專利名稱：一種鐵基納米晶軟磁合金及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種合金，尤其是涉及一種鐵基納米晶軟磁合金及其制備方法。
背景技術：
鐵基非晶和納米晶軟磁合金具有優良的綜合軟磁性能，如高飽和磁感值、高導磁率、低矯頑力、低損耗、低激磁電流和良好的穩定性等特點，可用于配電變壓器、中頻電源變壓器和開關電源變壓器的鐵芯、濾波電抗器、飽和電抗器、馬達定子以及磁傳感器等，是應用和研究最廣的非晶納米晶合金之一。除了非晶變壓器這一鐵基非晶合金大量應用的領域之外，利用合金所具備的高磁導率和低損耗這兩大特性，鐵基非晶納米晶軟磁合金還可以作為新型馬達定子的鐵芯材料，用來提高馬達的效率，從而減少電力消耗。這一潛在的應用目前正得到國際上的廣泛關注。調查顯示，在日本國內的電力消費中，馬達的比例占到 51%。如果提高馬達的效率，便可降低電力的消費，滿足全球性節能要求。隨著汽車產業的發展，今后采用馬達的部位趨于增多，比如電動油泵、電動助力方向盤、電動制動器等。使用新型非晶鐵芯馬達，可以使馬達更加小型化、高效化，并節約稀有金屬(Nd)的用量，降低馬達的成本。此外，鐵基非晶納米晶材料還可做為磁傳感器應用在航空航天、汽車、工業、消費、物聯網、智能電網等許多領域。在物聯網中，磁傳感器可以用于智能交通的交通管制、車流檢測等中；在智能電網中，磁傳感器可應用于電力系統的電壓、電流、功率等參數的監測和交流變頻調速器、逆變器、整流器、通信電源、信號監測、故障定位檢測等許多方面。由于鐵基非晶納米晶合金的應用具有重大的經濟意義和社會效益，數十年來有關非晶和納米晶合金的研究始終是材料和凝聚態物理領域內的研究熱點。最引人注目的研究開始于1988年日立金屬公司的^shizawa等人發現的 ^-Cu-Nb-Si-B系合金。由于該系列合金具有獨特的納米晶結構和優異的軟磁性能，引起了研究人員的廣發注意。經過二十多年的研究，目前的納米晶軟磁合金主要包括三個合金體系，及i^eCuMSiBW = Nb, Ta，W等) 系 Finemet 合金、FeMBCu (M = Zr, Hf, Nb 等)系 Nanoperm 合金以及 FeCoMCuB (M = Zr, Hf, Nb等)系Hitperm合金。其中，Nanoperm和Hitperm合金雖然飽和磁化強度較高，但軟磁綜合性能不及Finemet合金，同時還因為含有大量易氧化的貴金屬元素(如&、Nb、Co等) 導致成本高且制備工藝復雜，并未得到真正的推廣應用。Finemet合金由于其較好的綜合軟磁性能以及較低的成本目前在許多領域得到廣泛的應用。然而其飽和磁感應強度相對較低(最高僅為1. 4T，通常在1. 2T左右)。這導致其與高飽和磁感應強度的硅鋼相比，在相同工作條件下應用時需要較大的體積，極大的限制其應用。為適應器件的輕量化、小型化發展的要求，對于新型高飽和磁感應強度、高磁導率、低損耗、良好高頻性能的軟磁材料的需求越來越大。由此可見，開發一種具有較高飽和磁感應強度以及低損耗的鐵基非晶納米晶軟磁合金材料對于促進我國鐵基非晶納米晶軟磁材料及其器件相關產業的發展具有重要的意義
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供ー種具有高飽和磁感應強度以及低損耗的鐵基納米晶軟磁合金及其制備方法。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現ー種鐵基納米晶軟磁合金，其特征在于，該合金為FeaCubAlcSixByPz，其中68≤a≤85，0≤b≤2，0≤c≤5，3≤χ≤18， 5 ≤y ≤20,0 ≤ζ ≤10，且 a+b+c+x+y+z = 100。ー種鐵基納米晶軟磁合金的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將硅鐵、硼鐵、磷鐵、鐵、銅、鋁原料按照一定的比例配成!