[发明专利]一种纳米晶软磁材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米晶软磁材料的制备方法，合金组分为Si：3.7%，B：6.8%，Nb：2.8%，Cu：1.1%，Y：6.2%，余量为Fe；按照上述配比对各组分进行称量，将配好的Fe、Nb和Y元素装入中频感应炉内进行熔炼，熔化后加入其余元素，继续熔炼并保温30分钟后冷却，得到母合金锭，将合金锭破碎后作为后续带材制备的原料，采用单辊快淬冷却的方法制备得到软磁材料非晶超薄带，随后抓取并剪切，进行等温热处理得到退火后的纳米晶软磁合金材料。本发明通过合理的组分设计和工艺参数，增加了纳米晶材料的磁导率；矫顽力和损耗降低。整个生产过程基本连续化完成，提高了产能。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种纳米晶软磁材料的制备方法。

背景技术

能源短缺和环境污染已经成为制约人类生存和发展的重大问题，发展绿色和低碳经济已成为世界各国共同关注的焦点。电机是国民经济中电器自动化的基础，作为重要的动力设备，其耗电量约占全国总用电量的60%。然而我国现行主体系列电机的平均运行效率仅为87.6%，以2018 年全国总发电量67914 亿kWh 计算，则我国的主体电机在把电能转换为机械能应用于生产和生活过程中有约8400 亿kWh 的电力被白白地损失掉，而2018 年三峡水电站的年发电量约为1000 亿kWh，相当于损失8 个多三峡水电站全年的发电量。因此，电气设备的发展迫切的需要发展效率高于90%以上的高效电机。

铁芯损耗作为电机的固有损耗，是决定电机（尤其高频电机）效率的关键因素之一。常规电机的定转子一般都用无取向硅钢材料，为提高电机的效率，各国都在大力发展铁损更小的高效电机用硅钢，但它们的铁损（如P1/50，P1/400）仍大大高于纳米晶软磁合金。特别是变频技术在电机系统日益广泛的应用，要求在约400Hz 到10kHz 范围内的高频损耗要小，这正是高饱和磁感应强度纳米晶软磁合金的用武之地。

与传统硅钢电机相比，纳米晶合金电机具有高效率、高转速、高功率密度、高转矩密度、高运行稳定性等诸多优点，可以满足各类电气设备向高效节能、集成化方向发展。因此，研发适用于高效节能电机的新型高性能纳米晶软磁合金材料至关重要。同时，随着近年来无线充电、新能源汽车等高新技术的飞速发展，对充电效率提出了更高要求。实现无线充电系统的高效稳定工作，必须开发高频下具有高电磁转化效率、低能耗的新型软磁材料，超薄纳米晶合金带材恰好能够满足以上要求。综上所述，开发新型高性能纳米晶软磁合金材料是我国电气行业节能减排的迫切需要，也是无线充电、新能源汽车等高新技术产业发展需求，具有重要的科学意义和实践价值。

纳米晶软磁合金是在非晶合金基础上发展起来的新型软磁材料，其性能兼具传统晶态软磁材料高饱和磁感应强度和非晶态软磁材料低矫顽力、高磁导率和低损耗等优点，可以满足各类电气设备向高效节能、集成化方向发展的需求，且制备工艺简单，成本低廉，是重点支持和发展的新型绿色节能材料。开发兼具高饱和磁感应强度、低损耗等优异软磁性能，同时制备工艺简单，原材料成本低廉的新型软磁材料是当前纳米晶软磁合金研究开发的热点与发展方向。目前的纳米晶软磁合金在众多应用中具有明显的优势，但仍存在很多挑战，如：非晶形成能力有限，普遍存在表面晶化现象，带材韧性较差；纳米晶化过程要求苛刻，软磁性能依赖于热处理工艺，需要通过快速升温热处理提高纳米晶形核密度，获得优异软磁性能。因此，现有高性能纳米晶软磁合金，受其制备及后处理工艺窗口窄的限制，仍停留在实验阶段，无法实现工业化生产。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种纳米晶软磁材料的制备方法。

本发明完整的技术方案包括：

一种纳米晶软磁材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）组分设计：