CN103614670B

CN103614670B - 一种低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103614670B
Application number: CN201310701167.6A
Authority: CN
Inventors: 张作州
Original assignee: JIANGSU NANFANG PERMANENT MAGNETIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIANGSU NANFANG PERMANENT MAGNETIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2033-12-19
Also published as: CN103614670A

Abstract

本发明提供一种低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料及其制备方法，该材料具有较低剩磁，成本很低；该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该材料各成分重量百分比含量为：Sm 0.01-0.05%，Eu 0.01-0.05%，Co 3-5%，Ba 0.5-1.5%，Pb 2-5%，Ru 0.1-0.9%，B 1-3%，Te 0.5-0.9%，其余Fe。

Description

一种低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料及其制备方法。

背景技术

CN200810247383.7号申请涉及一种快淬非晶合金薄带及其制备方法。该快淬非晶合金薄带的制备方法，包括配料、真空熔炼、二次熔化、喷带和收取，其化学成分按照原子百分为：70-85％Fe，0.001-4％ Nb或Nb、Mo、W、V、Ta中的至少一种，0.001-25％Si，0.001-15％B，0.001-2％Cu，0.005-0.08％Al和Ti中的至少一种；喷带步骤中喷嘴和冷却辊之间形成动态稳定、两端向外凸的弧形熔潭，熔潭温度为 1180-1300℃；喷嘴缝宽度D为0.1-0.4毫米，冷却辊和喷嘴间距为0.1-0.4 毫米；薄带的厚度为18-24μm，粗糙度Ra小于2μm。

上述方法制得的薄带，剩磁Br为0.2T，剩磁较高，同时在制备过程中使用到Nb或Ta，成本较高，不适于工业化生产。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料，其材料成本低，而且材料具有较低剩磁。

本发明的另一目的是提供一种低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料，其特征在于，该材料各成分重量百分比含量为：Sm 0.01-0.05%，Eu 0.01-0.05%，Co 3-5%，Ba 0.5-1.5%，Pb 2-5%，Ru 0.1-0.9%，B 1-3%，Te 0.5-0.9%，其余Fe。

一种低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料的制备方法，其步骤为：

（1）按照上述重量百分比分别取Sm、Eu、Co、Ba、Pb、Ru、B、Te和Fe进行配料，各原料的纯度均大于99.9％；

（2）将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1510-1540℃，静置5-10分钟得到母合金液体；

（3）再将所述母合金液体倒入装有感应加热线圈的中间包内，控制中间包温度在1400-1500℃；所述中间包本体下部设有喷嘴，喷嘴的下部设有转辊，喷嘴和转辊的间隙为0.2-0.6mm，打开喷嘴，母合金液体从喷嘴喷出，遇到旋转的转辊，被转辊轮缘拖拽形成薄带；

（4）再采用高能电子束对薄带进行扫描热处理；

（5）扫描热处理结束后，将薄带放入120-150℃的保温炉中保温1-2小时，最后得到低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金。

所述步骤（3）中感应加热线圈的频率为50-100kHz；所述喷嘴为长方孔，长方形孔的宽度为0.1-0.4mm，长度为10-50mm；转辊轮缘的旋转线速度为24～26m/s；薄带的厚度为18-24μm，宽度为10-50 mm。

所述步骤（4）中高能电子束的扫描频率为200Hz，扫描区域宽度为20 mm，扫描时间为2-4min，加速电压为110-120 U/kV，聚焦电流300-320 mA。

本发明相比现有技术具有如下有益效果：

本发明合金成份中的Sm和Eu元素原子的存在，都可使合金中铁原子扩散困难，从而使非晶不容易晶化，掺入Sm和Eu这两种元素可提高材料非晶形成能力和热稳定性。

合金中Te、Pb和B含量的增加，使材料中非晶形成能力增加，提高了非晶相的稳定性。Ru元素含量的增加，合金的非晶形成能力和强度增加，可以提高材料的强度和塑形。Co 元素的加入使材料具有较好的软磁性能，磁导率和电阻率高。Ba元素的主要作用是阻止铁晶粒长大，从而保证晶粒的纳米尺寸。合金中Co、Te、Sm和Eu元素的联合作用不仅显著提高材料磁导率，而且降低了合金的剩磁。

