CN111057970A - 一种高磁导率的非晶纳米晶合金的制备方法 - Google Patents

一种高磁导率的非晶纳米晶合金的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111057970A
CN111057970A CN201911395532.9A CN201911395532A CN111057970A CN 111057970 A CN111057970 A CN 111057970A CN 201911395532 A CN201911395532 A CN 201911395532A CN 111057970 A CN111057970 A CN 111057970A
Authority
CN
China
Prior art keywords
equal
alloy
strip
less
amorphous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911395532.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111057970B (zh
Inventor
郭海
霍利山
门贺
马丽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Zhongke B Plus New Materials Technology Co ltd
Original Assignee
Ningbo Zhongke B Plus New Materials Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Zhongke B Plus New Materials Technology Co ltd filed Critical Ningbo Zhongke B Plus New Materials Technology Co ltd
Priority to CN201911395532.9A priority Critical patent/CN111057970B/zh
Publication of CN111057970A publication Critical patent/CN111057970A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111057970B publication Critical patent/CN111057970B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C22C45/02—Amorphous alloys with iron as the major constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0611—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by a single casting wheel, e.g. for casting amorphous metal strips or wires
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/04—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering with simultaneous application of supersonic waves, magnetic or electric fields
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/003—Making ferrous alloys making amorphous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/005—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing rare earths, i.e. Sc, Y, Lanthanides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/008—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/10—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/10—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing cobalt
    • C22C38/105—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing cobalt containing Co and Ni
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/14—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/16—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/20—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/26—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/28—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/30—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/32—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/34—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/52—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/54—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/153—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H01F1/15308—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals based on Fe/Ni