^aCubAleSixByPz，將配比好的原料裝入真空中頻感應爐的坩堝中，在真空條件下采用中頻感應熔煉的方法把原料反復熔煉多遍，使合金成分均勻，并澆注成合金錠；(2)將熔煉得到的合金錠破碎，將破碎的塊體合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中進行超聲清洗，取出后自然晾干待用；(3)將清洗干凈的塊體合金放入急冷制帶設備的石英管中，使用單輥甩帶法制備出寬度在2-20毫米，厚度M-30微米的非晶合金薄帶；(4)將制得的非晶薄帶放入熱處理爐中，在真空或者惰性氣體保護的環境下，以小于20°C /分鐘的升溫速率將溫度升高至360°C 460°C，保溫30分鐘至2個小時，然后隨爐冷卻至室溫，得到非晶和納米晶雙相復合的鐵基軟磁合金材料。步驟(1)所述的熔煉次數大于3遍。步驟(3)所述的單輥甩帶法的制帶速度為在空氣中35m/s。步驟(4)所述的真空的壓強小于10_3Pa，所述的惰性氣體為氬氣。與現有技術相比，本發明以硅鐵、硼鐵、磷鐵、鐵、銅、鋁等為原料，通過合金熔煉、 急冷制帶以及納米晶晶化處理，制得鐵基非晶納米晶軟磁合金材料，解決目前鐵基非晶納米晶軟磁合金材料飽和磁感應強度較低的問題，提供ー種具有高飽和磁感應強度以及低損耗的鐵基非晶納米晶軟磁合金材料及其制備方法。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例1 將硅鐵、硼鐵、磷鐵、鐵、銅、鋁等原料按照一定的比例配置成分為 Fe82Cu0^Al1Si45B8P4的母料，共計5公斤；將配置好的母料加入真空中頻感應爐的坩堝中熔煉，中頻感應熔煉3次得到成分均勻的合金錠；將合金錠機械破碎放入急冷制帶設備的石英管中，采用感應加熱融化，利用單輥急冷甩帶エ藝，在空氣中以35m/s的速度制帯，制得帶寬度為10mm、厚度為30微米的非晶薄帶；將非晶合金帶材放入管式真空熱處理爐中， 真空度在左右，以15°C /分鐘的加熱速率升溫至360°C，然后以5°C /分鐘升溫至 400°C，并保溫20分鐘，然后隨爐冷卻至室溫。熱處理后的納米晶帶材的通過磁測量得到其飽和磁化強度約為1. 82T，矯頑カ約為18A/m，鐵損P1/5(1 = 0. 4W/kg。實施例2:將硅鐵、硼鐵、磷鐵、鐵、銅、鋁等原料按照一定的比例配置成分為 Fe80Cu0.5AlL5Si5B9P4的母料，共計5公斤；將配置好的母料加入真空中頻感應爐的坩堝中熔煉，中頻感應熔煉3次得到成分均勻的合金錠；將合金錠機械破碎放入急冷制帶設備的石英管中，采用感應加熱融化，利用單輥急冷甩帶工藝，在空氣中以35m/s的速度制帶，制得帶寬度為10mm、厚度為30微米的非晶薄帶；將非晶合金帶材放入管式真空熱處理爐中， 真空度在左右，以15°C /分鐘的加熱速率升溫至360°C，然后以5°C /分鐘升溫至 400°C，并保溫20分鐘，然后隨爐冷卻至室溫。熱處理后的納米晶帶材的通過磁測量得到其飽和磁化強度約為1. 74T，矯頑力約為ΙΟΑ/m，鐵損P1/5(1 = 0. 3W/kg。實施例3 將硅鐵、硼鐵、磷鐵、鐵、銅、鋁等原料按照一定的比例配置成分為 Fe78.5Cu0.5Al2Si5.5B9.5P4的母料，共計5公斤；將配置好的母料加入真空中頻感應爐的坩堝中熔煉，中頻感應熔煉3次得到成分均勻的合金錠；將合金錠機械破碎放入急冷制帶設備的石英管中，采用感應加熱融化，利用單輥急冷甩帶工藝，在空氣中以35m/s的速度制帶，制得帶寬度為10mm、厚度為30微米的非晶薄帶；將非晶合金帶材放入管式真空熱處理爐中， 真空度在左右，以15°C /分鐘的加熱速率升溫至360°C，然后以5°C /分鐘升溫至 400°C，并保溫20分鐘，然后隨爐冷卻至室溫。熱處理后的納米晶帶材的通過磁測量得到其飽和磁化強度約為1. 62T，矯頑力約為8A/m，鐵損P1/5(1 = 0. ^W/kg。實施例4 將硅鐵、硼鐵、磷鐵、鐵、銅、鋁等原料按照一定的比例配置成分為!^85CuciAltlSi3B5P7 的母料，共計5公斤；將配置好的母料加入真空中頻感應爐的坩堝中熔煉，中頻感應熔煉4 次得到成分均勻的合金錠；將合金錠機械破碎放入急冷制帶設備的石英管中，采用感應加熱融化，利用單輥急冷甩帶工藝，在空氣中以35m/s的速度制帶，制得帶寬度為2mm、厚度為 M微米的非晶薄帶；將非晶合金帶材放入管式真空熱處理爐中，真空度在左右，以 15°C /分鐘的加熱速率升溫至360°C，然后以5°C /分鐘升溫至460°C，并保溫20分鐘，然后隨爐冷卻至室溫。熱處理后的納米晶帶材的通過磁測量得到其飽和磁化強度約為1. 62T，矯頑力約為 8A/m，鐵損 P1750 = 0. 26ff/kgo實施例5 將硅鐵、硼鐵、磷鐵、鐵、銅、鋁等原料按照一定的比例配置成分為 Fe68Cu0Al0Si17B5P10的母料，共計5公斤；將配置好的母料加入真空中頻感應爐的坩堝中熔煉，中頻感應熔煉4次得到成分均勻的合金錠；將合金錠機械破碎放入急冷制帶設備的石英管中，采用感應加熱融化，利用單輥急冷甩帶工藝，在空氣中以35m/s的速度制帶，制得帶寬度為20mm、厚度為25微米的非晶薄帶；將非晶合金帶材放入管式真空熱處理爐中， 真空度在左右，以15°C /分鐘的加熱速率升溫至360°C，然后以5°C /分鐘升溫至 460°C，并保溫20分鐘，然后隨爐冷卻至室溫。熱處理后的納米晶帶材的通過磁測量得到其飽和磁化強度約為1. 62T，矯頑力約為8A/m，鐵損P1/5(1 = 0. ^W/kg。實施例6 將硅鐵、硼鐵、磷鐵、鐵、銅、鋁等原料按照一定的比例配置成分為 Fe70Cu2Al3Si3B20P0的母料，共計5公斤；將配置好的母料加入真空中頻感應爐的坩堝中熔煉，中頻感應熔煉4次得到成分均勻的合金錠；將合金錠機械破碎放入急冷制帶設備的石英管中，采用感應加熱融化，利用單輥急冷甩帶工藝，在空氣中以35m/s的速度制帶，制得帶寬度為15mm、厚度為25微米的非晶薄帶；將非晶合金帶材放入管式真空熱處理爐中， 真空度在左右，以15°C /分鐘的加熱速率升溫至360°C，然后以5°C /分鐘升溫至460°C，并保溫20分鐘，然后隨爐冷卻至室溫。熱處理后的納米晶帶材的通過磁測量得到其飽和磁化強度約為1. 62T，矯頑力約為8A/m，鐵損P1/5(1 = 0. ^W/kg。
權利要求
1.ー種鐵基納米晶軟磁合金，其特征在于，該合金為！^aCubAlciSixByPz,其中 68 >= a >=85，0>=b >= 2，0 >= c >= 5，3 >= χ >= 18，5 >= y >=20，>= ζ >=10，且 a+b+c+x+y+z =100。
2.ー種根據權利要求1所述的鐵基納米晶軟磁合金的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將硅鐵、硼鐵、磷鐵、鐵、銅、鋁原料按照一定的比例配成!^aCubAleSixByPz，將配比好的原料裝入真空中頻感應爐的坩堝中，在真空條件下采用中頻感應熔煉的方法把原料反復熔煉多遍，使合金成分均勻，并澆注成合金錠；(2)將熔煉得到的合金錠破碎，將破碎的塊體合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中進行超聲清洗，取出后自然晾干待用；(3)將清洗干凈的塊體合金放入急冷制帶設備的石英管中，使用單輥甩帶法制備出寬度在2-20毫米，厚度M-30微米的非晶合金薄帶；(4)將制得的非晶薄帶放入熱處理爐中，在真空或者惰性氣體保護的環境下，以小于 200C /分鐘的升溫速率將溫度升高至360°C 460°C，保溫30分鐘至2個小時，然后隨爐冷卻至室溫，得到非晶和納米晶雙相復合的鐵基軟磁合金材料。
3.根據權利要求2所述的鐵基納米晶軟磁合金的制備方法，其特征在干，步驟(1)所述的熔煉次數大于3遍。
4.根據權利要求2所述的鐵基納米晶軟磁合金的制備方法，其特征在干，步驟(3)所述的單輥甩帶法的制帶速度為在空氣中35m/s。
5.根據權利要求2所述的鐵基納米晶軟磁合金的制備方法，其特征在干，步驟(4)所述的真空的壓強小于10_3Pa，所述的惰性氣體為氬氣。
全文摘要
本發明涉及一種鐵基納米晶軟磁合金及其制備方法，該合金為FeaCubAlcSixByPz，其中68≤a≤85，0≤b≤2，0≤c≤5，3≤x≤18，5≤y≤20，0≤z≤10，且a+b+c+x+y+z＝100。與現有技術相比，本發明具有高飽和磁感應強度以及低損耗等優點。
文檔編號C22C45/02GK102543348SQ20121000551
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者張峰 申請人:上海米創電器有限公司