本发明制备方法采用浇注控制、合金化和高能电子束热处理相结合，可以有效保证化学成分的均匀分布，既保证了合金的磁性能，也保证了合金的内外在质量。薄带采用高能电子束进行扫描热处理，通过控制电压和电流可有效地控制晶区和非晶区的比例，保证了热处理的质量。由于纳米晶相与残余非晶相之间存在着交换耦合作用，晶粒尺寸小于畴壁厚度，从而能平衡部分磁晶各向异性，降低合金平均磁晶各向异性，材料表现出高饱和磁感应强度、低矫顽力、高磁导率、低剩磁以及低高频损耗等优异性能，材料综合软磁性能显著提高。

本发明材料具有低剩磁、优异的软磁性能和非晶纳米晶复合能力。在本发明的制备过程中，各组分含量易于控制，同时只需使用微量的稀有元素，生产成本较低；另外采用浇注控制、合金化和高能电子束热处理结合，可以有效保证化学成分的均匀分布；同时制备工艺简单，生产的合金具有良好的性能，非常便于工业化生产。本发明制备的低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料主要应用于变压器互感器。

附图说明

图1为本发明的非晶合金材料的组织图。

由图1可以看出，本发明低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料组织致密均匀。

具体实施方式

实施例一：

本发明低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）按照下述重量百分比分别取Sm 0.01%，Eu 0.01 %，Co 3%，Ba 0.5%， Pb 2%，Ru 0.1%，B 1%，Te 0.5%，其余为Fe进行配料；其中Sm、Eu、Co、Ba、Pb、Ru、B、Te和Fe的纯度均大于99.9％；

（2）将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1510℃，静置10分钟得到母合金液体；

（3）再将所述母合金液体倒入装有感应加热线圈的中间包内，控制中间包温度在1400℃；所述中间包本体下部设有喷嘴，喷嘴的下部设有转辊，喷嘴和转辊的间隙为0.2mm，打开喷嘴，母合金液体从喷嘴喷出，遇到旋转的转辊，被转辊轮缘拖拽形成薄带；感应加热线圈的频率为50kHz；所述喷嘴为长方孔，长方形孔的宽度为0.1mm，长度为10mm；转辊轮缘的旋转线速度为24m/s；薄带的厚度约为18μm，宽度约为10mm；

（4）再采用高能电子束对薄带进行扫描热处理；高能电子束的扫描频率为200Hz，扫描区域宽度为20 mm，扫描时间为2min，加速电压为110 U/kV，聚焦电流300mA；

（5）扫描热处理结束后，将薄带放入120℃的保温炉中保温1小时，最后得到低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料。

实施例二：

（1）按照下述重量百分比分别取Sm 0.05%，Eu 0.05%，Co 5%，Ba 1.5%， Pb 5%，Ru 0.9%，B 3%，Te 0.9%，其余为Fe进行配料；其中Sm、Eu、Co、Ba、Pb、Ru、B、Te和Fe的纯度均大于99.9％；

（2）将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1525℃，静置8分钟得到母合金液体；

（3）再将所述母合金液体倒入装有感应加热线圈的中间包内，控制中间包温度在1400-1500℃；所述中间包本体下部设有喷嘴，喷嘴的下部设有转辊，喷嘴和转辊的间隙为0.4mm，打开喷嘴，母合金液体从喷嘴喷出，遇到旋转的转辊，被转辊轮缘拖拽形成薄带；感应加热线圈的频率为70kHz；所述喷嘴为长方孔，长方形孔的宽度为0.3mm，长度为35mm；转辊轮缘的旋转线速度为25m/s；薄带的厚度约为21μm，宽度约为35mm；

（4）再采用高能电子束对薄带进行扫描热处理；高能电子束的扫描频率为200Hz，扫描区域宽度为20 mm，扫描时间为3min，加速电压为115U/kV，聚焦电流310mA；

（5）扫描热处理结束后，将薄带放入135℃的保温炉中保温1.5小时，最后得到低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料。

