CN101853726A - 一种软磁材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种软磁材料及制备方法，组成是：Fe 76-84份，Si 2-15份，B 6-13份，Cu 0.5-2.5份，且以原子数比。以上述组成进行配比，在真空或氩气氛电弧炉中熔炼3-5次，使其组成均匀化，熔炼炉的真空度优于3×10-3Pa；熔炼好的铸锭清洁表面后进行破碎；最后一次熔炼好的铸锭置于真空快淬炉中快淬成非晶条带，快淬炉真空度优于3×10-3Pa，线速度大于40m/s，制备成的非晶条带置于真空炉中退火，时间0.5-2小时，温度300-650℃，使非晶材料部分转变为纳米晶材料。本发明降低了铁基纳米非晶与微晶软磁材料的成本和价格，提高了这类软磁材料的性价比。
Description
一、技术领域
本发明涉及软磁材料的组成及制备方法，尤其是含铜但不含Zr，Nb等贵金属的纳米非晶与微晶软磁材料及制备方法。
二、背景技术
1970年铁基非晶软磁材料的问世开创了软磁合金应用的新时代，其组成为80％Fe及20％Si，B类金属元素，它具有高饱和磁感应强度(1.54T)，其功率损耗为硅钢片的30％，主要应用于频率低于10kHz的配电变压器，大功率开关电源等。1988年日本Y.Yoshizawa等人在J.Appl.Phys，64(1988)6044刊物上报道了组成为Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9的纳米微晶软磁材料具有优良的软磁特性，并命名为“Finemet”。它具有高饱和磁化强度与高磁导率，因此很快就成为新型的软磁材料产品。其后，其他牌号的纳米微晶软磁材料也相继问世，其中常见于文献的有1990年报道的组成为Fe90Zr7B3的“NANOPERM”和组成为(FeCo)88M7B4Cu1，M＝Zr，Nb，Hf，Ta的“HITPERM”。虽然这些纳米微晶软磁材料同时具备高饱和磁感应强度和高磁导率，但由于其含有Zr，Nb，Hf，Ta等价格昂贵的金属元素，其成本和价格远高于软磁铁氧体材料，因而其产量也远低于软磁铁氧体材料。性价比优于软磁铁氧体材料的纳米微晶软磁材料将为其应用带来广阔的前景。
三、发明内容
本发明的目的是：提出一种含铜但不含Zr(锆)，Nb(铌)等价格昂贵元素的铁基纳米非晶与微晶软磁材料及制备方法。该材料通过配方控制铜的含量，经过退火处理在非晶态的基础上部分形成尺寸小于20纳米的纳米微晶，降低有效磁晶各向异性常数和矫顽力；通过配方控制纳米晶中Si的含量，降低磁致伸缩系数和矫顽力，从而达到降低磁致损耗和提高磁导率的目的；在材料的配方中保持高的铁含量，使它同时具有高饱和磁感应强度。综上所述，该材料的综合性能优于铁基非晶软磁材料，材料成本明显低于“Finemet”等纳米微晶软磁材料，提高了性价比，拓宽了这类高性能材料的应用领域。
本发明的技术方案是：纳米非晶与微晶软磁材料，含铜但不含M＝(Nb，Zr)等价格昂贵的元素的铁基纳米非晶与微晶软磁材料，其特征是材料的组成是：Fe 76-84份，Si 2-15份，B 6-13份，Cu 0.5-2.5份，(原子数比，下同)。
软磁材料的更优的组成是：Fe 77.5-82.5份，Si 2-10份，B 8-10份，Cu 0.5-1.5份。
本发明的含铜但不含M＝(Nb，Zr)等价格昂贵的元素的铁基纳米非晶与微晶软磁材料的制备方法是：纯度大于99.5％的纯铁，硅，硼，铜等金属、类金属元素按Fe 76-84份，Si 2-15份，B 6-13份，Cu 0.5-2.5份，(原子数比)组成进行配比，在真空或氩气氛电弧炉中熔炼3-5次，使其组成均匀化，熔炼炉的真空度优于3×10-3Pa。熔炼好的铸锭清洁表面后进行破碎；最后一次熔炼好的铸锭置于真空快淬炉中快淬成非晶条带，快淬炉真空度优于3×10-3Pa，线速度大于40m/s，制备成的非晶条带置于真空炉中退火，时间0.5-2小时，温度300-650℃，使非晶材料部分转变为纳米晶材料。
本发明的有益效果是：一种含铜但不含Zr(锆)，Nb(铌)等价格昂贵元素的铁基纳米非晶与微晶软磁材料及制备方法，降低了铁基纳米非晶与微晶软磁材料的成本和价格，提高了这类软磁材料的性价比，拓宽了这类高性能材料的应用领域。
四、附图说明
图1是本发明一个实施例的材料的退火温度与性能之间关系的曲线
五、具体实施方式
本发明材料与现有技术的材料的性能对比：
软磁材料的一个配方是：Fe 82份，Si 2.5份，B 14份，Cu 1.5份
本发明与传统的铁基纳米非晶与微晶软磁材料的性能对比