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/153—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H01F1/15325—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals containing rare earths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/153—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H01F1/15333—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals containing nanocrystallites, e.g. obtained by annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2201/00—Treatment for obtaining particular effects
    • C21D2201/03—Amorphous or microcrystalline structure

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

一种高磁导率的非晶纳米晶合金的制备方法，包括：按照非晶纳米晶合金组分表达式中各种元素的含量称取，非晶纳米晶合金组分表达式为FeaCobSicBdCueMfM’g，其中M为V、Ta和Nb中的至少一种，M’为Ti、Zr、Hf、Ni、Ge、Cr、Mn、W、Zn、Sn、Sb、Mo、Y和Al中的至少一种，a、b、c、d、e、f和g分别表示对应元素的原子百分含量，并满足：74≤a≤82，0.01＜b≤5，5≤c≤15，4≤d≤13，0.2≤e≤1.5，1≤f≤4，0≤g≤1且a+b+c+d+e+f+g＝100；熔炼母合金，制备非晶合金带材，磁场热处理得到纳米晶合金材料。具有在100kHz频率下具有35000以上的有效磁导率，同时具有1.35T以上的饱和磁感应强度优点。

Description

一种高磁导率的非晶纳米晶合金的制备方法
技术领域
本发明涉及磁性功能材料领域中的软磁材料，尤其是一种在高频下具有高磁导率(100kHz频率下具有35000以上的有效磁导率，同时具有1.35T以上的饱和磁感应强度)的非晶纳米晶合金的制备方法。
背景技术
非晶纳米晶软磁合金是一类新型的软磁材料，利用非晶纳米晶合金作为铁芯材料制造成的变压器、电机、互感器、滤波电感、逆变器、无线充电模组等电力电子元器件，与传统软磁材料制造而成的同类元器件相比，具有体积更小、效率更高、精度和品质更高等优势，因而已广泛应用于汽车、变频电器、电力系统、新能源发电、通讯及电子设备、无线充电等领域，为人们日常生活和工业生产中各类电力电子器件向小型化、节能化、高精密化发展发挥了重大的作用。
当前各领域对电力电子元器件的需求在不断提升，电力电子元器件除继续向小型、节能、高精密化发展外，其使用频率也在迅速提高。如近几年新兴的无线充电领域，基于电磁感应原理的Qi无线充电标准已在智能手机、蓝牙耳机、智能手表等消费电子产品中获得广泛应用，其软磁材料的工作频率在100-205kHz之间；其他的无线充电标准的工作频率更高。在高频滤波电感领域的高端场合，如高档汽车用共模电感，其工作频率目前也已达到100kHz以上，并且有迅速向更高频率段发展的趋势和要求。随着5G技术的推广应用，电子元器件向更高频率段发展是必然趋势。
电力电子元器件向小型化、节能化、高频化、高精密化发展，对其中软磁材料的要求便是：兼具更高的饱和磁感应强度Bs、更高的高频磁导率μ、更低的矫顽力Hc和更低的损耗值。目前常用的软磁材料中，硅钢具有最高的饱和磁感应强度(2.0T以上)，但其矫顽力Hc和损耗较大，磁导率较低，仅适用于配电变压器、常规电机等低频场合(1kHz以下)；铁氧体具有较高的高频磁导率，但其饱和磁感应强度太低，一般不到0.5T，阻碍了器件的小型化和高功率化；商业化的非晶软磁合金带材具有较高的饱和磁感应强度(～1.56T)，但高频磁导率较低、高频损耗较大，主要应用于10kHz以下的场合；商业化的FINEMET系列纳米晶软磁合金带材，目前是10kHz以上频率段优势较明显的软磁材料，具有～1.25T的饱和磁感应强度，较高的高频磁导率和较低的高频损耗。但随着电力电子元器件向进一步小型化、高功率化和高频化的发展，商业化的FINEMET系列纳米晶合金带材的劣势也逐渐显现：(1)饱和磁感应强度较低，不利于器件进一步小型化或高功率化；(2)100kHz以上频率段的磁导率不够高，阻碍元器件进一步高频化发展。
现有技术利用真空横向磁场热处理和带材减薄的方式，可以在一定程度上提高FINEMET系列纳米晶合金带材的高频磁导率，但因为根本的合金成分和材料微观组织没有改善，利用真空磁场热处理和带材减薄的方式对提高高频磁导率的效果有限：利用横向磁场热处理和带材减薄结合的方式，一般可将厚度为16μm的纳米晶带材在10kHz下的有效磁导率提高至60000以上，100kHz下的有效磁导率提高至30000。但利用目前的带材制备技术，16μm已是带材量产的最低厚度极限，而且成品率很低，这严重阻碍电子元器件的高频化、小型化发展。
然而，目前对10kHz以下频段具有更高磁导率的新型纳米晶合金研究较多，而对100kHz以上频段兼具更高磁导率和更高饱和磁感应强度的新型纳米晶合金的研究开发则很少。
日本日立金属株式会社的发明专利CN 101796207B公开了一种Fe-M-Si-B-Cu纳米晶合金，该系列纳米晶合金带材在1kHz的磁导率达到129000以上，但其在100kHz的磁导率却不到20000。
