一种高Bs的铁基非晶/纳米晶材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于软磁功能材料技术领域，特别涉及一种高Bs的铁基非晶/纳米晶材料及其制备方法和应用。铁基非晶/纳米晶材料的化学成分表达式为：Fe

【技术实现步骤摘要】
一种高Bs的铁基非晶/纳米晶材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于软磁功能材料
，特别涉及一种高Bs的铁基非晶/纳米晶材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，为了更好地适应电子电路线板的高集成、高效率、小型化发展需求，传统硅钢材料正逐渐被淘汰，取而代之的是新一类铁基非晶/纳米晶材料。过去十年，新能源汽车领域得到了快速发展，推动了磁性器件对磁性材料的饱和磁感应强度(Bs)提出了更高的需求。
[0003]在铁基非晶/纳米晶中，由于存在贵金属铌，以标准配方FeSiBNbCu(Finemet)为例，材料成本是硅钢片的3～4倍。虽然其制造过程比硅钢片更简化、节能、环保，但是综合成本是硅钢片的2
‑
3倍。尽管如此，因其磁导率高、损耗小等特性，在同等条件下作为磁性原件可以减少重量约1/3～1/2，在对器件功能、性能尤其是装配空间有特定要求的领域还是得到了广泛应用，如作为共模电感、计量互感器、电焊逆变铁器、充电桩主变器等。过去十年，科研工作者围绕降低Finemet材料成本，同步提高Bs进行了深入研究。其中，新的Fe
‑
B
‑
P
‑
Cu类不含有贵金属元素的Nanomet系纳米晶材料展现出巨大的应用前景，磁导率高达30000～100000，在10～20kHz/500mT频段范围的功率损耗接近于Finemet系列合金<25W/kg@20kHz/500mT。然而，Nanomet系合金完全非晶态结构原带材在按照器件要求绕制特定尺寸元件磁芯的热处理过程中，调制均一α
‑
Fe/非晶态双相结构极为不易，因其不存在抑制α
‑
Fe形核与长大的抑制剂元素，导致α
‑
Fe晶化过程一经促发便以不可控的自发行为完成，最终形成粗大且尺寸分布、晶化分布不均匀的α
‑
Fe/非晶态双相结构。在铁基非晶/纳米晶合金中，磁畴结构单元通常为20～30nm，当α
‑
Fe晶粒大于30nm时，在外磁场一定频率的磁化状态下，α
‑
Fe晶粒就不能以单一晶粒作为磁畴单元，形成磁化/退磁过程中的磁畴壁的形成与消失。在Finemet系铁基纳米晶同等磁化状态下，Nanomet系纳米晶材料磁化需求的外磁场强度相对更大，进而影响了该类材料的矫顽力与磁损。
[0004]因此，亟需提供一种高Bs的铁基非晶/纳米晶材料，该材料具有良好的非晶形成能力，其晶化过程及α
‑
Fe晶粒尺寸可控，并且饱和磁感应强度高、成本低。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。本专利技术提供一种高Bs的铁基非晶/纳米晶材料及其制备方法和应用，该铁基非晶/纳米晶材料具有良好的非晶形成能力，其晶化过程及α
‑
Fe晶粒尺寸可控，并且饱和磁感应强度高、成本低。
[0006]本专利技术的专利技术构思：本专利技术首先通过合金成分设计，确保合金具有良好的非晶形成能力，可制备得到完全非晶态结构带材，同时结合最佳的热处理工艺，通过控制晶化过程，形成均一α
‑
Fe/非晶态双相结构，使材料具有优异的软磁特性。具体的，本专利技术通过类金
属元素B、C元素的同时选择，确保合金具有良好的非晶形成能力，具备制备完全非晶态结构原带材的可实施性。基于在同一系列合金中，Fe元素增加有助于形成更多α
‑
Fe纳米晶相，有利于提升合金的饱和磁感应强度，为获得具有高Bs低成本的铁基非晶/纳米晶合金，本专利技术在Fe
‑
B
‑
C
‑
Nb
‑
Cu系合金设计中，将B、C元素与Fe元素进行互相替代，得到合金的化学成分表达式为Fe