| Bs(T) | Hc(A/m) | ρ(μΩm) | λs(10-6) | |
| 本发明 | 1.75 | 6.5 | 0.95 | +12 |
| Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9 | 1.24 | 0.5 | 1.2 | +2.1 |
| Fe73.5Cu1Nb3Si15.5B7 | 1.23 | 0.4 | 1.2 | ～0 |
| Fe86Cu1Zr7B6 | 1.52 | 3.2 | 0.56 | +1.0 |
| 6.5mass％Si-Fe | 1.8 | 45 | 0.82 | +0.1 |
| Amorphous Fe78Si9B13 | 1.56 | 2.6 | 1.3 | +27 |
样品的制备如下：采用纯度大于99.5％的金属、类金属作原材料，按分子式及各元素原子量进行称重配方，在氩气中熔炼成合金，熔炼的温度高于组成的熔点，然后合金块在充氩气的快淬炉中快淬成非晶薄带，将非晶薄带绕成圆环状，置于真空炉中退火。温度300-650℃，时间0.5-2小时，使非晶材料部分转变为纳米晶材料，对不同配比的试样进行磁性测量，部分结果如下表所示。
| Fe(份) | Si(份) | B(份) | Cu(份) | Bs(T) | Hc(A/m) | |
| 82.5 | 2.5 | 14 | 1.0 | 1.75 | 6.0 | |
| 80.5 | 4 | 14 | 1.5 | 1.68 | 3.8 | |
| 80.5 | 6 | 12 | 1.5 | 1.65 | 3.4 |
| Fe(份) | Si(份) | B(份) | Cu(份) | Bs(T) | Hc(A/m) | |
| 80.5 | 8 | 10 | 1.5 | 1.60 | 3.3 | |
| 80.5 | 10 | 8 | 1.5 | 1.59 | 3.1 | |
| 78.5 | 10 | 10 | 1.5 | 1.57 | 2.8 | |
| 78.5 | 8 | 12 | 1.5 | 1.59 | 3.9 | |
| 81 | 7 | 11 | 1.0 | 1.59 | 4.8 | |
| 79 | 7 | 13 | 1.0 | 1.55 | 3.6 | |
| 77.5 | 9 | 13 | 0.5 | 1.52 | 3.2 | |
| 79.5 | 10 | 10 | 0.5 | 1.55 | 4.5 | |
| 81.5 | 8 | 10 | 0.5 | 1.63 | 5.5 |
具体配方和方法例：
1.纯度大于99.5％的纯铁，硅，硼，铜等金属、类金属按Fe 76-84份，Si 2-15份，B 6-13份，Cu 0.5-2.5份的(原子数比)组成进行配比，在真空或氩气氛电弧炉中熔炼3-5次，使其组成均匀化，熔炼炉的真空度优于3×10-3Pa。
2.熔炼好的铸锭清洁表面后进行破碎，置于真空快淬炉中快淬成非晶条带，快淬炉真空度优于3×10-3Pa，线速度大于40m/s。
3.制备成的非晶条带置于真空炉中退火，时间0.5-2小时，温度300-650℃，使非晶材料转变为纳米材料。
4.对不同配比的试样进行磁性测量，分析不同配比对磁性的影响，按不同的应用要求确定合理的配方及退火温度等其他工艺条件。
Claims (4)
1.一种纳米非晶与微晶软磁材料，其特征是材料的组成是：Fe 76-84份，Si 2-15份，B 6-13份，Cu 0.5-2.5份，且以原子数比。
2.根据权利要求1所述的纳米非晶与微晶软磁材料，其特征是软磁材料的组成是：Fe 77.5-82.5份，Si 2-10份，B 8-10份，Cu 0.5-1.5份。
3.根据权利要求1或2所述的纳米非晶与微晶软磁材料的制备方法，其特征是取纯度大于99.5％的纯铁，硅，硼，铜按Fe 76-84份，Si 2-15份，B 6-13份，Cu 0.5-2.5份原子数组成进行配比，在真空或氩气氛电弧炉中熔炼3-5次，使其组成均匀化，熔炼炉的真空度优于3×10-3Pa；熔炼好的铸锭清洁表面后进行破碎；最后一次熔炼好的铸锭置于真空快淬炉中快淬成非晶条带，快淬炉真空度优于3×10-3Pa，线速度大于40m/s，制备成的非晶条带置于真空炉中退火，时间0.5-2小时，温度300-650℃，使非晶材料部分转变为纳米晶材料。
4.根据权利要求1或2所述的纳米非晶与微晶软磁材料的制备方法，其特征是制备成的非晶条带置于真空炉中退火，时间1-2小时，温度300-450℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20101006 |