中国专利ZL201810089055.2公开了一种具有高频高磁导率的Fe-Si-B-Nb-V-Cu-Co纳米晶合金，该系列纳米晶合金带材在无需真空横向磁场退火的条件下即可实现10kHz频率下有效磁导率达到80000以上，100kHz频率下有效磁导率达到30000。但该系列纳米晶合金的Fe含量较低，原子百分比仅为67％-74.2％，尽管专利的说明书中未给出饱和磁感应强度值，但根据纳米晶合金领域中饱和磁感应强度与Fe含量正相关的技术经验，该系列合金中大部分成分的饱和磁感应强度低于商业化的FINEMET合金(Fe含量约为73.5at％)，即低于1.25T，这又不利于电子元器件的小型化。
由此可见，当前电力电子元器件所需求的，在高频下，尤其在100kHz以上频段兼具更高磁导率和更高饱和磁感应强度的新型软磁材料，严重缺乏，对电力电子元器件的高频化和小型化发展造成了阻碍。
发明内容
本发明针对上述技术现状中的问题，通过创新的非晶合金成分与合金制备方法，提出一种高磁导率的非晶纳米晶合金的制备方法，将该非晶合金进行热处理后，形成的纳米晶合金在100kHz频率下具有35000以上的有效磁导率，同时具有1.35T以上的饱和磁感应强度；并且利用工业原料和工业化制带设备即可制备出宽幅的带材，以解决当前电力电子元器件对兼具更高的高频磁导率和更高饱和磁感应强度的新型软磁材料的需求问题。
一种高磁导率的非晶纳米晶合金的制备方法，其特征在于，步骤包括：
(1)配料：按照非晶纳米晶合金组分表达式中各种元素的含量，称取质量百分比纯度不低于99％的各种原料，配制Fe-Co-Si-B-Cu-M-M’合金的原料；
所述的非晶纳米晶合金组分表达式为FeaCobSicBdCueMfM’g，其中M为V、Ta和Nb中的至少一种，M’为Ti、Zr、Hf、Ni、Ge、Cr、Mn、W、Zn、Sn、Sb、Mo、Y和Al中的至少一种，a、b、c、d、e、f和g分别表示对应元素的原子百分含量，并满足：74≤a≤82，0.01＜b≤5，5≤c≤15，4≤d≤13，0.2≤e≤1.5，1≤f≤4，0≤g≤1且a+b+c+d+e+f+g＝100；
(2)熔炼母合金：将步骤(1)中配好的Fe-Co-Si-B-Cu-M-M’合金的原料加入到熔炼炉的坩埚中，将合金原料熔炼均匀并除渣，然后将熔炼好的合金液冷却，获得成分均匀的母合金锭；
(3)制备非晶合金带材：称取步骤(2)中制得的Fe-Co-Si-B-Cu-M-M’母合金锭，将其在带材制备设备上重熔，待母合金完全熔化后，利用单辊熔体快淬法将合金液喷射到旋转的铜辊表面制备成非晶合金带材，制带过程中在喷嘴至带材剥离铜辊之间的部分沿铜辊宽度方向施加静态磁场；
(4)磁场热处理：将步骤(3)中制备的非晶合金带材放入磁场热处理设备中进行热处理以析出纳米晶晶粒，在整个热处理过程中施加沿带材宽度方向的磁场，热处理后降温、取出，得到纳米晶合金材料。
进一步的，步骤(1)中所述的非晶纳米晶合金的组分表达式为FeaCobSicBdCueMfM’g，其中M为V、Ta和Nb中的至少一种，M’为Ti、Zr、Hf、Ni、Ge、Cr、Mn、W、Zn、Sn、Sb、Mo、Y和Al中的至少一种，a、b、c、d、e、f和g分别表示对应元素的原子百分含量，并满足：75≤a≤81，0.1＜b≤3，8≤c≤15，5≤d≤10，0.5≤e≤1.2，1.5≤f≤3，0≤g≤1且a+b+c+d+e+f+g＝100。
进一步的，步骤(3)中所述的施加的静态磁场由一对直流电磁铁产生，其磁感应强度的大小由电磁铁线圈中的电流来控制和调节。
进一步的，步骤(4)中所述的纳米晶合金是由非晶态的合金基体和均匀分布于基体中的尺寸为5-20nm范围的晶粒所组成的复合材料。
进一步的，步骤(4)中所述的热处理条件包括升温速率、保温温度、保温时间和施加的磁场强度。
进一步的，步骤(4)中所述的纳米晶合金在高频下具有超高磁导率：在100kHz频率下的磁导率达到35000以上。
以下对上述非晶纳米晶合金成分和制备方法的设计作进一步说明：
(一)关于合金成分
在合金成分中，Fe为必备的磁性元素，是保证高饱和磁感应强度的关键，但是过高的Fe含量会降低合金的非晶形成能力，使得非晶合金在制备过程中析出粗大晶粒，从而恶化软磁性能。本发明确定Fe的原子百分含量在74～82，优选为75～81。
Co元素作为铁磁性元素，可以降低饱和磁致伸缩系数，有利于提高合金的磁导率和软磁性能，也是饱和磁感应强度的保证，但其价格较高，本发明确定其原子百分比含量为0.01～5，优选为0.1～3。
B是有利于形成非晶合金的元素，其含量过少时不易形成完全非晶，含量过大时会降低合金的饱和磁感应强度并导致非晶形成能力降低，其原子百分含量为4～13，优选为5～10。
Si元素可提高合金的流动性，增加合金内原子排列的混乱程度，从而提高合金的非晶形成能力和成型能力，降低材料的制备难度。其原子百分含量确定为5～15，优选为8～15。
Cu元素与Fe、B、V、Cr、Mn、Co、Ni、Zn、Nb、Mo、Sn、Sb、Ta、W等多种元素之间的二元混合焓为正值或0，即Cu原子与它们之间的结合力较弱，不易与这些元素的原子形成强结合力的原子对。因此添加Cu元素的非晶合金，在其热处理过程中Cu原子最先析出，在非晶合金基体中形成大量的富Cu原子团簇，这些富Cu原子团簇为后续α-Fe晶粒的析出提供大量的形核点，诱发α-Fe晶粒大量均匀析出，形成均匀的纳米晶粒组织。少量的Cu元素添加即可实现上述目的，本发明确定Cu的原子百分含量为0.2～1.5，优选为0.5～1.2。
V、Ta和Nb等大原子可与Fe、Si、B等主元素原子形成较强的原子间结合，由于大原子的扩散难度较大，适量添加可提高合金的热稳定性、抑制纳米晶粒的长大，同时还可提高非晶形成能力。该类元素的原子百分含量为1～4，优选为1.5～3。
另外，本发明的合金中Fe元素还可以被Ti、Zr、Hf、Ni、Ge、Cr、Mn、W、Zn、Sn、Sb、Mo、Y和Al中的至少一种元素部分替代，起到提高合金非晶形成能力的作用。考虑到Fe被该类元素替代后饱和磁感应强度会有所下降，该替代的原子百分比控制在1以内。
(二)关于制备方法
非晶纳米晶合金带材一般是应用于交变磁场的场合，而且磁场方向一般是沿带材的长度方向。在现有常规条件下(即无磁场条件)制备和热处理得到的非晶纳米晶合金带材，其内部的磁畴分布基本上是随机状态，那么在一个交变周期内，带材中的磁畴方向要进行180度翻转，即大部分的原子磁矩要进行180度翻转。在频率较低的条件下(如10kHz以下频率)，非晶纳米晶带材中的这种180度的原子磁矩翻转可以快速完成，与交变外磁场之间的滞后很小，因此非晶纳米晶材料可以保持较高的磁导率。但随着外磁场频率的提高，原子磁矩的180度翻转的滞后性逐渐增大，因此磁导率出现明显下降，尤其在100kHz以上的频段。
