CN103924169A

CN103924169A - 微量稀土钇改性的低成本高导磁铁基纳米晶合金

Info

Publication number: CN103924169A
Application number: CN201310016496.7A
Authority: CN
Inventors: 甘章华; 徐黎明; 刘静; 朱照峰; 陈雨峰
Original assignee: NEW MATERIALS TECHNOLOGY Co Ltd JIANGSU AMORPHD; Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: NEW MATERIALS TECHNOLOGY Co Ltd JIANGSU AMORPHD; Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2013-01-14
Filing date: 2013-01-14
Publication date: 2014-07-16

Abstract

本发明是属于铁基非晶/纳米晶合金材料的制备领域。本发明涉及一种低成本的铁基纳米晶合金，该合金的组成为(重量百分比)：Fe 81～86；Si7～9；B 1.8～2.2；Cu 0.8～1.5；P 0.1～1.3；M 4～6.5，M为Nb、Mo、V、Mn中的任意两种或三种；稀土元素钇含量为0.0003％-0.02％。本发明铁基纳米晶合金材料与现有技术相比较，具有成本低廉，钢液流动性好，制备工艺简单和产品综合性能好等特点。由于在本发明合金中含有微量稀土钇和少量磷元素，改善了钢水流动性，并且细化了退火后的晶粒，提高了磁导率；此外，用V、Mn或Mo代替部分Nb，降低了成本，并改善了所制备的非晶带材的韧性。

Description

微量稀土钇改性的低成本高导磁铁基纳米晶合金

技术领域

本发明涉及的是铁基非晶纳米晶合金材料的制备领域，具体为微量稀土钇改性高导磁铁基纳米晶合金。

背景技术

1988年日本日立金属的Yoshizawa等人发现了一种新型的铁基软磁合金“Finemet”，其典型成分为Fe_73.5Si_13.5B₉Cu₁Nb₃(Journal of Applied Physics，1988，64：6044-6046)，这种软磁合金具有高导磁、低铁损等特性，得到了广泛的应用。

上述铁基纳米晶合金的制备原理是通过快速凝固工艺首先制备出非晶合金带材，然后经过晶化退火后形成非晶与纳米晶混合结构，其中Cu偏聚预先析出，在Cu团簇周边α-FeSi再进行形核，因此Cu具有促进形核的作用；而Nb从α-FeSi晶粒中排出，在剩余非晶相中富集，并稳定剩余非晶相，从而具有抑制晶粒长大的作用。在现有铁基纳米晶合金中，Nb是不可缺少的元素，含量通常大于5％，然而Nb的价格昂贵，Nb元素占据了原材料总成本的70％以上，这导致铁基纳米晶合金的原材料成本非常高。

中国发明专利CN1621550A公开了一种Fe_76.5-x-y-zCu₁Nb_xV_ySi_zB₉(原子比)纳米晶合金，使用V代替了部分Nb。该类铁基纳米晶合金可以不经磁场处理而具有特殊的矩形比，但是，相对Fe_73.5Si_13.5B₉Cu₁Nb₃纳米晶合金而言，该类铁基纳米晶合金的导磁率下降，矫顽力上升。

2005年6月，北京安泰科技有限公司在中国发明专利CN1621552A中公开了一种“含有微量稀土元素的铁基纳米晶合金”，其特征主要在于稀土元素中的Ce的含量为0.001-0.5％，稀土元素还包括Nd、Sm、La、Tb中的任意一种或一种以上之和为0.001-0.5％，此外，其他特征还在于Mo、Nb元素的任意一种的含量为4-7％。从公开的实施例来看，Nb与Mo含量之和最低的为5％，且该类铁基纳米晶合金不含有稀土钇。

中国专利96120255.6还公开了一种含有1％Zr或Y的铁基纳米晶合金。该类铁基纳米晶合金虽然具有良好的韧性，但是，由于含有较多的Zr或Y等极易氧化的元素，所以这类铁基纳米晶合金只能是在真空保护的环境中进行喷吹和制带的处理，其工艺难度大和限制了工业化大规模的生产及发展，并且该类铁基纳米晶合金的原材料成本大大增加。

从目前国内公开的专利来看，具有高导磁的铁基非晶/纳米晶合金，基本上都具有高的Nb含量，Nb、Mo元素总和均大于5％，这导致母合金的原材料成本非常高。随着铁基纳米晶合金应用领域扩展，产业化规模越来越大，迫切需要降低原材料成本，并改善钢液流动性，易于在大气环境中制带。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有成分设计合理，铌含量较低，制备处理工艺简单和产品导磁率高并含有微量稀土钇的铁基纳米晶合金。

本发明的的另一个目的是提供一种微量稀土钇改性高导磁铁基纳米晶合金的制备方法。

为了实现本发明的目的，本发明的技术解决方案是，微量稀土钇改性高导磁铁基纳米晶合金，其具体化学成分重量比(％)为：Fe81-86；Si7-9；B1.8-2.2；Cu0.8-1.5；P0.2-1.3；Nb3-5；M4-6.5，稀土元素钇0.0003％-0.02％。

所述的M为Nb、Mo、V、Mn中的任意两种或三种。

所述的Nb、Mo元素的总含量低于5％。

微量稀土钇改性高导磁铁基纳米晶合金制备方法，首先在大气环境下熔炼制备母合金，可以采用中频、工频等电感应加热炉进行熔炼；其次，将母合金进行二次熔炼，熔炼过程中可以采用炼钢用造渣剂进行保护，以防止氧化并有助于捞渣；再次，在大气环境下，采用单辊甩带机制备成非晶合金薄带；最后，将由非晶合金薄带卷绕好的铁芯在真空退火炉中进行晶化退火。

本发明的有益之处在于，成分设计合理，铌含量较低，制备处理工艺简单和产品导磁率高，具有改善钢水的流动性，使非晶合金薄带的可喷制时间大大延长，明显提高非晶合金薄带的合格率，同时具有铁基纳米晶合金具有优异的导磁率。

具体实施方式

本发明提供的一种微量稀土钇改性的低成本高导磁铁基纳米晶合金，母合金化学成分为(重量百分比)：Fe81-86；Si7-9；B1.8-2.2；Cu0.8-1.5；P0.1-1.3；M4-6.5，M为Nb、Mo、V、Mn中的任意两种或三种；稀土元素钇含量为0.0003％-0.02％。首先在大气环境下熔炼制备母合金，可以采用中频、工频等电感应加热炉进行熔炼；其次将母合金进行二次熔炼，熔炼过程中可以采用炼钢用造渣剂进行保护，以防止氧化并有助于捞渣；再次，在大气环境下，采用单辊甩带机制备成非晶合金薄带。最后，将由非晶合金薄带卷绕好的铁芯在真空退火炉中进行晶化退火。

实施例1

母合金的化学成分为：Fe83.198，Si7.45，B2，Cu1.30，Nb4.95，V1，P0.10，Y0.0003(wt％)。首先采用中频感应加热熔炼炉在大气环境下熔炼制备母合金。其次母合金在炼钢用覆盖剂保护下进行重熔，喷带前捞干净渣。再次，在大气环境下，采用单辊甩带机制备成非晶合金薄带。带材宽度25mm，厚度38μm，韧性良好，对弯不断。卷绕铁芯规格为40/75×25。最后在真空退火炉中进行晶化处理，最佳热处理工艺为：480度预退火50分钟，550℃晶化退火70分钟，热处理后快速冷却至380℃以下出炉然后进行风冷至室温，所得磁芯在50Hz下的初始磁导率μ₀(H＝0.04A/m时)大于12万Gs/Oe，饱和磁感应强度B(H＝5A/m时)大于1T。

实施例2

母合金的化学成分为：Fe84.37，Si7.45，B1.98，Cu1.10，Nb3.80，Mol，P0.30，Y0.01(wt％)。首先采用中频感应加热熔炼炉在大气环境下熔炼制备母合金。其次母合金在炼钢用覆盖剂保护下进行重熔，喷带前捞干净渣。再次，在大气环境下，采用单辊甩带机制备成非晶合金薄带。带材宽度25mm，厚度38μm，卷绕铁芯规格为40/75×25。最后在真空退火炉中进行晶化处理，最佳热处理工艺为：480度预退火50分钟，545℃晶化退火70分钟，热处理后快速冷却至380℃以下出炉然后进行风冷至室温，所得磁芯在50Hz下的初始磁导率μ₀(H＝0.04A/m时)大于11万Gs/Oe，饱和磁感应强度B(H＝5A/m时)大于1.08T。

