CN103060723B - 非晶纳米晶软磁合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型非晶纳米晶软磁合金及其制备方法，其化学成分用原子%表示为：Fe：39~44；Co：39~44；Al：0~4；Mo：0.6~1.5；Zr：5.5~7.4；B：3.6~5.5；Cu：0.5~1.4。本发明非晶纳米晶软磁合金与传统的铁基非晶、纳米晶软磁合金等相比，用廉价的Al取代了贵金属Nb，同时用廉价的Zr取代部分贵重的B；尤其对化学成分的调整和甩带工艺的优化，制得淬态的非晶纳米晶薄带，省去了繁琐的退火工艺，大大降低了非晶纳米晶软磁材料的成本。本发明工艺简单、成本低廉、易于实现工业化，所制得的产品具有高的饱和磁感应强度，可用于配电变压器、电机磁芯、大功率开关电源等国防和民用产品中。

Description

非晶纳米晶软磁合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种非晶及纳米晶合金，特别涉及一种新型非晶纳米晶软磁合金及其制备方法。

背景技术

铁基非晶及纳米晶合金由于具有优异的软磁性能、耐腐蚀性能等而广泛应用于微电子、机械、电力工程等领域。例如，传统的Finemet非晶纳米晶合金具有优异的软磁性能，已经部分取代了硅钢片作为电力变压器的铁芯材料，但由于其原料成本和制备工艺成本较高而大大限制了其应用。

就应用角度而言，非晶合金薄带相对于大块非晶合金，制备工艺更加简单，能大批量生产，因此具有优异综合磁性能的非晶薄带将随着应用领域的拓宽而变的尤为重要。非晶纳米晶合金是一种在非晶基底上均匀分布一些细小纳米颗粒（5~30nm）的复相结构，其中纳米颗粒的存在对其综合磁性能具有优化作用。D.Prabhu等（MaterialsScience and Engineering B,Vol 177,2012，P791.）在研究铝掺杂对铁基非晶合金的微观结构的影响时发现，铝的加入能够促使该非晶中铜原子产生团簇，提供了大量的晶核核心，从而能够促使纳米颗粒的形成，但其研究成果并未涉及结构和磁性能间的关系。这些纳米颗粒的产生必将引起其应用性能的改变。

目前市场上用的大部分具有良好磁性能的非晶薄带，都是通过对薄带进行非晶晶化退火得到非晶纳米晶合金来提高其磁性能，但这种方法的成本很高。

发明内容

本发明的目的是利用单辊快淬技术对铁基非晶合金中添加铝和锆等较廉价的化学元素，制得淬态的非晶纳米晶薄带，省去了繁琐的退火工艺，大大降低了生产成本，所制得的产品具有高的饱和磁感应强度、良好的稳定性及较低的损耗等特点。

本发明的一种非晶纳米晶软磁合金及其制备方法，其特征在于，包括：

非晶纳米晶软磁合金，由Fe、Co、Al、Mo、Zr、B、Cu按一定比例混合后，通过一定制备方法在未经退火的条件得到。

进一步，本发明的的非晶纳米晶软磁合金及其制备方法，其特征还在于：

其中，一定比例为，Fe：Co：Al：Mo：Zr：B：Cu=39~44：39~44:0~44:0.6~1.5:5.5~7.4:3.6~5.5:0.5~1.4。

进一步，本发明的的非晶纳米晶软磁合金及其制备方法，其特征还在于：

其中，非晶纳米晶软磁合金，厚度为25~35μm，宽度为5~10mm，尺寸范围是5~30nm，最佳尺寸范围为5~15nm。

进一步，本发明的的非晶纳米晶软磁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将Fe、Co、Al、Mo、Zr、B、Cu按比例混合，得到混合物；

（2）将混合物放入电弧熔炼炉中，在真空度5x10^-3pa，反复熔炼3~5次，每次磁力搅拌1~3min，得到母合金；

（3）将所属母合金放入高真空单辊旋淬炉中，旋淬出晶纳米晶软磁合金。

进一步，本发明的的非晶纳米晶软磁合金的制备方法，其特征还在于：

其中，高真空单辊旋淬炉的喷嘴到铜辊之间距离为0.5~1.5mm，铜辊的线速度为20~50m/s，喷嘴的喷注压强为0.5~1.0Mpa；

单辊旋淬炉真空度优于7×10^-4Pa。

发明作用与效果

本发明、提供一种新型非晶纳米晶软磁合金及其制备方法。利用单辊旋淬的方法制备出了一种新型非晶纳米晶软磁合金。表面质量良好无空隙，弯曲韧性优异；非常有助于在实际中的应用；具有高饱和磁化强度，和低矫顽力；软磁性能优异；非晶纳米晶结构是从淬态直接得到，无需经过退火，从而省去复杂繁琐的退火工艺，为制备这种软磁材料大大节约了成本和时间，提高生产效率和材料的性价比。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的XRD衍射图谱；

图3为本发明的M-H图谱。

具体实施方式

以下结合图1~图3对本发明进行详细的说明，但本实施例并不限定本发明的内容。

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的XRD衍射图谱；

图3为本发明的M-H图谱。

本发明的一种非晶纳米晶软磁合金及其制备方法，其结构特征为在非晶基底上存在一些纳米晶颗粒，从而得到优异的软磁性能。通过控制高真空单辊旋淬工艺参数及调节化学成分，在未经过退火的条件下直接得到具优异软磁性能的非晶纳米晶软磁合金。

本发明是通过以下技术方案实现的，其实施步骤如下：

（1）化学成分用原子%表示为：Fe：39~44；Co：39~44；Al：0~4；Mo：0.6~1.5；Zr：5.5~7.4；B：3.6~5.5；Cu：0.5~1.4。

（2）在电弧熔炼炉中熔炼，炉内的真空度达到5×10^-3pa。反复熔炼3~5次，每次用磁力搅拌1~3min。

（3）将熔炼好的母合金，放入高真空单辊旋淬炉中，旋淬出非晶纳米晶软磁合金。喷嘴到铜辊之间距离为0.5~1.5mm，铜辊的线速度为20~50m/s，喷注压强为0.5~1.0Mpa。

发明人根据以上步骤做了如下实验：

实验1：按化学成分Fe₃₉Co₄₅Al₄Mo₁Zr₆B₄Cu₁配比称取金属原料，放入电弧熔炼炉中，熔炼3次。将母合金破碎后，放入单辊旋淬炉中旋淬，喷嘴到铜辊之间距离为0.5mm，铜辊的线速度为30m/s，喷注压强为0.5Mpa，得到非晶纳米晶合金，其厚度为25μm，宽度为5mm，纳米晶晶粒尺寸范围是5~30nm。XRD谱图表明，未经退火即淬态下有晶化峰出现，PDF卡片检索为α-Fe(Co)相，通过Scherrer公式计算出晶粒尺寸为5~15nm左右，见图2。对该合金进行饱和磁化强度测试分析。M-H谱图表明，其具有大的饱和磁化强度，见图3。另外矫顽力测试结果为1.951Oe，说明具有较低的损耗。

实验2：按化学成分Fe₄₄Co₄₂Al₂Mo₁Zr₅B₅Cu₁配比称取金属原料，放入电弧熔炼炉中，熔炼5次。将母合金破碎后，放入单辊旋淬炉中旋淬，喷嘴到铜辊之间距离为1.5mm，铜辊的线速度为50m/s，喷注压强为1.0Mpa，得到非晶纳米晶合金，其厚度为35μm，宽度为10mm，纳米晶晶粒尺寸范围是5~30nm。该合金的矫顽力Hc为5.353Oe，说明此条件下损耗较上述成分略有提高。

实验3：按化学成分Fe₄₀Co₄₂Al₂Mo₁Zr₆B₄Cu₁配比称取金属原料，放入电弧熔炼炉中，熔炼4次。将母合金破碎后，放入单辊旋淬炉中旋淬，喷嘴到铜辊之间距离为1.0mm，铜辊的线速度为40m/s，喷注压强为0.8Mpa，得到非晶纳米晶合金，其厚度为30μm，宽度为6mm，纳米晶晶粒尺寸范围是5~30nm。该合金的损矫顽力Hc为3.445Oe，说明此成分损耗介于上述两成分之间。

实施例作用于效果

综上所述，本实施例中的非晶纳米晶软磁合金及其制备方法，通过使用廉价的Al取代了贵金属Nb，同时用廉价的Zr取代部分贵重的B；尤其对化学成分的调整和甩带工艺的优化，制得淬态的非晶纳米晶薄带，省去了繁琐的退火工艺，大大降低了非晶纳米晶软磁材料的成本。本发明方法的特点是工艺简单、成本低廉、易于实现工业化，所制得的产品具有高的饱和磁感应强度，可用于配电变压器、电机磁芯、大功率开关电源等国防和民用产品中。

Claims (5)

1.一种非晶纳米晶软磁合金，其特征在于，包括：

非晶纳米晶软磁合金，由Fe、Co、Al、Mo、Zr、B、Cu按一定比例混合后，通过一定制备方法在未经退火的条件得到，

其中，各组分的原子百分含量为：Fe：39％～44％，Co：39％～44％，Al：2～4％，Mo：0.6％～1.5％，Zr：5.5％～7.4％，B：3.6％～5.5％，Cu：0.5％～1.4％。

2.根据权利要求1所述的非晶纳米晶软磁合金，其特征还在于：

其中，所述非晶纳米晶软磁合金，厚度为25～35μm，宽度为5～10mm，纳米晶粒的尺寸范围是5～30nm。

3.根据权利要求1所述的非晶纳米晶软磁合金，其特征在于：

其中，所述纳米晶粒的尺寸范围是5～15nm。

4.一种如权利要求1所述的非晶纳米晶软磁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将Fe、Co、Al、Mo、Zr、B、Cu按所述原子百分含量混合，得到混合物；

(2)将所述混合物放入电弧熔炼炉中，在真空度5x10^-3Pa，反复熔炼3～5次，每次磁力搅拌1～3min，得到母合金；

(3)将所述母合金放入高真空单辊旋淬炉中，旋淬出所述非晶纳米晶软磁合金，

其中，所述高真空单辊旋淬炉的喷嘴到铜辊之间距离为0.5～1.5mm，所述铜辊的线速度为20～50m/s，所述喷嘴的喷注压强为0.5～1.0MPa。

5.根据权利要求4所述的非晶纳米晶软磁合金的制备方法，其特征还在于：

其中，所述单辊旋淬炉真空度优于7×10^-4Pa。