根据以上机理，本发明设计出以上的带材制备和热处理方案，即：在带材制备和热处理两个关键阶段，均沿带材宽度方向施加磁场，以使得带材中更多的原子磁矩沿其宽度方向取向。这样将材料置于交变磁场中时，进行180度翻转的原子磁矩大大减少，进行90度偏转的磁矩大幅增加。原子磁矩进行90度偏转的速度要高于180度翻转的速度，由此在高频外磁场下，原子磁矩偏转的滞后性减小，从而获得更高的磁导率。
本发明的优点和有益效果主要有：
(1)本发明所制备的纳米晶合金在高频下的磁导率显著高出常规方法制备的纳米晶合金。通过在带材制备和热处理两个关键环节沿带材宽度方向施加磁场的方法，使得带材中更多的原子磁矩沿其宽度方向取向，将带材磁化过程中大部分原子磁矩的180度翻转优化为90度偏转，大幅提高了材料磁化过程中的磁矩翻转速度，从而在高频下得到了更高的磁导率：本发明所制得的纳米晶合金带材在高频100kHz下的磁导率达到35000以上，显著高出商业化的FINEMET合金仅在横向磁场热处理条件下的磁导率(16μm超薄带材约30000)，也高出CN 108559926A所公开的纳米晶合金的数值(约30000)。
(2)本发明所制备的纳米晶合金在高磁导率的同类纳米晶合金中，还具有更高的饱和磁感应强度，更有利于电子元器件的小型化和高功率化。在已应用或已公开的高磁导率纳米晶合金中，本发明所制备的纳米晶合金系列的铁磁性元素(Fe+Co)的含量更高，饱和磁感应强度高达1.35T以上，显著高出商业化FINEMET合金(约1.25T)和专利CN 108559926A的纳米晶合金系列材料。
附图说明
图1为本发明的在静磁场下制备非晶合金带材的装置结构示意图。
图2为本发明实施例1及对比例1、2、3的纳米晶合金带材的磁导率随频率变化的图谱。
图3为本发明实施例2及对比例4、5、6的纳米晶合金带材的磁导率随频率变化的图谱。
图4为本发明实施例1、2及对比例3的纳米晶合金带材的磁滞回线。
附图标识：1.合金液；2.喷嘴杯；3.喷嘴；4.电磁铁；5.铜辊；6.非晶合金带材。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步详细说明，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如附图1所示，本发明实施例制备非晶合金带材装置结构示意图，其具体结构包括喷嘴杯2，且里边盛放有合金液1，喷嘴3，电磁铁4，铜辊5及制备出的非晶合金带材6。在制带过程中，通过控制一对电磁铁4的线圈中输入的电流来控制和调节在喷嘴至带材剥离铜辊之间的部分沿铜辊宽度方向施加静态磁场的磁感应强度，且制备过程中铜辊的旋转方向如图中箭头所示。为简洁明了，装置中的支撑架以及固定装置未在图中绘制。
实施例1：
本实施例中，高磁导率非晶纳米晶合金组分表达式为：Fe76Co0.2Si12.8B8Nb2Cu1。
该非晶纳米晶合金的制备及热处理的方法和步骤如下：
(1)配料：按照合金组分表达式中各种元素的含量，称取质量百分比纯度不低于99％的纯铁、纯钴、纯硅、纯铜、硼铁合金和铌铁合金，配制本合金的原料；
(2)熔炼母合金：将步骤(1)中配好的Fe-Co-Si-B-Cu-Nb合金的原料加入到真空感应熔炼炉的坩埚中，抽真空至1Pa以下，通电加热，将合金原料全部熔化；待原料全部熔化后破真空、除渣，除渣干净后，反复“抽真空-熔炼-除渣”过程，直至合金液中不再出现杂质；然后降温，将熔炼好的合金液浇注到冷却模中冷却，获得成分均匀的母合金锭；
(3)制备非晶合金带材：将步骤(2)中制得的母合金锭称取适量加入到制带机的真空感应熔炼炉坩埚中，抽真空至1Pa以下，通电加热，将母合金锭重熔，待母合金锭完全熔化后，将合金液浇注到制带机的中间包内，设置铜辊两侧的电磁铁输入电流，将铜辊表面喷带处的静磁场的磁感应强度调节至0.2T，利用单辊熔体快淬法将合金液喷射到表面线速度为30m/s的旋转铜辊表面，制备成非晶合金带材，制备的带材宽度为55mm，厚度为18μm；
(4)测定热力学参数：利用差示扫描量热仪(简称“DSC”，下同)以20℃/min的升温速率测量步骤(3)中制得的非晶合金带材的热力学参数，测定其晶化温度，以确定其热处理的温度范围；
(5)制备磁芯：将步骤(3)中制得的非晶合金带材辊剪成宽度为10mm的窄带材，利用磁芯卷绕机将窄带材卷绕成内径20mm、外径30mm、高度10mm的圆环磁芯；
(6)热处理：将步骤(5)中制得的磁芯放置在真空磁场热处理炉中，抽真空，通电加热，设置磁场方向为带材宽度方向，炉内磁感应强度为0.1T，以5℃/min的升温速度升温至400-550℃范围内，在400-550℃范围内经多段热处理200-300min，然后冷却至室温出炉得到高磁导率的纳米晶磁芯。
对经上述步骤制备得到的非晶纳米晶带材和磁芯进行如下检测：
(a)采用D8Advance型多晶X射线衍射仪(简称“XRD”，下同)测试步骤(3)中制得的非晶合金带材及步骤(6)中制得的纳米晶合金带材的XRD图谱。非晶合金带材的XRD图谱中只有一个宽化的弥散衍射峰，没有明显的晶体峰，说明带材中没有XRD可检测到的晶体相，应该为完全非晶态。经热处理制备成的纳米晶合金带材的XRD图谱中在45°、66°和84°附近出现了晶体峰，经分析该晶化相为单一的体心立方结构，即α-Fe。
(b)采用透射电子显微镜(简称“TEM”，下同)测试了步骤(6)中制得的纳米晶合金带材的微观结构，该纳米晶合金由尺寸在8-16nm范围的纳米晶粒和非晶合金基体组成。
(c)采用阻抗分析仪测试经磁场热处理后的纳米晶磁芯的磁导率随频率变化的图谱。图2给出该纳米晶磁芯的有效磁导率在10-1000kHz频率范围内的典型变化曲线，其在100kHz下的磁导率达到36100，在整个10-1000kHz频率范围内的磁导率都显著高出对比例。
(d)采用振动样品磁强计(简称“VSM”，下同)测量上述步骤(6)中所制得的纳米晶磁芯的带材样品的磁滞回线，显示于图4中，其饱和磁感应强度Bs达到1.42T。
对比例1：
与本发明的实施例1具有相同的组分表达式：Fe76Co0.2Si12.8B8Nb2Cu1。其与实施例1的区别在于：步骤(3)制备非晶合金带材和步骤(6)热处理环节均在无磁场条件下进行，其余方法、步骤和工艺参数与实施例1的相同。
对对比例1制备得到的非晶纳米晶合金带材和磁芯进行如实施例1中的各项检测。该对比例的非晶合金带材和纳米晶合金带材在XRD和TEM检测结果中，与实施例1的无明显区别，说明该对比例中制得的非晶纳米晶合金带材在材料的微观组织结构上与实施例1中的无明显差别。利用VSM测量热处理后纳米晶带材样品的磁滞回线，其饱和磁感应强度Bs达到1.42T，与实施例1的亦无区别。
