CN107393674A - 一种铁基纳米非晶磁芯及其应用 - Google Patents

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Abstract

本方案公开了纳米非晶合金技术领域的一种铁基纳米非晶磁芯，包括的原料及其重量份数为：Fe71~75份、Si9~15份、B12.5~13.5份、Cu0.8~1.2份和促进材料；促进材料为2~4份的Nb或0.5~3份的Mo。本方案通过对各原料用量进行优化，并利用Fe作为基础原料，通过原子半径小的Si和B，促使形成非晶态合金，再通过Cu、Nb（或Mo）与其他原料之间的相互作用，使得制备的铁基纳米非晶磁芯中的晶粒更加细化，磁畴晶体结构更优化，从而提高了铁基纳米非晶磁芯在伏安特性状态测试下的初始磁导率，并使铁基纳米非晶磁芯的伏安特性输出更加平缓，使铁基纳米非晶磁芯在传感器、电子电感器件或电流互感器中的应用性能更加优化。

Description

一种铁基纳米非晶磁芯及其应用
技术领域
本发明涉及纳米非晶合金技术领域，特别涉及一种铁基纳米非晶磁芯及其应用。
背景技术
非晶纳米晶软磁材料，是非晶经过热处理后晶化获得晶粒直径在10~20nm的微晶，因此得名。该种合金几乎综合了所有非晶合金的优异性能：高饱和磁通密度、高初始磁导率、低比损耗以及良好的温度稳定性。
非晶纳米晶软磁材料中铁基纳米非晶磁芯应用较为广泛，其主要用于电力系统、计算机网络、多媒体技术和高频微磁器件等领域。非晶纳米晶软磁材料主要包含铁磁性元素、非晶形成元素和纳米晶形成元素。铁磁性元素有Fe、Co和Ni，为纳米晶合金的主要成分，占80%左右。非晶形成元素有Si、B、P、C等。纳米晶形成元素主要作用是阻碍扩散速度，抑制晶粒长大，保证得纳米尺寸晶粒。纳米晶形成元素主要包括Cu、Nb等。铁基纳米非晶磁芯是将按配比将铁磁性元素、非晶形成元素和纳米晶形成元素混合经热处理制得。
虽然非晶铁基纳米非晶磁芯具备很多铁基纳米晶所不具备的优异性能，但其初始磁导率和输出平缓率有待仍可进一步提升。如中国发明专利CN101834046A公开了一种高饱和磁感应强度铁基纳米晶软磁合金及其制备方法，其特征在于其是由铁、硅、硼、磷、铜构成的FexSiyBzPaCub合金，式中x、y、z、a、b分别表示各对应组分的原子百分比含量，其中x=70-90%、y=1-15%、z=1-20%、a=1-20%、b=0.1-1%，且x+y+z+a+b=100%；该铁基纳米晶软磁合金的微结构为尺寸介于1-35nm的体心立方α-Fe（Si）纳米晶相与富含磷和硼的非晶相共存，且以非晶相为基体相。制备方法主要是将配比好的原料先制备成合金锭，然后制成非晶合金，再进行其它工序的处理，最后得到高饱和磁化强度的铁基纳米晶软磁合金。该发明能够大幅提高纳米晶软磁合金的饱和磁化强度，同时能够保持较低的矫顽力并有效降低原材料成本。然而P的添加会导致合金在制备过程中容易氧化、崩溅，合金成分不易控制，致使制得的铁基纳米非晶磁芯初始导磁率（0.01~0.02）较低，同时其伏安特性的输出不够平缓。
发明内容
本发明意在提供一种铁基纳米非晶磁芯，以解决现有技术中的铁基纳米非晶磁芯因原料选用或原料配比不当导致其初始磁导率较低的问题。
本方案中的一种铁基纳米非晶磁芯，包括的原料及其重量份数为：Fe71~75份、Si9~15份、B12.5~13.5份、Cu0.8~1.2份和促进材料；促进材料为2~4份的Nb或0.5~3份的Mo。
