米晶软磁合金高B_s的同时能抑制非晶前驱体表面晶化并改善其软磁性的方法对纳米晶软磁合金的实际生产和应用具有重要意义。

发明内容