CN103691932B - 一种低损耗纳米晶非晶合金粉体材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低损耗纳米晶非晶合金粉体材料及其制备方法，该合金材料的成分重量百分含量为：Pr0.06～0.15%，Sr0.1～0.3%，Co2～6%，Ba0.01～0.05%，Pb2～4%，Ru？3～6%，Si1～3%，Sb0.3～0.7%，Sn0.4～0.9%，其余为Fe；其制备方法为：先按重量比配料；然后将原料放入真空感应炉中熔炼，得到母合金；再将母合金放入装有感应加热圈的圆柱陶瓷坩埚，圆柱陶瓷坩埚中的液体喷出形成粉末；最后将粉末放入真空炉中，在500～520℃保温1～2小时，即得。该合金材料组元的含量容易控制，材料损耗低，制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种低损耗纳米晶非晶合金粉体材料及制备方法。
背景技术
公告号为CN1036667C、名称为《铁基部分晶化合金及制造方法》的专利文献公开了一种铁基部分晶化合金，该合金的化学成分（原子%）为Fe81-xNiXSi3.5B13.5C2，其中X为1～10。该合金的制造方法是先冶炼母合金，再喷制非晶薄带，然后进行部分晶化处理，处理温度为400～460℃，处理时间为0.1～2小时。该合金材料中B含量过高，导致材料脆性增加，另外损耗饱偏高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种低损耗纳米晶非晶合金粉体材料及其制备方法，该合金材料组元的含量容易控制，材料损耗低，制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。
一种低损耗纳米晶非晶合金粉体材料，该合金材料的成分重量百分含量为：Pr0.06～0.15%，Sr0.1～0.3%，Co2～6%，Ba0.01～0.05%，Pb2～4%，Ru3～6%，Si1～3%，Sb0.3～0.7%，Sn0.4～0.9%，其余为Fe。
上述低损耗纳米晶非晶合金粉体材料，纳米晶相对非晶的体积比为1:0.8～1:1.2。
上述低损耗纳米晶非晶合金粉体材料的制备方法，包括以下步骤：首先按重量比配料；然后将原料放入真空感应炉中熔炼，得到母合金，熔炼温度为1560～1570℃；再将母合金放入装有感应加热圈的圆柱陶瓷坩埚，感应加热圈的频率为50～100kHz，圆柱坩埚上部通1MPa的氮气瓶，圆柱陶瓷坩埚中的液体喷出形成10～50微米的粉末；最后将粉末放入真空炉中，在500～520℃保温1～2小时，即得。
本发明的合金材料采用Pr元素，提高了非晶形成能力和热稳定性。Pb含量的增加，使非晶形成能力增加，提高非晶相的稳定性。Pb、Si和Sn是主要非晶形成元素，含量多会增加材料脆性，饱和磁化强度降低。Ru和Sb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、有效降低Si的使用量。Co具有较好的软磁性能，磁导率和电阻率高。Co和Ba、Pb联合作用显著降低材料的损耗。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，表现出高饱和磁感应强度、低矫顽力、高磁导率以及低高频损耗等优异性能，综合软磁性能显著提高。
制备方法中圆柱陶瓷坩埚外的感应圈可以保证合金液体的温度稳定和成分均匀化。采用氮气浇注控制和合金化结合，可以有效保证化学成分的准确性，既保证了合金的磁性能，也保证了合金的内外在质量。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：第一，合金材料具有优异软磁性能和非晶形成能力；第二，合金经过快速冷却，保证了合金成分、组织和性能的均匀性；第三，合金材料具有优异的磁特性、温度稳定性和耐大气腐蚀性能；第四，合金材料制备工艺简便，过程简单，便于工业化生产。
附图说明
图1为本发明的合金材料的扫描金相组织图。
具体实施方式
实施例1
一种低损耗纳米晶非晶合金粉体材料，该合金材料的成分重量百分含量为：Pr0.06%，Sr0.1%，Co2%，Ba0.01%，Pb2%，Ru3%，Si1%，Sb0.3%，Sn0.4%，其余为Fe。
首先按重量比配料，原料Pr、Sr、Co、Ba、Pb、Ru、Si、Sb、Sn、Fe纯度均大于99.9％；然后将原料放入真空感应炉中熔炼，得到母合金，熔炼温度为1560～1570℃；再将母合金放入装有感应加热圈的圆柱陶瓷坩埚，感应加热圈的频率为50～100kHz，圆柱坩埚上部通1MPa的氮气瓶，圆柱陶瓷坩埚中的液体喷出形成10～50微米的粉末；最后将粉末放入真空炉中，在500～520℃保温1～2小时，即得。
实施例2
一种低损耗纳米晶非晶合金粉体材料，该合金材料的成分重量百分含量为：Pr0.15%，Sr0.3%，Co6%，Ba0.05%，Pb4%，Ru6%，Si3%，Sb0.7%，Sn0.9%，其余为Fe。
