CN104195436B - 一种低磁导率纳米晶软磁合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低磁导率纳米晶软磁合金及其制备方法，其组成成份及重量份数如下：铁60-70份；镍1-5份；硅5-10份；硼5-10份；铌5-10份；铜0.7-1.3份；铝1-2份；钴0.1-1.7份。本发明合金的磁导率做到2000以下并且磁导率的线性度很好，磁导率线性段内磁导率变化率小于10％，增加了材料的抗直流能力和稳定性；提高了产品合格率，以前产品合格率只能做到30％左右，现在产品合格率可达到85％以上，产品的合格率大大地得到了提升；该合金扩展了铁芯的应用范围并且使一些产品结构设计得到更好的优化。

Description

一种低磁导率纳米晶软磁合金及其制备方法
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，涉及磁性材料，尤其是一种低磁导率纳米晶软磁合金及其制备方法。
背景技术
纳米晶软磁材料具有高的饱和磁感应强度、高磁导率和低的损耗及较好的温度稳定性等特点使其得以广泛的应用。但有些特殊应用场合(如有直流叠加，或在范围较大励磁磁场下工作)需要低的磁导率，否则因高磁导率会导致铁芯饱和而失效。通常的办法是通过强磁场下退火工艺把磁导率压下来，但它的缺点是磁导率线性度较差并且把磁导率降到2000以下相当困难，这就给批量生产造成很大困难，同时磁导率线性度较差也会影响到电子元件精度及稳定性。因此，亟需一种新型材料以满足需要。
材料的磁导率高低主要由两个参数决定，一个是晶格各向异性常数，一个是磁致伸缩系数；当两个参数都接近零时软磁材料具有最高的磁导率，反之磁导率就会降低。而对于纳米晶软磁材料其晶格各向异性常数趋近于零。所以，本发明专利申请通过调整配方和热处理工艺改变磁致伸缩系数来降低磁导率。
通过检索，尚未发现与本发明专利申请相关的专利公开文献。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种使磁导率做到2000以下并且磁导率的线性度很好，磁导率线性段内磁导率变化率小于10％，增加了材料的抗直流能力和稳定性低磁导率纳米晶软磁合金及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的的技术方案如下：
一种低磁导率纳米晶软磁合金，其组成成份及重量份数如下：
铁60-70份；镍1-5份；硅5-10份；硼5-10份；铌5-10份；铜0.7-1.3份；铝1-2份；钴0.1-1.7份。
而且，所述的低磁导率纳米晶软磁合金的制备方法，步骤如下：
⑴按配方准确配料，把配好的料放入中频真空感应炉里真空熔炼，真空熔炼的条件为熔炼温度达到1400-1600℃、熔炼时间2-4小时、真空度0.2-1Pa，形成合金溶液，将合金溶液倒入有冷却装置的旋转浇注盘里形成合金铸锭，该冷却装置要保证循环水压在0.1-0.2Mpa；
⑵将步骤⑴中合金铸锭放入喷带设备上的中频感应坩埚里再进行二次熔炼，该熔炼温度1000-1300℃、熔炼时间40-60分钟，得二次熔炼溶液；将二次熔炼溶液倒入预热好的中间包里，预热温度不低于熔液温度以免影响熔液的流动性，通过中间包底部的喷嘴把溶液喷到高速旋转且带有急冷装置的铜辊上喷成薄带，薄带的宽度由喷嘴宽度决定，厚度由喷嘴和铜辊间距离决定；
⑶将步骤⑵中薄带卷绕成环形铁芯进行低温退火工艺处理，即在420-460℃保温3-5小时，然后460-500℃保温3-5小时，即得低磁导率纳米晶软磁合金。
而且，所述步骤⑵中薄带的宽度范围为1-40mm；厚度范围为17-30um。
而且，所述步骤⑵中预热温度为1200-1300℃。
而且，所述步骤⑶中铁芯的尺寸为D21*D16*H10mm，或者为D30*D20*H15mm，或者为D40*D30*D20mm。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明合金的磁导率做到2000以下并且磁导率的线性度很好，磁导率线性段内磁导率变化率小于10％，增加了材料的抗直流能力和稳定性；提高了产品合格率，以前产品合格率只能做到30％左右，现在产品合格率可达到85％以上，产品的合格率大大地得到了提升；该合金扩展了铁芯的应用范围并且使一些产品结构设计得到更好的优化。