但阻抗分析仪所测出的磁导率则与实施例1的有显著差别，如图2中所示，其在100kHz下的磁导率仅为12000，大大低于实施例1的磁导率。
对比例2：
与本发明的实施例1具有相同的组分表达式：Fe76Co0.2Si12.8B8Nb2Cu1。其与实施例1的区别在于：仅步骤(3)制备非晶合金带材环节是在无磁场条件下进行，其余方法、步骤和工艺参数与实施例1的相同。该对比例的磁芯是在0.1T的磁场条件下进行的热处理。
对对比例2制备得到的非晶纳米晶合金带材和磁芯进行如实施例1中的各项检测。该对比例的非晶合金带材和纳米晶合金带材在XRD和TEM检测结果中，与实施例1的无明显区别，说明该对比例中制得的非晶纳米晶合金带材在材料的微观组织结构上与实施例1中的无明显差别。利用VSM测量热处理后纳米晶带材样品的磁滞回线，其饱和磁感应强度Bs达到1.42T，与实施例1的亦无区别。
但阻抗分析仪所测出的磁导率与实施例1的有显著差别，如图2中所示，其在100kHz下的磁导率达到28000，明显低于实施例1的磁导率；但与对比例1相比，磁导率得到了大幅提升。由此可见，在非晶合金带材制备和热处理环节沿带材宽度方向施加磁场，对于提高带材的高频磁导率作用显著。
对比例3：
该对比例为目前产业化生产和应用的FINEMET纳米晶合金，其成分为Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1，带材厚度为18μm，宽度为10mm。其带材制备过程中未施加磁场。
采用磁芯卷绕机将带材卷绕成内径20mm、外径30mm、高度10mm的圆环磁芯。然后按照目前产业化生产中常用的热处理工艺进行磁场热处理：将磁芯放置在真空热处理炉中，抽真空，通电加热，以5℃/min的升温速度升温至380-540℃范围内，在380-540℃范围内经多段热处理300-350min，然后冷却至室温；之后将真空热处理后的纳米晶磁芯放置在真空磁场热处理炉中，抽真空，通电加热，以5℃/min的升温速度升温至450-500℃，在炉内施加0.1T的外加横向磁场(方向为带材宽度方向)，保温120-150min，随后冷却至室温出炉。
对该对比例的非晶合金带材、热处理后得到的纳米晶合金带材和磁芯进行如实施例1中的各项检测。该纳米晶磁芯及带材的饱和磁感应强度、100kHz下的有效磁导率数据列于表1中，纳米晶磁芯的磁导率在10-1000kHz频率范围内的典型变化曲线显示于图2，纳米晶带材的磁滞回线显示于图4。
表1实施例1及对比例1-3的带材制备和热处理的磁场条件和主要软磁性能指标
Figure BDA0002346194750000091
表1汇总出了实施例1及对比例1-3在带材制备和热处理的磁场条件上的差别，并对饱和磁感应强度Bs和100kHz下的磁导率μ(@100kHz)进行了对比。由表1中数据对比可见，本发明实施例1中所制备的纳米晶合金带材的高频磁导率均显著高于各个对比例，在带材制备和热处理两个关键环节创新性地同时施加合适的横向磁场是实施例1的合金展现出超高的高频磁导率的主要原因。另外，由于本发明实施例1所用的合金成分中铁磁性元素(Fe+Co)的含量比目前商业化的纳米晶合金(即对比例3)要高，所以实施例1中所制备出的纳米晶合金同时还兼备了更高的饱和磁感应强度。
实施例2
本实施例中，高磁导率非晶纳米晶合金组分表达式为：Fe78Co0.5Si10B8Nb2.5Cu1。
该非晶纳米晶合金带材的制备及热处理的方法和步骤如下：
(1)配料：按照合金组分表达式中各种元素的含量，称取质量百分比纯度不低于99％的纯铁、纯钴、纯硅、纯铜、硼铁合金和铌铁合金，配制本合金的原料；
(2)熔炼母合金：将步骤(1)中配好的Fe-Co-Si-B-Cu-Nb合金的原料加入到真空感应熔炼炉的坩埚中，抽真空至1Pa以下，通电加热，将合金原料全部熔化；待原料全部熔化后破真空、除渣，除渣干净后，反复“抽真空-熔炼-除渣”过程，直至合金液中不再出现杂质；然后降温，将熔炼好的合金液浇注到冷却模中冷却，获得成分均匀的母合金锭；
(3)制备非晶合金带材：将步骤(2)中制得的Fe-Co-Si-B-Cu-Nb母合金锭称取适量加入到制带机的真空感应熔炼炉坩埚中，抽真空至1Pa以下，通电加热，将母合金锭重熔，待母合金锭完全熔化后，将合金液浇注到制带机的中间包内，设置铜辊两侧的电磁铁输入电流，将铜辊表面喷带处的静磁场的磁感应强度调节至0.2T，利用单辊熔体快淬法将合金液喷射到表面线速度为30m/s的旋转铜辊表面，制备成非晶合金带材，制备的带材宽度为10mm，厚度为16μm；
(4)测定热力学参数：利用差示扫描量热仪(简称“DSC”，下同)以20℃/min的升温速率测量步骤(3)中制得的非晶合金带材的热力学参数，测定其晶化温度，以确定其热处理的温度范围；
(5)制备磁芯：将步骤(3)中制得的非晶合金带材利用磁芯卷绕机将窄带材卷绕成内径20mm、外径30mm、高度10mm的圆环磁芯；
(6)热处理：将步骤(5)中制得的磁芯放置在真空磁场热处理炉中，抽真空，通电加热，设置磁场方向为带材宽度方向，炉内磁感应强度为0.1T，以5℃/min的升温速度升温至400-540℃范围内，在400-540℃范围内经多段热处理200-300min，然后冷却至室温出炉得到高磁导率得纳米晶磁芯。
对经上述步骤制备得到的非晶纳米晶带材和磁芯进行如下检测：
(a)采用D8Advance型多晶X射线衍射仪(简称“XRD”，下同)测试步骤(3)中制得的非晶合金带材及步骤(6)中制得的纳米晶合金带材的XRD图谱。非晶合金带材的XRD图谱中只有一个宽化的弥散衍射峰，没有明显的晶体峰，说明带材中没有XRD可检测到的晶体相，应该为完全非晶态。经热处理制备成的纳米晶合金带材的XRD图谱中在45°、66°和85°附近出现了晶体峰，经分析该晶化相为单一的体心立方结构，即α-Fe。
(b)采用透射电子显微镜(简称“TEM”，下同)测试了步骤(6)中制得的纳米晶合金带材的微观结构，该纳米晶合金由尺寸在8-16nm范围的纳米晶粒和非晶合金基体组成。
(c)采用阻抗分析仪测试经磁场热处理后的纳米晶磁芯的磁导率随频率变化的图谱。图3给出该纳米晶磁芯的有效磁导率在10-1000kHz频率范围内的典型变化曲线，其在100kHz下的磁导率达到39800，在整个10-1000kHz频率范围内的磁导率都显著高出对比例。
(d)采用振动样品磁强计(简称“VSM”，下同)测量上述步骤(6)中所制得的纳米晶磁芯的带材样品的磁滞回线，显示于图4中，其饱和磁感应强度Bs达到1.56T。