首先按重量比配料，原料Pr、Sr、Co、Ba、Pb、Ru、Si、Sb、Sn、Fe纯度均大于99.9％；然后将原料放入真空感应炉中熔炼，得到母合金，熔炼温度为1560～1570℃；再将母合金放入装有感应加热圈的圆柱陶瓷坩埚，感应加热圈的频率为50～100kHz，圆柱坩埚上部通1MPa的氮气瓶，圆柱陶瓷坩埚中的液体喷出形成10～50微米的粉末；最后将粉末放入真空炉中，在500～520℃保温1～2小时，即得。
实施例3
一种低损耗纳米晶非晶合金粉体材料，该合金材料的成分重量百分含量为：Pr0.09%，Sr0.2%，Co4%，Ba0.03%，Pb3%，Ru5%，Si1.5%，Sb0.6%，Sn0.7%，其余为Fe。
首先按重量比配料，原料Pr、Sr、Co、Ba、Pb、Ru、Si、Sb、Sn、Fe纯度均大于99.9％；然后将原料放入真空感应炉中熔炼，得到母合金，熔炼温度为1560～1570℃；再将母合金放入装有感应加热圈的圆柱陶瓷坩埚，感应加热圈的频率为50～100kHz，圆柱坩埚上部通1MPa的氮气瓶，圆柱陶瓷坩埚中的液体喷出形成10～50微米的粉末；最后将粉末放入真空炉中，在500～520℃保温1～2小时，即得。
实施例4
一种低损耗纳米晶非晶合金粉体材料，该合金材料的成分重量百分含量为：Pr0.05%，Sr0.06%，Co1%，Ba0.005%，Pb1%，Ru2%，Si0.5%，Sb0.2%，Sn0.2%，其余为Fe。
首先按重量比配料，原料Pr、Sr、Co、Ba、Pb、Ru、Si、Sb、Sn、Fe纯度均大于99.9％；然后将原料放入真空感应炉中熔炼，得到母合金，熔炼温度为1560～1570℃；再将母合金放入装有感应加热圈的圆柱陶瓷坩埚，感应加热圈的频率为50～100kHz，圆柱坩埚上部通1MPa的氮气瓶，圆柱陶瓷坩埚中的液体喷出形成10～50微米的粉末；最后将粉末放入真空炉中，在500～520℃保温1～2小时，即得。
本实施例的成分配比不在本发明设计范围内。
实施例5
一种低损耗纳米晶非晶合金粉体材料，该合金材料的成分重量百分含量为：Pr0.2%，Sr0.4%，Co7%，Ba0.08%，Pb5%，Ru7%，Si4%，Sb0.8%，Sn1%，其余为Fe。
首先按重量比配料，原料Pr、Sr、Co、Ba、Pb、Ru、Si、Sb、Sn、Fe纯度均大于99.9％；然后将原料放入真空感应炉中熔炼，得到母合金，熔炼温度为1560～1570℃；再将母合金放入装有感应加热圈的圆柱陶瓷坩埚，感应加热圈的频率为50～100kHz，圆柱坩埚上部通1MPa的氮气瓶，圆柱陶瓷坩埚中的液体喷出形成10～50微米的粉末；最后将粉末放入真空炉中，在500～520℃保温1～2小时，即得。
本实施例的成分配比不在本发明设计范围内。
将实施例1～5的合金材料与公告号为CN1036667C、名称为《铁基部分晶化合金及制造方法》所得合金材料进行性能对比，结果如下：
| 损耗（W/kg）P0.007 | |
| 实施例1 | 0.25 |
| 实施例2 | 0.22 |
| 实施例3 | 0.22 |
| 实施例4 | 0.29 |
| 实施例5 | 0.29 |
| 公开号为CN1036667C的合金材料 | 0.299～1.05W/kg |
按实施例1～3合金材料的配方不加入Co和Ba、Pb三种元素，与实施例1～3合金材料进行矫顽力比较，结果如下：
从上述结果看出，添加Pr、Sr、Co、Ba、Pb、Ru、Si、Sb、Sn元素有助于合金软磁性能的提高。实施例5的结果说明，合金材料的成分不在本发明的范围内，合金材料的软磁性能会降低。原因是合金元素会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 (3)
1.一种低损耗纳米晶非晶合金粉体材料，其特征在于，该合金材料的成分重量百分含量为：Pr0.06～0.15％，Sr0.1～0.3％，Co2～6％，Ba0.01～0.05％，Pb2～4％，Ru3～6％，Si1～3％，Sb0.3～0.7％，Sn0.4～0.9％，其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的低损耗纳米晶非晶合金粉体材料，其特征在于：纳米晶相对非晶的体积比为1:0.8～1:1.2。
3.权利要求1所述的低损耗纳米晶非晶合金粉体材料的制备方法，包括以下步骤：首先按重量比配料，再将原料放入真空感应炉中熔炼，得到母合金，熔炼温度为1560～1570℃，其特征在于：将所得母合金放入装有感应加热圈的圆柱陶瓷坩埚，感应加热圈的频率为50～100kHz，圆柱坩埚上部通氮气，氮气压力为1MPa，圆柱陶瓷坩埚中的液体喷出形成10～50微米的粉末，然后将粉末放入真空炉中，在500～520℃保温1～2小时，即得。
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