2、本发明合金降低了剩磁，小于200mT，通常纳米晶软磁材料剩磁在700mT左右。把磁导率降到了2000以下并且保持了较好的磁导率线性度(磁导率变化率在10％以内)而通过强磁场下热处理得到磁导率通常在3000以上且磁导率变化率最高超过25％；该合金又保持了纳米晶软磁材料高的饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗和较好的温度稳定性等优点，其可在抗直流、较宽磁场范围内工作具有独特的优势。
3、本发明合金制备方法只考虑磁致伸缩系数的影响，同时矫顽力不太大，通过适当的退火工艺研制得出的低磁导率纳米晶软磁材料，通过对材料成分的控制，简化了铁芯生产工艺，不需要在强磁场下进行热处理，克服了强磁场炉空间对铁芯数量的限制，大大地提高了生产能力；该制备方法保证了低磁导率铁芯大批量稳定生产，从而大大降低了生产成本。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明；下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
本发明中所使用的方法，如无特殊说明，均为本领域的常规方法；本发明中所使用的试剂，如无特殊说明，均为本领域的常规试剂。
实施例1
一种低磁导率纳米晶软磁合金，其组成成份及重量份数如下：
Fe60-70份；Ni1-5份；Si5-10份；B5-10份；Nb5-10份；Cu0.7-1.3份；Al1-2份；Co0.1-1.7份。
上述低磁导率纳米晶软磁合金的制备方法，步骤如下：
⑴按配方准确配料，把配好的料放入中频真空感应炉里经过真空熔炼(熔炼温度达到1300-1500℃、熔炼时间要保证2-4小时、真空度1-0.2Pa)形成合金溶液，将合金溶液倒入有冷却装置(要保证循环水压0.1-0.2Mpa)的旋转浇注盘里形成合金铸锭；
⑵将合金铸锭放入喷带设备上的中频感应坩埚里再进行二次熔炼(熔炼温度1100-1300℃、熔炼时间40-60分钟)，得二次熔炼溶液；将二次熔炼溶液倒入预热(预热温度1200-1300℃，以免影响熔液的流动性)好的中间包里通过中间包底部的喷嘴把溶液喷到高速旋转且带有急冷装置的铜辊上喷成薄带，薄带的宽度由喷嘴宽度决定，厚度由喷嘴和铜辊间距离决定(宽度范围1-40mm；厚度范围17-30um；具体尺寸按客户要求订)；
将薄带卷绕成环形铁芯(D21*D16*H10mm)进行低温退火工艺处理即在420-460℃保温3-5小时，460-500℃保温3-5小时，即得低磁导率纳米晶软磁合金。
实施例2
一种低磁导率纳米晶软磁合金，其组成成份及重量份数如下：
铁60份；镍1份；硅5份；硼5份；铌5份；铜0.7份；铝1份；钴0.1份。
上述的低磁导率纳米晶软磁合金的制备方法，步骤如下：
⑴按配方准确配料，把配好的料放入中频真空感应炉里真空熔炼，真空熔炼的条件为熔炼温度达到1400-1600℃、熔炼时间2小时、真空度1-0.2Pa，形成合金溶液，将合金溶液倒入有冷却装置的旋转浇注盘里形成合金铸锭，该冷却装置要保证循环水压在0.1-0.2Mpa；
⑵将步骤⑴中合金铸锭放入喷带设备上的中频感应坩埚里再进行二次熔炼，该熔炼温度1000℃、熔炼时间40分钟，得二次熔炼溶液；将二次熔炼溶液倒入预热好的中间包里，预热温度不低于熔液温度以免影响熔液的流动性，预热温度为1200-1300℃，通过中间包底部的喷嘴把溶液喷到高速旋转且带有急冷装置的铜辊上喷成薄带，薄带的宽度由喷嘴宽度决定，厚度由喷嘴和铜辊间距离决定(宽度范围1-40mm；厚度范围17-30um；具体尺寸按客户要求订)；
⑶将步骤⑵中薄带卷绕成环形D30*D20*H15mm铁芯进行低温退火工艺处理，即在420-460℃保温3-5小时，然后460-500℃保温3-5小时，即得低磁导率纳米晶软磁合金。