对比例4：
与本发明的实施例2具有相同的组分表达式：Fe78Co0.5Si10B8Nb2.5Cu1，其与实施例2的区别在于：步骤(3)制备非晶合金带材和步骤(6)热处理环节均在无磁场条件下进行，其余方法、步骤和工艺参数与实施例2的相同。
用对比例4制备得到的非晶纳米晶合金带材和磁芯进行如实施例2中的各项检测。该对比例的非晶合金带材和纳米晶合金带材在XRD和TEM检测结果中，与实施例2的无明显区别，说明该对比例中制得的非晶纳米晶合金带材在材料的微观组织结构上与实施例2中的无明显差别。利用VSM测量热处理后纳米晶带材样品的磁滞回线，其饱和磁感应强度Bs达到1.56T，与实施例2的亦无区别。
但阻抗分析仪所测出的磁导率则与实施例1的有显著差别，如图3中所示，其在100kHz下的磁导率仅为15300，大大低于实施例2的磁导率。
对比例5：
与本发明的实施例2具有相同的组分表达式：Fe78Co0.5Si10B8Nb2.5Cu1。其与实施例2的区别在于：仅步骤(3)制备非晶合金带材环节是在无磁场条件下进行，其余方法、步骤和工艺参数与实施例2的相同。该对比例的磁芯是在0.1T的磁场条件下进行的热处理。
对对比例5制备得到的非晶纳米晶合金带材和磁芯进行如实施例2中的各项检测。该对比例的非晶合金带材和纳米晶合金带材在XRD和TEM检测结果中，与实施例2的无明显区别，说明该对比例中制得的非晶纳米晶合金带材在材料的微观组织结构上与实施例2中的无明显差别。利用VSM测量热处理后纳米晶带材样品的磁滞回线，其饱和磁感应强度Bs达到1.56T，与实施例2的亦无区别。
但阻抗分析仪所测出的磁导率与实施例2的有显著差别，如图3中所示，其在100kHz下的磁导率达到32000，明显低于实施例2的磁导率；但与对比例4相比，磁导率得到了大幅提升。由此可见，在非晶合金带材制备和热处理环节沿带材宽度方向施加磁场，对于提高带材的高频磁导率作用显著。
对比例6：
该对比例为目前产业化生产和应用的FINEMET纳米晶合金，其成分为Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1，带材厚度为16μm，宽度为10mm。其带材制备过程中未施加磁场。
采用磁芯卷绕机将带材卷绕成内径20mm、外径30mm、高度10mm的圆环磁芯。然后按照目前产业化生产中常用的热处理工艺进行磁场热处理：将磁芯放置在真空热处理炉中，抽真空，通电加热，以5℃/min的升温速度升温至380-540℃范围内，在380-540℃范围内经多段热处理300-350min，然后冷却至室温；之后将真空热处理后的纳米晶磁芯放置在真空磁场热处理炉中，抽真空，通电加热，以5℃/min的升温速度升温至450-500℃，在炉内施加0.1T的外加横向磁场(方向为带材宽度方向)，保温120-150min，随后冷却至室温出炉。
对该对比例的非晶合金带材、热处理后得到的纳米晶合金带材和磁芯进行如实施例2中的各项检测。该纳米晶磁芯及带材的饱和磁感应强度、100kHz下的有效磁导率数据列于表2中，纳米晶磁芯的磁导率在10-1000kHz频率范围内的典型变化曲线显示于图2，纳米晶带材的磁滞回线显示于图4。
表2实施例2及对比例4-6的带材制备和热处理的磁场条件和主要软磁性能指标
Figure BDA0002346194750000121
Figure BDA0002346194750000131
表2汇总出了实施例2及对比例4-6在带材制备和热处理的磁场条件上的差别，并对饱和磁感应强度Bs和100kHz下的磁导率μ(@100kHz)进行了对比。由表2中数据对比可见，本发明实施例2中所制备的纳米晶合金带材的高频磁导率均显著高于各个对比例，在带材制备和热处理两个关键环节创新性地同时施加合适的横向磁场是实施例2的合金展现出超高的高频磁导率的主要原因。另外，由于本发明实施例2所用的合金成分中铁磁性元素(Fe+Co)的含量比目前商业化的纳米晶合金(即对比例6)要高，所以实施例2中所制备出的纳米晶合金同时还兼备了更高的饱和磁感应强度。除此之外，由对比例3和对比例6可知，针对同一种带材，其厚度越薄，磁导率越高。
通过本发明实施例与上述对比例中非晶合金及其纳米晶合金在微观结构和主要软磁性能方面的比较可知，本发明通过对非晶合金制备过程装置设计以及热处理过程的工艺设计，制备出的非晶纳米晶合金软磁性能获得大幅提升，高频磁导率显著提高(在100kHz的磁导率达到35000以上)；同时由于合金中铁磁性元素(Fe+Co)的含量比目前商业化的FINEMET纳米晶合金更高，还获得了更高的饱和磁感应强度，达到1.35T以上。
上述实施例对本发明的技术方案进行了系统详细的说明，但不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高磁导率的非晶纳米晶合金的制备方法，其特征在于，步骤包括：
(1)配料：按照非晶纳米晶合金组分表达式中各种元素的含量，称取质量百分比纯度不低于99％的各种原料，配制Fe-Co-Si-B-Cu-M-M’合金的原料；
所述的非晶纳米晶合金组分表达式为FeaCobSicBdCueMfM’g，其中M为V、Ta和Nb中的至少一种，M’为Ti、Zr、Hf、Ni、Ge、Cr、Mn、W、Zn、Sn、Sb、Mo、Y和Al中的至少一种，a、b、c、d、e、f和g分别表示对应元素的原子百分含量，并满足：74≤a≤82，0.01＜b≤5，5≤c≤15，4≤d≤13，0.2≤e≤1.5，1≤f≤4，0≤g≤1且a+b+c+d+e+f+g＝100；
(2)熔炼母合金：将步骤(1)中配好的Fe-Co-Si-B-Cu-M-M’合金的原料加入到熔炼炉的坩埚中，将合金原料熔炼均匀并除渣，然后将熔炼好的合金液冷却，获得成分均匀的母合金锭；
(3)制备非晶合金带材：称取步骤(2)中制得的Fe-Co-Si-B-Cu-M-M’母合金锭，将其在带材制备设备上重熔，待母合金完全熔化后，利用单辊熔体快淬法将合金液喷射到旋转的铜辊表面制备成非晶合金带材，制带过程中在喷嘴至带材剥离铜辊之间的部分沿铜辊宽度方向施加静态磁场；
(4)磁场热处理：将步骤(3)中制备的非晶合金带材放入磁场热处理设备中进行热处理以析出纳米晶晶粒，在整个热处理过程中施加沿带材宽度方向的磁场，热处理后降温、取出，得到纳米晶合金材料。
