[发明专利]一种高饱和磁感高磁导率铁基软磁材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高饱和磁感高磁导率铁基软磁材料及其制备方法，高饱和磁感高磁导率铁基软磁材料含有以下组分：0‑5.0wt％Co，2.0‑6.0wt％Si，0‑4.0wt％Cr，0‑2.0wt％Mo，0‑2.0wt％Al，0‑0.06wt％C，余量为Fe；制备方法包括以下步骤：S1、称取上述原料；S2、将称取的原料完全熔化并浇铸为合金铸锭；S3、将合金铸锭在900‑1200℃下进行锻造加工，得到热加工合金型材；锻造比不低于3:1；S4、将热加工合金型材在900‑1100℃下热轧，获得冷带坯；S5、将冷带坯冷加工至冷带半成品，进行连续退火处理；S6、连续退火后继续冷加工得到高饱和磁感高磁导率铁基软磁材料。本发明公开的高饱和磁感高磁导率铁基软磁材料有高饱和磁感、高磁导率、低矫顽力、高电阻率、低密度等优点，成本低廉且加工性能好，应用前景广泛。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种高饱和磁感高磁导率铁基软磁材料及其制备方法。

背景技术

近年来，军用及民用无人机、牵引变压器、轻型医疗设备等轻型市场对电子器件的设计要求不断提高，电子器件逐步向轻量化、微型化、高效率的方向快速发展，这要求应用在器件中的软磁材料具有较高的饱和磁感、高磁导率、低损耗、轻质量等优异性能。

目前应用比较广泛的传统晶态软磁材料主要分为电工纯铁、硅钢、Fe-Ni合金、Fe-Co合金、软磁铁氧体、非晶软磁合金等。各系列软磁合金优点及应用范围如下：

电工纯铁：特点是饱和磁感高、价格低廉、加工性能好。然而由于电工纯铁电阻率低，交变磁场下涡流损耗大，一般不适合在交流磁化条件下使用。主要应用于直流磁化场合，如直流电机、铁芯、磁导体等。

硅钢：在纯铁中加入硅后，随着Si含量增加，电阻率ρ显著增加，且降低磁晶各向异性常数K1，但饱和磁感会下降，热导系数降低。且添加Si元素后合金硬度增加、脆性增大，Si含量超过3.5wt％时冷轧较为困难，超过5wt％时延伸率几乎为零，因此高硅钢的加工难度很大，工业应用较为困难。硅钢主要用于电机、变压器、继电器等铁芯中。

Fe-Ni合金：铁镍合金与其他软磁材料相比，在弱磁场下具有较高的磁导率，较低的矫顽力，并具有很好的加工性能，但对应力比较敏感，饱和磁感较低(高镍合金饱和磁感基本在0.7T左右)。适用于在弱磁场中工作的器件。

Fe-Co合金：铁钴合金具有比纯铁更高的饱和磁感，高磁感下相比其他软磁合金又具有较高的磁导率，但合金在常温下性脆导致冷加工困难，并且合金的电阻率很低，损耗较大，此外Co元素价格昂贵，成本很高。该合金适合在强磁场下使用，主要用于制作极靴、电机转子或定子、电磁铁极头等。

软磁铁氧体：电阻率大，涡流损耗小，但饱和磁感应强度很小，适用于低功率高频磁性元件。

非晶软磁合金：不存在磁晶各向异性，具有比晶态合金更高的电阻率，对应力不敏感，具有耐蚀和高强度等特点。但是非晶材料的缺点是在较低的温度下会发生晶化，在更低的温度下会发生结构弛豫，导致其在长期使用条件下的工作温度不宜超过100～150℃。

通过上述对比可知，这些传统的软磁材料在某些性能方面难免存在短板，限制了材料的使用范围。例如，硅钢中添加Si虽可提高电阻率，使铁损降低，但同时也降低了饱和磁感；Fe-Co合金具有高饱和磁感，但电阻率较低，成本昂贵，冷加工性能较差；Fe-Ni合金在弱场下具有较高的磁导率、软磁铁氧体损耗较小，但这两种材料在较强磁场下极易达到饱和，且饱和磁感较小(铁镍软磁合金饱和磁感不超过1.6T，软磁铁氧体饱和磁感不超过0.5T)，不适用于高功率强磁场的应用环境；非晶软磁合金由于不存在磁晶各向异性，具有低矫顽力、高磁导率、高电阻率等特点，但非晶材料的晶化温度较低，其工作温度不宜超过100～150℃，制备技术要求较高。此外，Fe-Co、Fe-Ni等主流软磁合金的密度较大，通常超过8.0g/cm³，不利于电子器件的减重。