83+x+y
B
10.25
‑
x
C6‑
y
Cu
0.5
Nb
0.25
，以最大程度提高Fe
‑
B
‑
C
‑
Nb
‑
Cu系合金的Fe元素含量，进而提高合金的饱和磁感应强度。同时x、y的取值上限均为2，通过将Fe元素含量控制在一定范围内来提高合金的非晶形成能力，得到具有完全非晶态结构的带材。
[0007]合金的非晶态结构是热处理后获得均匀性分布纳米晶的前提，本专利技术通过在合金体系中引入B、C元素及少量的Nb元素和Cu元素，保证了Fe
‑
B
‑
C
‑
Nb
‑
Cu铁基非晶/纳米晶合金材料具有更好的非晶形成能力。B、C元素可以提高合金的非晶形成能力；少量的Nb元素可阻碍纳米晶晶粒在热处理过程中的长大与彼此间的吞并，细化合金的晶粒尺寸，并且有助于Cu团簇在晶化过程中的弥散分布，利于在晶化过程中调控均一α
‑
Fe/非晶态双相结构，获得优异软磁特性，另外Nb元素添加量少，在满足材料性能的基础上，可降低材料成本；Cu元素具有团簇作用，可利用其作为晶粒形成的起点，少量的添加既可以很好的细化热处理后的纳米晶，又可以降低材料成本。
[0008]因此，本专利技术第一方面提供一种高Bs的铁基非晶/纳米晶材料。
[0009]具体的，铁基非晶/纳米晶材料的化学成分表达式为：Fe
83+x+y
B
10.25
‑
x
C6‑
y
Cu
0.5
Nb
0.25
，其中0≤x≤2，0≤y≤2。
[0010]优选的，当0≤x≤2时，y＝0；当0≤y≤2时，x＝0。
[0011]具体的，式中83+x+y，10.25
‑
x，6
‑
y，0.5，0.25分别表示各对应组分Fe、B、C、Cu、Nb元素的原子百分比。x、y的取值上限为2，因为当x大于2或y大于2时，Fe元素的原子百分比大于85％，为富铁合金成分，非晶形成能力低，不易制备出具有完全非晶态结构的带材。
[0012]优选的，所述铁基非晶/纳米晶材料的化学式选自Fe
83+x
B
10.25
‑
x
C6Cu
0.5
Nb
0.25
、Fe
83+y
B
10.25
C6‑
y
Cu
0.5
Nb
0.25
中的任意一种。
[0013]优选的，所述铁基非晶/纳米晶材料的化学式包括但不限于Fe
83
B
10.25
C6Cu
0.5
Nb
0.25
、Fe
83.5
B
9.75
C6Cu
0.5
Nb
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁基非晶/纳米晶材料，其特征在于，所述铁基非晶/纳米晶材料的化学式为：Fe
83+x+y
B
10.25
‑
x
C6‑
y
Cu
0.5
Nb
0.25
，其中0≤x≤2，0≤y≤2。2.根据权利要求1所述的铁基非晶/纳米晶材料，其特征在于，当0≤x≤2时，y＝0；当0≤y≤2时，x＝0。3.根据权利要求2所述的铁基非晶/纳米晶材料，其特征在于，所述铁基非晶/纳米晶材料的化学式选自Fe
83+x
B
10.25
‑
x
C6Cu
0.5
Nb
0.25
、Fe
83+y
B
10.25
C6‑
y
Cu
0.5
Nb
0.25
中的任意一种。4.根据权利要求3所述的铁基非晶/纳米晶材料，其特征在于，所述铁基非晶/纳米晶材料的化学式包括但不限于Fe
83
B
10.25
C6Cu
0.5
Nb
0.25
、Fe
83.5
B
9.75
C6Cu
0.5
Nb
0.25
、Fe
84
B
9.25
C6Cu
0.5
Nb
0.25
、Fe
84.5
B
8.75
C6Cu
0.5
Nb
0.25
、Fe
85
B
8.25
C6Cu
0.5
Nb
0.25
、Fe
83.5
B
10.25
C
5.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑福明，周明，陈炽祥，
申请(专利权)人：广东咏旺新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：