2.根据权利要求1所述的高磁导率的非晶纳米晶合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的非晶纳米晶合金的组分表达式为FeaCobSicBdCueMfM’g，其中M为V、Ta和Nb中的至少一种，M’为Ti、Zr、Hf、Ni、Ge、Cr、Mn、W、Zn、Sn、Sb、Mo、Y和Al中的至少一种，a、b、c、d、e、f和g分别表示对应元素的原子百分含量，并满足：75≤a≤81，0.1＜b≤3，8≤c≤15，5≤d≤10，0.5≤e≤1.2，1.5≤f≤3，0≤g≤1且a+b+c+d+e+f+g＝100。
3.根据权利要求1-2任一权利要求所述的高磁导率的非晶纳米晶合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中施加的静态磁场由一对直流电磁铁产生，其磁感应强度的大小由电磁铁线圈中的电流来控制和调节。
4.根据权利要求1-2任一权利要求所述的高磁导率的非晶纳米晶合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的纳米晶合金是由非晶态的合金基体和均匀分布于基体中的尺寸为5-20nm范围的晶粒所组成的复合材料。
5.根据权利要求1-2任一权利要求所述的高磁导率的非晶纳米晶合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的热处理条件包括升温速率、保温温度、保温时间和施加的磁场强度。
6.根据权利要求1-2任一权利要求所述的高磁导率的非晶纳米晶合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的纳米晶合金在高频下具有超高磁导率：在100kHz频率下的磁导率达到35000以上。
CN201911395532.9A 2019-12-30 2019-12-30 一种高磁导率的非晶纳米晶合金的制备方法 Active CN111057970B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911395532.9A CN111057970B (zh) 2019-12-30 2019-12-30 一种高磁导率的非晶纳米晶合金的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911395532.9A CN111057970B (zh) 2019-12-30 2019-12-30 一种高磁导率的非晶纳米晶合金的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111057970A true CN111057970A (zh) 2020-04-24
CN111057970B CN111057970B (zh) 2020-11-10

Family

ID=70304620

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911395532.9A Active CN111057970B (zh) 2019-12-30 2019-12-30 一种高磁导率的非晶纳米晶合金的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111057970B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113174554A (zh) * 2021-04-02 2021-07-27 酒泉钢铁(集团)有限责任公司 一种铁基非晶纳米晶复合聚磁介质棒及其制备方法
CN114150235A (zh) * 2020-11-30 2022-03-08 佛山市中研非晶科技股份有限公司 非晶纳米晶母合金及其制备方法
CN114574784A (zh) * 2020-11-30 2022-06-03 松山湖材料实验室 高Fe含量的铁基非晶合金及其制备方法
CN115141981A (zh) * 2022-08-16 2022-10-04 北京航空航天大学 FePCBCuM纳米晶合金及其制备方法
US20220393508A1 (en) * 2021-05-25 2022-12-08 Shenzhen Yn Tech Co., Ltd. Nanocrystalline magnetic conductive sheet for wireless charging and preparation method therefor
CN116377277A (zh) * 2023-02-28 2023-07-04 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种非晶或纳米晶软磁合金及其制备方法与应用
CN117626134A (zh) * 2023-12-28 2024-03-01 东莞市昱懋纳米科技有限公司 高频高磁导率铁基纳米晶合金及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002146494A (ja) * 2000-11-09 2002-05-22 Alps Electric Co Ltd 軟磁性合金及び軟磁性合金薄帯
JP2004176167A (ja) * 2002-11-29 2004-06-24 Toshiba Corp アモルファス合金薄帯およびそれを用いた磁心
CN103451578A (zh) * 2013-08-20 2013-12-18 青岛云路新能源科技有限公司 铁基非晶带材及其制造方法、变压器铁芯和变压器
JP2016145373A (ja) * 2015-02-06 2016-08-12 Ｎｅｃトーキン株式会社 Ｆｅ基ナノ結晶合金の製造方法
CN106702291A (zh) * 2017-01-25 2017-05-24 青岛云路先进材料技术有限公司 一种铁基非晶合金及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002146494A (ja) * 2000-11-09 2002-05-22 Alps Electric Co Ltd 軟磁性合金及び軟磁性合金薄帯
JP2004176167A (ja) * 2002-11-29 2004-06-24 Toshiba Corp アモルファス合金薄帯およびそれを用いた磁心
CN103451578A (zh) * 2013-08-20 2013-12-18 青岛云路新能源科技有限公司 铁基非晶带材及其制造方法、变压器铁芯和变压器
