本发明专利技术公开了一种铁基非晶软磁材料,该材料为FeaYbSicBd,其中a、b、c、d分别为对应的组元的原子百分比含量,a+b+c+d=100,且72≤a≤78,1≤b≤5,8≤c≤10,11≤d≤14。本发明专利技术还公开了该铁基非晶软磁材料的制备方法。与传统Fe-Si-B三元体系的非晶合金相比,本发明专利技术是在Fe-Si-B的基础上通过加入稀土元素Y来制得。其优点在于:FeaYbSicBd体系的非晶合金具有较大的非晶形成能力、优良的饱和磁感应强度、低矫顽力以及高起始磁导率,其最大过冷液相区宽度可达65K,最大饱和磁感应强度可达1.67T,是新型配电变压器铁芯和其它电子电力器件的理想材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及非晶软磁材料
,尤其涉及到一种兼具大的非晶形成能力和高饱和磁感应强度的铁基非晶软磁材料及其制备方法。
技术介绍
软磁材料是指一种能够迅速响应外磁场变化,且具有低损耗,能获得高磁感应强度的材料。其主要特征有:较高的初始磁导率和较高的最大磁导率,较小的矫顽力,较高的饱和磁感应强度,较低的功率损耗,工作时稳定性好。软磁材料的发展经历了电工纯铁、硅钢材料、坡莫合金、铁氧体材料到非晶磁性合金的发展过程。虽然目前硅钢材料和铁氧体材料仍然占软磁材料的主要部分,但硅钢材料的铁损较大,而铁氧体材料的饱和磁感应强度较低。自20世纪70年代非晶软磁材料研发成功以来,其优越的软磁性能受到众多研究者的青睐。由于非晶态材料不 存在位错和晶界所以其具有较高的磁导率、较低的矫顽力和优异的抗腐蚀能力;非晶态不具有晶粒结构,所以磁学上属于各向同性。电阻率小,所以即使在高频场合使用时,其材料的涡流损耗也较小;机械强度高且硬度高。目前已经取得应用的非晶磁性合金材料主要包括:过渡金属-类金属合金;过渡金属-金属合金;过渡金属-稀土金属合金。过渡金属主要是Fe、Co、Ni等,类金属主要是B、C、P、Si等,金属主要是T1、Zr、Nb、Ta等,稀土金属主要是Gd、Tb、Dy、Nd等。其中由于Fe成本较低,所以目前有关Fe基非晶软磁材料的研究较为热门。虽然传统的Fe-S1-B其最大饱和磁感应强度能达到1.6T左右,但是其非晶形成能力较低。目前有关于铁基非晶软磁材料的研究主要通过调整组元结构和组元成分(改变现有组元成分,降低某些组元比例而升高另一些组元比例,或者加入新的组元)来改变其综合性能。但就已取得效果来看均不理想,在提高最大饱和磁感应强度时其非晶形成能力有所下降,或在提高非晶形成能力时其最大饱和磁感应强度又有所下降,不能二者兼顾。所以如何解决非晶形成能力和最大饱和磁感应强度这一对矛盾是现在亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种兼具大的非晶形成能力和高饱和磁感应强度的铁基非晶软磁材料,该非晶软磁合金材料同时兼具大的非晶形成能力和优异的软磁性能。本专利技术的另一目的是提供该铁基非晶软磁材料的制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现:一种铁基非晶软磁材料,所述材料包括Fe、S1、B、Y四种元素,其分子式为FeaYbSieBd,其中a、b、C、d分别为对应的组元的原子百分比含量,a+b+c+d=100,且72彡a彡78,I彡b彡5,8彡c彡10,11彡d彡14。较佳地,所述材料具体为Fe77Y1Si9B13或Fe76Y2Si9B1315一种铁基非晶软磁材料的制备方法,包括以下步骤:步骤一:按照上述铁基非晶软磁材料的成分及原子百分比含量进行配料并称料待用;步骤二:利用真空感应炉或真空电弧炉,在高纯惰性气体保护下熔炼制备Fe-B中间合金和/或Fe-Si中间合金;步骤三:在惰性气体保护下采用真空感应炉或真空电弧炉将Fe-B中间合金和/或Fe-Si中间合金与其余纯原料按配比熔炼使成分均匀,制得母合金锭;步骤四:将熔配好的母合金锭,利用单辊甩带机制备出不同厚度的条带试样,或在真空电弧炉中利用铜模吸铸或者吹铸制成其他形状的试样,即得到铁基非晶软磁材料。较佳地,所述惰性气体为氩气,纯度大于99.99%、气压为0.2 1.2个标准大气压。较佳地,所述步骤二中,所述Fe-B中间合金B为(7 ll)wt.%,所述Fe-Si中间合金 Si 为(15 25) wt.%。较佳地,所述步骤四中,所述单辊甩带机中铜辊辊面线速度为(20 仙)!!!.