实施例三：

（1）按照下述重量百分比分别取Sm 0.03%，Eu 0.02 %，Co 4%，Ba 0.8%， Pb 4%，Ru 0.7%，B 2%，Te 0.7%，其余为Fe进行配料；其中Sm、Eu、Co、Ba、Pb、Ru、B、Te和Fe的纯度均大于99.9％；

（2）将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1540℃，静置5分钟得到母合金液体；

（3）再将所述母合金液体倒入装有感应加热线圈的中间包内，控制中间包温度在1500℃；所述中间包本体下部设有喷嘴，喷嘴的下部设有转辊，喷嘴和转辊的间隙为0.6mm，打开喷嘴，母合金液体从喷嘴喷出，遇到旋转的转辊，被转辊轮缘拖拽形成薄带；感应加热线圈的频率为100kHz；所述喷嘴为长方孔，长方形孔的宽度为0.4mm，长度为50mm；转辊轮缘的旋转线速度为26m/s；薄带的厚度约为24μm，宽度约为50mm；

（4）再采用高能电子束对薄带进行扫描热处理；高能电子束的扫描频率为200Hz，扫描区域宽度为20 mm，扫描时间为4min，加速电压为120 U/kV，聚焦电流320mA；

（5）扫描热处理结束后，将薄带放入150℃的保温炉中保温2小时，最后得到低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料。

实施例四：（成分配比不在本发明涉及比例范围内）

一种低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料中各成分重量百分含量：Sm 0.005%，Eu 0.005 %，Co 2%，Ba 0.3%，Pb 1%，Ru 0.05%，B 0.5%，Te 0.3%，其余为Fe进行配料；其制备过程同实施例一。

实施例五：（成分配比不在本发明涉及比例范围内）

一种低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料中各成分重量百分含量：Sm 0.06%，Eu 0.07%，Co 6%，Ba 2%，Pb 6%，Ru 1%，B 4%，Te 2%，其余为Fe进行配料；其制备过程同实施例一。

表一

由上表可以看出，本发明的合金材料中添加Sm、Eu、Co、Ba、Pb、Ru、B、Te元素有助于合金具有剩磁的降低。但是超出本案规定的范围，剩磁非但不降低，反而提高。原因是这些元素会和Fe相互反应形成非磁性化合物，降低了元素本身的有效作用。

Claims

1.一种低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料，其特征是：该材料中各成分的重量百分含量为：Sm 0.01-0.05％，Eu 0.01-0.05％，Co 3-5％，Ba 0.5-1.5％，Pb 2-5％，Ru 0.1-0.9％，B 1-3％，Te 0.5-0.9％，其余Fe。

2.权利要求1所述低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料的制备方法，其步骤为：

(1)按照上述重量百分比分别取Sm、Eu、Co、Ba、Pb、Ru、B、Te和Fe进行配料，各原料的纯度均大于99.9％；

(2)将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1510-1540℃，静置5-10分钟得到母合金液体；

(3)再将所述母合金液体倒入装有感应加热线圈的中间包内，控制中间包温度在1400-1500℃；所述中间包本体下部设有喷嘴，喷嘴的下部设有转辊，喷嘴和转辊的间隙为0.2-0.6mm，打开喷嘴，母合金液体从喷嘴喷出，遇到旋转的转辊，被转辊轮缘拖拽形成薄带；

(4)再采用高能电子束对薄带进行扫描热处理；

(5)扫描热处理结束后，将薄带放入120-150℃的保温炉中保温1-2小时，最后得到低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金。

3.根据权利要求2所述低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料的制备方法，其特征是：所述步骤(3)中感应加热线圈的频率为50-100kHz；所述喷嘴为长方形孔，长方形孔的宽度为0.1-0.4mm，长度为10-50mm；转辊轮缘的旋转线速度为24～26m/s；薄带的厚度为18-24μm，宽度为10-50mm。

4.根据权利要求2所述低剩磁快淬非晶纳米晶薄带合金材料的制备方法，其特征是：所述步骤(4)中高能电子束的扫描频率为200Hz，扫描区域宽度为20mm，扫描时间为2-4min，加速电压U为110-120kV，聚焦电流300-320mA。