实施例3
一种低磁导率纳米晶软磁合金，其组成成份及重量份数如下：
铁70份；镍5份；硅10份；硼10份；铌10份；铜1.3份；铝2份；钴1.7份。
上述的低磁导率纳米晶软磁合金的制备方法，步骤如下：
⑴按配方准确配料，把配好的料放入中频真空感应炉里真空熔炼，真空熔炼的条件为熔炼温度达到1600℃、熔炼时间4小时、真空度1-0.2Pa，形成合金溶液，将合金溶液倒入有冷却装置的旋转浇注盘里形成合金铸锭，该冷却装置要保证循环水压在0.1-0.2Mpa；
⑵将步骤⑴中合金铸锭放入喷带设备上的中频感应坩埚里再进行二次熔炼，该熔炼温度1000-1300℃、熔炼时间60分钟，得二次熔炼溶液；将二次熔炼溶液倒入预热好的中间包里，预热温度不低于熔液温度以免影响熔液的流动性，预热温度为1300℃，通过中间包底部的喷嘴把溶液喷到高速旋转且带有急冷装置的铜辊上喷成薄带，薄带的宽度由喷嘴宽度决定，厚度由喷嘴和铜辊间距离决定(薄带的宽度范围为35mm；厚度范围为20um)；
⑶将步骤⑵中薄带卷绕成环形D40*D30*D20mm铁芯进行低温退火工艺处理，即在420-460℃保温3-5小时，然后460-500℃保温3-5小时，即得低磁导率纳米晶软磁合金。
本发明低磁导率纳米晶软磁合金的相关检测结果：
通过测量铁芯的动态磁滞回线得到如下结果：本发明低磁导率纳米晶软磁合金的饱和磁感应强度1.05T，剩磁小于200MT，矫顽力小于1.2A/M，磁导率小于2000(磁导率变化率在10％以内)，频率20KHZ时铁损小于120W/Kg。
结果与讨论：
1、本发明低磁导率纳米晶软磁合金降低了剩磁，小于200mT，通常纳米晶软磁材料剩磁在700mT左右。把磁导率降到了2000以下并且保持了较好的磁导率线性度(磁导率变化率在10％以内)而通过强磁场下热处理得到磁导率通常在3000以上且磁导率变化率最高超过25％。低磁导率纳米晶软磁合金铁芯的主要性能取决于合金带材的成分和热处理工艺而与铁芯具体尺寸规格无关。
2、本发明合金又保持了纳米晶软磁材料高的饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗和较好的温度稳定性等优点。
可见本发明合金在抗直流、较宽磁场范围内工作具有独特的优势。

Claims (4)

1.一种低磁导率纳米晶软磁合金，其特征在于：其组成成份及重量份数如下：
铁60-70份；镍1-5份；硅5-10份；硼5-10份；铌5-10份；铜0.7-1.3份；铝1-2份；钴0.1-1.7份；
所述的低磁导率纳米晶软磁合金的制备方法，步骤如下：
⑴按配方准确配料，把配好的料放入中频真空感应炉里真空熔炼，真空熔炼的条件为熔炼温度达到1400-1600℃、熔炼时间2-4小时、真空度0.2-1Pa，形成合金溶液，将合金溶液倒入有冷却装置的旋转浇注盘里形成合金铸锭，该冷却装置要保证循环水压在0.1-0.2MPa；
⑵将步骤⑴中合金铸锭放入喷带设备上的中频感应坩埚里再进行二次熔炼，该熔炼温度1000-1300℃、熔炼时间40-60分钟，得二次熔炼溶液；将二次熔炼溶液倒入预热好的中间包里，预热温度不低于熔液温度以免影响熔液的流动性，通过中间包底部的喷嘴把溶液喷到高速旋转且带有急冷装置的铜辊上喷成薄带，薄带的宽度由喷嘴宽度决定，厚度由喷嘴和铜辊间距离决定；
⑶将步骤⑵中薄带卷绕成环形铁芯进行低温退火工艺处理，即在420-460℃保温3-5小时，然后460-500℃保温3-5小时，即得低磁导率纳米晶软磁合金。
2.根据权利要求1所述的低磁导率纳米晶软磁合金的制备方法，其特征在于：所述步骤⑵中薄带的宽度范围为1-40mm；厚度范围为17-30um。
3.根据权利要求1所述的低磁导率纳米晶软磁合金的制备方法，其特征在于：所述步骤⑵中预热温度为1200-1300℃。
4.根据权利要求1所述的低磁导率纳米晶软磁合金的制备方法，其特征在于：所述步骤⑶中铁芯的尺寸为D21*D16*H10mm，或者为D30*D20*H15mm。
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