^,熔化温度为(1250 1350) 0C ο较佳地,上述铁基非晶软磁材料的制备方法,具体包括以下步骤:步骤一:按照上述铁基非晶软磁材料的成分及原子百分比含量进行配料并称料待用;其中原料Fe、B、S1、Y的纯度均为99.9wt.%以上;步骤二:首先将高纯Fe、高纯B和高纯Si按Fe-B和/或Fe-Si配制中间合金,所述Fe-B中间合金B为(7 11) wt.%,所述Fe-Si中间合金Si为(15 25)wt.%;将真空感应炉或真空电`弧炉的真空室抽真空至5X10_3Pa以下,充入高纯氩气(纯度大于99.99%)清洗两次,然后在高纯氩气保护下熔炼中间合金,为保证成分的均匀性,反复熔炼3 5次;步骤三:将步骤二中熔炼得到的中间合金锭表面处理干净,再经超声波清洗后破碎成小块,按配比与其余纯原料混在一起,分别用以下两种不同方式制备母合金锭:方式一:将配好的混合料放入真空电弧炉的铜坩埚中,真空电弧炉工作腔抽真空至(2X 10_3 3 X 10_3) Pa,然后充入一定量氩气并利用金属Ti耗氧,反复熔炼3 5次保证成分的均匀性,每次熔炼时间为I 3min,得到母合金锭;方式二:在真空感应炉中充入一定量的氩气,将配好的混合料在感应炉中反复熔炼3 5次,得到母合金锭;步骤四:将步骤三中熔炼好的母合金锭经打磨、清洗、破碎成小块,利用真空单辊甩带机制备出不同厚度的条带试样,其中铜辊辊面线速度为(20 40)m.s—1,熔化温度为(1250 1350) °C ;或在真空电弧炉中利用铜模吸铸或吹铸制成块体试样,即得到铁基非晶软磁材料。较佳地,所述步骤二中熔炼中间合金,所述Fe-B中间合金的熔点温度范围是(1300 1500)中间合金的熔点温度范围是(1200 1400)。。。与现有技术相比,本专利技术具有以下有益效果:与传统Fe-S1-B三元体系的非晶合金相比,本专利技术是在Fe-S1-B的基础上通过加入稀土元素Y来制得。其优点在于=FeaYbSicEd体系的非晶合金具有较大的非晶形成能力、优良的饱和磁感应强度、低矫顽力以及高起始磁导率,其最大过冷液相区宽度可达65K,最大饱和磁感应强度可达1.67T,是新型配电变压器铁芯和其它电子电力器件的理想材料。附图说明图1为本专利技术实施例1楔形试样的金相照片;图2为本专利技术实施例2楔形试样的金相照片;图3为本专利技术实施例1和实施例2楔形试样尖端非晶部位XRD图谱分析结果图;图4为本专利技术实施例1非晶薄带的B-H曲线分析结果图;图5为本专利技术实施例2非晶薄带的B-H曲线分析结果图;图6为本专利技术实施例1和实施例2非晶薄带的DSC曲线分析结果图。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术实施例中所采用的原料Fe、Y、S1、B,纯度均大于99.9wt.%。实施例1铁基非晶软磁材料Fe77Y1Si9B13的制备方法,具体包括以下步骤:步骤一:按照上述铁基非晶软磁材料的成分即原子百分比含量进行配料并称料待用;步骤二:首先将高纯Fe、高纯B、高纯Si按Fe91.18_B8.82 (91.18,8.82为质量百分比)和/或Fe7a91-Si20.09 ( 79.91、20.09为质量百分比)配制中间合金:将真空感应炉的真空室抽真空至5X10_3Pa以下,充入高纯氩气(纯度大于99.99%)清洗两次,然后在高纯氩气保护下熔炼中间合金(Fe-B中间合金的熔点温度范围是(1300 1500) °C,Fe-Si中间合金的熔点温度范围是(1200 1400) °C),为保证成分的均匀性加热至熔点以上200°C左右保温(5 6)min ;然后将温度降至熔点以下某一温度(本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铁基非晶软磁材料,其特征在于,所述材料为FeaYbSicBd,其中a、b、c、d分别为对应的组元的原子百分比含量,a+b+c+d=100,且72≤a≤78,1≤b≤5,8≤c≤10,11≤d≤14。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员:李金富,王皇,张雅楠,
申请(专利权)人:上海交通大学,
类型:发明
国别省市:
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