JP2016145373A (ja) * 2015-02-06 2016-08-12 Ｎｅｃトーキン株式会社 Ｆｅ基ナノ結晶合金の製造方法
CN106702291A (zh) * 2017-01-25 2017-05-24 青岛云路先进材料技术有限公司 一种铁基非晶合金及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李山红等: "磁场退火对Fe80Si9B11非晶合金的磁致伸缩特性影响", 《钢铁研究学报》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114150235A (zh) * 2020-11-30 2022-03-08 佛山市中研非晶科技股份有限公司 非晶纳米晶母合金及其制备方法
CN114574784A (zh) * 2020-11-30 2022-06-03 松山湖材料实验室 高Fe含量的铁基非晶合金及其制备方法
CN113174554A (zh) * 2021-04-02 2021-07-27 酒泉钢铁(集团)有限责任公司 一种铁基非晶纳米晶复合聚磁介质棒及其制备方法
US20220393508A1 (en) * 2021-05-25 2022-12-08 Shenzhen Yn Tech Co., Ltd. Nanocrystalline magnetic conductive sheet for wireless charging and preparation method therefor
US11770022B2 (en) * 2021-05-25 2023-09-26 Shenzhen Yn Tech Co., Ltd. Nanocrystalline magnetic conductive sheet for wireless charging and preparation method therefor
CN115141981A (zh) * 2022-08-16 2022-10-04 北京航空航天大学 FePCBCuM纳米晶合金及其制备方法
CN115141981B (zh) * 2022-08-16 2023-09-22 北京航空航天大学 FePCBCuM纳米晶合金及其制备方法
CN116377277A (zh) * 2023-02-28 2023-07-04 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种非晶或纳米晶软磁合金及其制备方法与应用
CN117626134A (zh) * 2023-12-28 2024-03-01 东莞市昱懋纳米科技有限公司 高频高磁导率铁基纳米晶合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111057970B (zh) 2020-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111057970B (zh) 一种高磁导率的非晶纳米晶合金的制备方法
CN104934179B (zh) 强非晶形成能力的铁基纳米晶软磁合金及其制备方法
CN111850431B (zh) 一种含亚纳米尺度有序团簇的铁基非晶合金、制备方法及其纳米晶合金衍生物
EP3522186B1 (en) Nanocrystal alloy magnetic core, magnetic core unit, and method for manufacturing nanocrystal alloy magnetic core
CN101834046B (zh) 高饱和磁化强度铁基纳米晶软磁合金材料及其制备方法
CN106756643B (zh) 一种铁基非晶纳米晶软磁合金及其制备方法
CN107393673B (zh) 一种铁基非晶纳米晶软磁合金及其制备方法
CN106119739B (zh) 铁基非晶纳米晶软磁合金及其制备方法
CN110387500B (zh) 一种高磁感高频铁基纳米晶软磁合金及其制备方法
Pang et al. Fluxing purification and its effect on magnetic properties of high-Bs FeBPSiC amorphous alloy
CN102304669A (zh) 高饱和磁感应强度低成本铁基纳米晶软磁合金
CN109930080B (zh) 一种无铜纳米晶软磁合金及其制备方法
CN106756644B (zh) 一种基于硅元素的铁基非晶纳米晶软磁合金及其制备方法
CN104619875A (zh) 超微晶合金薄带、微晶软磁合金薄带及使用其的磁性部件
CN106373690A (zh) 一种具有良好工艺性能、高饱和磁感应强度的纳米晶软磁合金及其制备方法
CN106834930B (zh) 具有高磁感应强度高杂质兼容性的铁基纳米晶合金及利用工业原料制备该合金的方法
CN111636039A (zh) 一种高饱和磁化强度Fe-B-P-C-Cu-M系非晶纳米晶软磁合金及制备方法
CN116479321B (zh) 一种纳米晶软磁合金带材及其制备方法和应用
Kernion et al. High induction, low loss FeCo-based nanocomposite alloys with reduced metalloid content
Xiao et al. Industrialization of a FeSiBNbCu nanocrystalline alloy with high B s of 1.39 T and outstanding soft magnetic properties
Cao et al. High-frequency magnetic characteristics and operating thermal stability of industrialized Fe76Si13B8Nb2Cu1 nanocrystalline alloy
CN110093565B (zh) 晶化窗口宽、软磁性能可控的铁基纳米晶合金及其制备方法
CN115732160A (zh) 一种全金属铁基纳米晶软磁合金及其制备方法和磁芯
CN100372033C (zh) 漏电保护器用抗直流偏磁互感器磁芯及其制造方法
CN112962024B (zh) 一种类Finemet型Fe基纳米晶软磁合金及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant