具有高饱和磁化强度铁基非晶纳米晶软磁合金及其制法制造技术

本发明专利技术涉及一种具有高饱和磁化强度铁基非晶纳米晶软磁合金及其制备方法，该合金表示为：FeaMbCucSixByPz，其中M为Al、Cr、Mn、Ti或者V中的一种或几种；68≤a≤90，0≤b≤6，0≤c≤2，3≤x≤20，4≤y≤20，0≤z≤10，且a+b+c+x+y+z＝100。与现有技术相比，本发明专利技术产品具有高饱和磁化强度等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非晶纳米晶合金材料，尤其是涉及一种具有高饱和磁化强度铁基非晶纳米晶软磁合金及其制法。
技术介绍
铁基非晶和纳米晶软磁合金具有优良的综合软磁性能，如高饱和磁感值、高导磁率、低矫顽力、低损耗、低激磁电流和良好的稳定性等特点，可用于配电变压器、中频电源变压器和开关电源变压器的铁芯、滤波电抗器、饱和电抗器、马达定子以及磁传感器等，是应用和研究最广的非晶纳米晶合金之一。由于铁基非晶纳米晶合金的应用具有重大的经济意义和社会效益，数十年来有关非晶和纳米晶合金的研究始终是材料和凝聚态物理领域内的研究热点。最引人注目的研究开始于1988年日立金属公司的Yoshizawa等人发现的Fe-Cu-Nb-Si-B系合金。由于该系列合金具有独特的纳米晶结构和优异的软磁性能，引起了研究人员的广发注意。经过二十多年的研究，目前的纳米晶软磁合金主要包括三个合金体系，及FeCuMSiB(M＝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合金虽然饱和磁化强度较高，但软磁综合性能不及Finemet合金，同时还因为含有大量易氧化的贵金属元素(如Zr、Nb、Co等)导致成本高且制备工艺复杂，并未得到真正的推广应用。Finemet合金由于其较好的综合软磁性能以及较低的成本目前在许多领域得到广泛的应用。然而其饱和磁感应强度相对较低(最高仅为1.4T，通常在1.2T左右)。这导致其与高饱和磁感应强度的硅钢相比，在相同工作条件下应用时需要较大的体积，极大的限制其应用。为适应器件的轻量化、小型化发展的要求，对于新型高饱和磁感应强度、高磁导率、低损耗、良好高频性能的软磁材料的需求越来越大。随着国家节能减排政策的实施(要求低损耗)，研究开发同时具有高饱和磁感应强度和低损耗的新型铁基纳米晶软磁合金变得日益重要。对于纳米晶软磁材料而言，要提高合金的饱和磁感应强度，需尽量增加铁含量，并相应减少合金内的非铁磁性类金属元素。但是，这些类金属元素含量的减少会导致纳米晶合金前驱体(非晶)的非晶形成能力的下降，从而给非晶带材的制备带来困难，并导致软磁性能的恶化。因此，迫切需要开发一种制备工艺简单且软磁性能优异的新型铁基非晶纳米晶合金，其对于促进我国铁基非晶纳米晶软磁材料及其器件相关产业的发展具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有高饱和磁化强度铁基非晶纳米晶软磁合金的制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种具有高饱和磁化强度铁基非晶纳米晶软磁合金，其特征在于，该合金表示为：FeaMbCucSixByPz，其中M为Al、Cr、Mn、Ti或者V中的一种或几种；68≤a≤90，0≤b≤6，0≤c≤2，3≤x≤20，4≤y≤20，0≤z≤10，且a+b+c+x+y+z＝100。一种具有高饱和磁化强度铁基非晶纳米晶软磁合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)按一定比例称取金属原料铁、硼、磷、硅、铜、M，装入真空感应炉的坩埚中，在真空条件下采用中频感应熔炼的方法把原料反复熔炼多遍，并在熔炼过程中进行搅拌，使合金成分均匀，并浇注成合金锭；(2)将熔炼得到的合金锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中进行超声清洗，取出后自然晾干待用；(3)将清洗干净的块体合金放入急冷制带设备的石英管中，使用单辊甩带法制备出宽度在2-50毫米，厚度约25微米的合金薄带；(4)将制得的薄带放入热处理炉中，在真空或者惰性气体保护的环境下，以小于25℃/分钟的升温速率将温度升高至360℃～480℃，保温30分钟至2个小时，然后随炉冷却至室温，得到非晶纳米晶双相复合的铁基软磁合金材料。步骤(1)所述的反复熔炼多遍为至少3遍。与现有技术相比，本专利技术主要为解决目前铁基非晶纳米晶软磁合金材料饱和磁感应强度较低的问题，通过加入P元素和提高Fe含量，大幅度提高了材料的饱和磁化强度。附图说明图1为本专利技术的工艺流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1：如图1所示，将硅铁、硼铁、磷铁、铁、铜、铝等原料按照一定的比例配置成分为Fe85Al1Cu0.5Si3.5B6P4的母料，共计5公斤；将配置好的母料加入真空中频感应炉的坩埚中熔炼，中频感应熔炼4次得到成分均匀的合金锭；将合金锭机械破碎放入急冷制带设备的石英管中，采用感应加热融化，利用单辊急冷甩带工艺，在空气中以35m/s的速度制带，制得带宽度为10mm、厚度为30微米的非晶薄带；将非晶合金带材放入管式真空热处理炉中，真空度在10-3pa左右，以15℃/分钟的加热速率升温至360℃，然后以5℃/分钟升温至400℃，并保温20分钟，然后随炉冷却至室温。热处理后的纳米晶带材的通过磁测量得到其饱和磁化强度约为1.84T，矫顽力约为19A/m，铁损P1/50＝0.46W/kg。实施例2：将硅铁、硼铁、磷铁、铁、铜、铝、钛等原料按照一定的比例配置成分为Fe82Al1Ti0.5Cu0.5Si4B8P4的母料，共计5公斤；将配置好的母料加入真空中频感应炉的坩埚中熔炼，中频感应熔炼4次得到成分均匀的合金锭；将合金锭机械破碎放入急冷制带设备的石英管中，采用感应加热融化，利用单辊急冷甩带工艺，在空气中以30m/s的速度制带，制得带宽度为20mm、厚度为30微米的非晶薄带；将非晶合金带材放入管式真空热处理炉中，真空度在10-3pa左右，以20℃/分钟的加热速率升温至360℃，然后以5℃/分钟升温至420℃，并保温20分钟，然后随炉冷却至室温。热处理后的纳米晶带材的通过磁测量得到其饱和磁化强度约为1.70T，矫顽力约为10A/m，铁损P1/50＝0.34W/kg。实施例3：将硅铁、硼铁、磷铁、铁、铜、铝等原料按照一定的比例配置成分为Fe79Cr1.5Mn1.5Cu1.5Si587.5P4的母料，共计5公斤；将配置好的母料加入真空中频感应炉的坩埚中熔炼，中频感应熔炼3次得到成分均匀的合金锭；将合金锭机械破碎放入急冷制带设备的石英管中，采用感应加热融化，利用单辊急冷甩带工艺，在空气中以35m/s的速度制带，制得带宽度为25mm、厚度为30微米的非晶薄带；将非晶合金带材放入管式真空热处理炉中，真空度在10-3Pa本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高饱和磁化强度铁基非晶纳米晶软磁合金，其特征在于，该合金表示为：FeaMbCucSixByPz，其中M为Al、Cr、Mn、Ti或者V中的一种或几种；68≤a≤90，0≤b≤6，0≤c≤2，3≤x≤20，4≤y≤20，0≤z≤10，且a+b+c+x+y+z＝100。

【技术特征摘要】
1.一种具有高饱和磁化强度铁基非晶纳米晶软磁合金，其特征在于，该合金
表示为：FeaMbCucSixByPz，其中M为Al、Cr、Mn、Ti或者V中的一种或几种；
68≤a≤90，0≤b≤6，0≤c≤2，3≤x≤20，4≤y≤20，0≤z≤10，且a+b+c+x+y+z＝100。
2.一种如权利要求1所述的具有高饱和磁化强度铁基非晶纳米晶软磁合金的
制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)按一定比例称取金属原料铁、硼、磷、硅、铜、M，装入真空感应炉的
坩埚中，在真空条件下采用中频感应熔炼的方法把原料反复熔炼多遍，并在熔炼过
程中进行搅拌，使合金成分均匀，并浇注成合金锭；
(2)将熔炼得到的合金锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精
溶液中进行超声清...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰，
申请(专利权)人：上海瀚涛纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31