本方案的有益效果：本方案采用Fe作为铁磁性元素，选用Si和B作为非晶形成元素，选用Cu和Nb（或Mo）作为纳米晶形成元素，通过对各原料用量进行优化，利用Fe作为基础原料，通过原子半径小的Si和B，促使形成非晶态合金，再通过Cu、Nb（或Mo）与其他原料之间的相互作用，使得制备的铁基纳米非晶磁芯中的晶粒更加细化，磁畴晶体结构更优化，从而提高了铁基纳米非晶磁芯在伏安特性状态测试下的初始磁导率，并使铁基纳米非晶磁芯的伏安特性输出更加平缓，提高了铁基纳米非晶磁芯的应用温度范围。
进一步，所述铁基纳米非晶磁芯，包括的原料及其重量份数为：Fe73份、Si9~12份、B12.5~13.5份、Cu1份和Nb2~4份。
进一步，所述铁基纳米非晶磁芯，包括的原料及其重量份数为：Fe73份、Si10份、B13份、Cu1份和Nb3份。
进一步，所述铁基纳米非晶磁芯，包括的原料及其重量份数为：Fe73份、Si9~12份、B12.5~13.5份、Cu1份和Mo0.5~1.5份。
进一步，所述铁基纳米非晶磁芯，包括的原料及其重量份数为：Fe73份、Si10份、B13份、Cu1份和Mo0.8份。
进一步，所述铁基纳米非晶磁芯的原料还包括Cr，其重量份数为1~2份。通过添加铬（Cr），使铁基纳米非晶磁芯的伏安特性更加平缓，峰值更大，进一步提高铁基纳米非晶磁芯的应用范围。
进一步，所述铁基纳米非晶磁芯的原料还包括Mn，其重量份数为0.5~1.5份。通过添加锰（Mn），有助于铁基纳米非晶磁芯实现低饱和特性，进一步提高其应用范围。
进一步，所述铁基纳米非晶磁芯的原料还包括Pd，其重量份数为1~1.5份。通过添加钯（Pd），有助于使晶粒更加细化，从而使铁基纳米非晶磁芯的非晶及铁基纳米态形成更好。
进一步，所述铁基纳米非晶磁芯应用于传感器、电子电感器件或电流互感器。由于本方案中的铁基纳米非晶磁芯具有初始磁导率高、伏安特性曲线平缓的特性，其应用于传感器、电子电感器件或电流互感器具有适用范围更广、性能更优的特点。
附图说明
图1为本发明实施例1中一种铁基纳米非晶磁芯的伏安特性曲线图；
图2为本发明实施例2中一种铁基纳米非晶磁芯的伏安特性曲线图；
图3为本发明实施例3中一种铁基纳米非晶磁芯的伏安特性曲线图；
图4为本发明实施例4中一种铁基纳米非晶磁芯的伏安特性曲线图；
图5为本发明实施例5中一种铁基纳米非晶磁芯的伏安特性曲线图；
图6为本发明实施例6中一种铁基纳米非晶磁芯的伏安特性曲线图；
图7为本发明实施例7中一种铁基纳米非晶磁芯的伏安特性曲线图；
图8为本发明实施例8中一种铁基纳米非晶磁芯的伏安特性曲线图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
说明书附图说明：附图中A为相应实施例中生产出的铁基纳米非晶磁芯的伏安特性曲线图；B为现有技术中铁基纳米非晶磁芯的伏安特性曲线图。
实施例中，铁基纳米非晶磁芯的制备方法中除了对材料进行热处理以外，其他步骤与现有技术一致。
实施例1：一种铁基纳米非晶磁芯的制备方法，包括以下步骤：
按重量份数将Fe73份、Si10份、B13份、Cu1份和Nb3份放入真空热处理炉中进行热处理；热处理过程包括四个阶段：
第一阶段：将温度从室温开始匀速升温至280℃，用时60min，然后将温度保持在
280℃，保温60min；
第二阶段：将温度从280℃开始匀速升温至380℃，用时30min，然后将温度保持在
380℃，保温60min；
第三阶段：将温度从380℃开始匀速升温至480℃，用时30min，然后将温度保持在
480℃，保温60min；
第四阶段：将温度从480℃开始匀速升温至550℃，用时90min，然后将温度保持在
550℃，保温180min后出炉冷却至常温即可。
实施例2与实施例1的不同之处仅在于，铁基纳米非晶磁芯包括的原料及其重量份数为：Fe73份、Si10份、B13份、Cu1份和Mo0.8份。
实施例3与实施例1的不同之处仅在于，铁基纳米非晶磁芯包括的原料及其重量份数为：Fe71份、Si12份、B13.5份、Cu1份、Nb2.5份和Cr1份。
实施例4与实施例1的不同之处仅在于，铁基纳米非晶磁芯包括的原料及其重量份数为：Fe71份、Si12份、B13.5份、Cu1份、Mo1.5份和Cr1份。
实施例5与实施例1的不同之处仅在于，铁基纳米非晶磁芯包括的原料及其重量份数为：Fe75份、Si9份、B12.5份、Cu0.8份、Nb4份、Cr2份和Mn1.5份。
实施例6与实施例1的不同之处仅在于，铁基纳米非晶磁芯包括的原料及其重量份数为：Fe75份、Si9份、B12.5份、Cu0.8份、Mo3份、Cr2份和Mn1.5份。
实施例7与实施例1的不同之处仅在于，铁基纳米非晶磁芯包括的原料及其重量份数为：Fe74份、Si15份、B12.5份、Cu1.2份、Nb2份、Cr1.5份、Mn0.5份和Pd1份。
实施例8与实施例1的不同之处仅在于，铁基纳米非晶磁芯包括的原料及其重量份数为：Fe74份、Si15份、B12.5份、Cu1.2份、Mo3份、Cr1.5份、Mn0.5份和Pd1份。
利用实施例1~8中制备的铁基纳米非晶磁芯分别制作传感器、电子电感器件和电流互感器；由于传感器、电子电感器件和电流互感器中的核心部件为铁基纳米非晶磁芯，铁基纳米非晶磁芯对其性能具有决定性作用。
实施例1~8制作的铁基纳米非晶磁芯其伏安特性曲线分别如图1~8所示；从图中可知，采用实施例1~8制作的铁基纳米非晶磁芯相对于现有技术中的铁基纳米磁芯，具有更高的初始导磁率（高出0.8~0.9），其伏安特性的输出更加平缓。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.一种铁基纳米非晶磁芯，其特征在于，包括的原料及其重量份数为：Fe71~75份、Si9~15份、B12.5~13.5份、Cu0.8~1.2份和促进材料；促进材料为2~4份的Nb或0.5~3份的Mo。
2.根据权利要求1所述的铁基纳米非晶磁芯，其特征在于：包括的原料及其重量份数为：Fe73份、Si9~12份、B12.5~13.5份、Cu1份和Nb2~4份。
3.根据权利要求2所述的铁基纳米非晶磁芯，其特征在于：包括的原料及其重量份数为：Fe73份、Si10份、B13份、Cu1份和Nb3份。
4.根据权利要求1所述的铁基纳米非晶磁芯，其特征在于：包括的原料及其重量份数为：Fe73份、Si9~12份、B12.5~13.5份、Cu1份和Mo0.5~1.5份。
5.根据权利要求4所述的铁基纳米非晶磁芯，其特征在于：包括的原料及其重量份数为：Fe73份、Si10份、B13份、Cu1份和Mo0.8份。
6.根据权利要求1~5任一项所述的铁基纳米非晶磁芯，其特征在于：所述铁基纳米非晶磁芯的原料还包括Cr，其重量份数为1~2份。
7.根据权利要求6所述的铁基纳米非晶磁芯，其特征在于：所述铁基纳米非晶磁芯的原料还包括Mn，其重量份数为0.5~1.5份。
8.根据权利要求7所述的铁基纳米非晶磁芯，其特征在于：所述铁基纳米非晶磁芯的原料还包括Pd，其重量份数为1~1.5份。
9.根据权利要求8所述的铁基纳米非晶磁芯，其特征在于：所述铁基纳米非晶磁芯应用于传感器、电子电感器件或电流互感器。
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