实施例3

母合金的化学成分为：Fe83.75，Si7.8，B2，Cu1.05，Nb3.80，V1，Mn0.30，P0.30，Y0.02(wt％)。首先采用中频感应加热熔炼炉在大气环境下熔炼制备母合金。其次母合金在炼钢用覆盖剂保护下进行重熔，喷带前捞干净渣。再次，在大气环境下，采用单辊甩带机制备成非晶合金薄带。带材宽度25mm，厚度38μm，卷绕铁芯规格为40/75×25。最后在真空退火炉中进行晶化处理，最佳热处理工艺为：480度预退火50分钟，542℃晶化退火70分钟，热处理后快速冷却至380℃以下出炉然后进行风冷至室温，所得磁芯在50Hz下的初始磁导率μ₀(H＝0.04A/m时)大于11.5万Gs/Oe，饱和磁感应强度B(H＝5A/m时)大于1.0T。

实施例4

母合金的化学成分为：Fe84.70，Si6.3，B2，Cu1，Nb3.80，V1，P1.2，Y0.004(wt％)。首先采用中频感应加热熔炼炉在大气环境下熔炼制备母合金。其次母合金在炼钢用覆盖剂保护下进行重熔，喷带前捞干净渣。再次，在大气环境下，采用单辊甩带机制备成非晶合金薄带。带材宽度25mm，厚度38μm，卷绕铁芯规格为40/75×25。最后在真空退火炉中进行晶化处理，最佳热处理工艺为：480度预退火50分钟，545℃晶化退火70分钟，热处理后快速冷却至380℃以下出炉然后进行风冷至室温，所得磁芯在50Hz下的初始磁导率μ₀(H＝0.04A/m时)大于11万Gs/Oe，饱和磁感应强度B(H＝5A/m时)大于1.05T。

比较例

母合金的化学成分为：Fe83.37，Si7.7，B1.98，Cu1.29，Nb5.66(wt％)。首先采用中频感应加热熔炼炉在大气环境下熔炼制备母合金。其次母合金在炼钢用覆盖剂保护下进行重熔，喷带前捞干净渣。再次，在大气环境下，采用单辊甩带机制备成非晶合金薄带。带材宽度25mm，厚度38μm，卷绕铁芯规格为40/75×25。最后在真空退火炉中进行晶化处理，最佳热处理工艺为：480度预退火50分钟，550℃晶化退火70分钟，热处理后快速冷却至380℃以下出炉然后进行风冷至室温，所得磁芯在50Hz下的初始磁导率μ₀(H＝0.04A/m时)大于10.5万Gs/Oe，饱和磁感应强度B(H＝5A/m时)大于1.0T。

Claims

1.微量稀土钇改性高导磁铁基纳米晶合金，其特征在于，其具体化学成分重量比(％)为：Fe81-86；Si7-9；B1.8-2.2；Cu0.8-1.5；P0.2-1.3；Nb3-5；M4-6.5，稀土元素钇含量为0.0003％-0.02％。在本发明的微量稀土钇改性的低成本高导磁铁基纳米晶合金材料成分中的其他特征还在于Nb含量低于5％。

2.根据权利要求1所述的所述的微量稀土钇改性高导磁铁基纳米晶合金，其特征在于，M为Nb、Mo、V、Mn中的任意两种或三种。

3.根据权利要求1所述的所述的微量稀土钇改性高导磁铁基纳米晶合金，其特征在于，所述的Nb、Mo元素的总含量低于5％。

4.微量稀土钇改性高导磁铁基纳米晶合金制备方法，其特征在于，首先在大气环境下熔炼制备母合金，可以采用中频、工频等电感应加热炉进行熔炼；其次，将母合金进行二次熔炼，熔炼过程中可以采用炼钢用造渣剂进行保护，以防止氧化并有助于捞渣；再次，在大气环境下，采用单辊甩带机制备成非晶合金薄带；最后，将由非晶合金薄带卷绕好的铁芯在真空退火炉中进行晶化退火。