CN111945081A - 一种高饱和磁感应强度的Fe基非晶软磁材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高饱和磁感应强度的Fe基非晶软磁材料及其制备方法，其为Fe‑Co‑B‑Y‑Cu‑Al系非晶软磁带材，成分为Fe₈₀Co_xB₁₂Y₄(Cu₅₀Al₅₀)_4‑x，其中x为非晶软磁带材中Co元素的原子百分数，0≤x≤4。本发明的Fe‑Co‑B‑Y‑Cu‑Al系非晶合金软磁带材具有较高的饱和磁感应强度和狭窄的磁滞回线，是良好的软磁材料，具有广阔的应用前景。

Description

一种高饱和磁感应强度的Fe基非晶软磁材料及其制备方法

技术领域

本发明属于非晶合金带材及其软磁性能应用领域，具体涉及一种高饱和磁感应强度的Fe基非晶软磁材料及其制备方法。

背景技术

磁铁的使用在人类文明中有着悠久的历史，最早可见古籍中记载的“慈石”用以说明其如慈母对孩子有天然吸引般对铁的吸引力。早期的磁铁在人类探索世界的过程中起到了重要的作用，从丝绸之路到发现新大陆，都与磁铁有不可分割的关系。

19世纪末，随着电力及电讯技术的兴起，软磁材料开始被大规模使用在电机、变压器以及电话机的磁感线圈中。人类文明发展到今天已经无法离开电器以及各种方便的电子通讯、网络通讯，而这些领域中软磁起到了关键的作用。无线电、雷达、广播、集成电路、手机、电脑、可读写软盘等等，人类也越来越渴求具有更加优良软磁性能的材料：铁粉、氧化铁、低碳钢、硅钢片、坡莫合金，直至20世纪70年代，非晶软磁材料进入了人们的视野中。

非晶态合金原子以无规则密堆的方式相邻，并且以金属键结合，因而保持了很多与金属相关的特性；而又由于其原子排列长程无序、短程有序的微观特征，表现出了很多优异的物理、化学和机械性能。在众多已开发的非晶态合金材料中，由于铁基非晶合金具有极高的强度、优良的软磁性能和明显的成本优势，因而成为最早开发和最具商业价值的非晶态合金材料。在功能磁性材料方面，正在取代传统的硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁芯、互感器、传感器等的首选材料。

鉴于非晶合金的种种优良性能以及在软磁性能方面的潜力，设计一种基于过渡金属Fe的非晶合金以推动非晶软磁材料的使用，是非常有意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一系列新组分的Fe基非晶软磁材料及其制备方法，且该系列非晶材料具有较高的饱和磁感应强度以及狭窄的磁滞回线，说明其具有较好的软磁性能。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

一种高饱和磁感应强度的Fe基非晶软磁材料，其特点在于：所述Fe基非晶软磁材料为Fe-Co-B-Y-Cu-Al系非晶软磁带材，其成分为Fe₈₀Co_xB₁₂Y₄(Cu₅₀Al₅₀)_4-x，其中x为非晶软磁带材中Co元素的原子百分数(a.t.％)，0≤x≤4。

进一步地，所述Fe-Co-B-Y-Cu-Al系非晶软磁带材所用合金原材料B、Y、Cu纯度为99.9wt.％，其余原材料纯度均不低于99.00wt.％。

上述Fe基非晶软磁材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、原材料的处理

取Fe、Co、Y、Cu、Al的金属单质，通过机械打磨、除油(碱洗除油或电解除油)、酸洗，除去表面的氧化物和油脂物质，保证原材料表面无其它杂质；

步骤2、母合金锭的制备

按照名义成分Fe₈₀Co_xB₁₂Y₄(Cu₅₀Al₅₀)_4-x，将处理后的Fe、Co、Y、Cu、Al金属单质和高纯B颗粒进行配料，然后在高纯氩气保护下，用真空电弧熔炼炉熔炼，得到母合金铸锭；

步骤3、高真空甩带

利用感应加热的方式将步骤2制得的母合金铸锭熔化，然后通过熔体旋淬法，得到Fe-Co-B-Y-Cu-Al系非晶软磁带材。

本发明所得Fe-Co-B-Y-Cu-Al系非晶合金软磁带材的厚度范围在10-50μm。

1、本发明有益效果体现在：

2、本发明的Fe-Co-B-Y-Cu-Al系非晶合金软磁带材是一种新的非晶成分，为非晶金属做出了新的探索；

3、本发明的Fe-Co-B-Y-Cu-Al系非晶合金软磁带材具有较高的饱和磁感应强度和狭窄的磁滞回线，是良好的软磁材料，具有广阔的应用前景；

4、本发明的Fe-Co-B-Y-Cu-Al系非晶合金软磁带材采用熔体旋淬法制备，制备方法简单、易操作、成本低、环境友好，整个制备过程不需要特殊设备，具有规模化工业生产的前景，得到的合金带材品质较高。

附图说明

图1为实施例1所得Fe₈₀Co₃B₁₂Y₄Cu_0.5Al_0.5非晶合金软磁带材的X射线衍射图谱；

图2为实施例1所得Fe₈₀Co₃B₁₂Y₄Cu_0.5Al_0.5非晶合金软磁带材振动样品磁强计下所测得的磁滞回线；

图3为实施例1在测得密度后，计算所得Fe₈₀Co₃B₁₂Y₄Cu_0.5Al_0.5非晶合金软磁带材的饱和磁感应强度。

具体实施方式

下面通过实施例和附图对本发明的技术方案进行详细的说明。

实施例1

本实施例所用合金原材料B、Y、Cu纯度为99.9wt.％，其余原材料纯度均不低于99.00wt.％。

本实施例按如下步骤制备Fe₈₀Co₃B₁₂Y₄Cu_0.5Al_0.5非晶合金软磁带材：

步骤1、原材料的处理

取Fe、Co、Y、Cu、Al的金属单质，通过机械打磨、碱洗除油、酸洗，除去表面的氧化物和油脂物质，保证原材料表面无其它杂质；

步骤2、母合金锭的制备

按照名义成分Fe₈₀Co₃B₁₂Y₄Cu_0.5Al_0.5，将处理后的Fe、Co、Y、Cu、Al金属单质和高纯B颗粒采用日本岛津AUY120的分析天平进行称重并调配，然后放入真空电弧熔炼炉(熔炼炉型号为北京物科光电WK-Ⅱ型)。对熔炼炉进行清洗后，为防止熔炼过程中氧化，需将真空电弧熔炼炉内抽至3×10^-3Pa以下，通入高纯氩气后，在熔炼该成分材料前，对同时在真空电弧熔炼炉内的海绵钛进行熔炼，该步骤是为了吸收真空炉内可能存在的残余氧气。母合金在炉内以60A电流引弧后，以250A电流反复熔炼4次以上以确保各组分熔融且成分均匀，得到母合金铸锭。

步骤3、高真空甩带

利用真空感应熔炼甩带机(型号为沈科仪DHL500Ⅱ型)对步骤2制得的母合金铸锭熔化。对设备进行清洗并检测无故障后，将母合金铸锭放入玻璃试管内并固定于熔炼炉中，以机械泵、分子泵将炉内真空度抽至3×10^-3Pa以下，接入电流并调整至35A以上后熔化至金属熔融，液滴将从玻璃试管底部开口滴落，随后关闭电流同时进行喷铸，通过铜辊的导热及旋转将液滴甩出形成带状，使熔融态合金快速冷却，得到具有良好软磁性能的Fe₈₀Co₃B₁₂Y₄Cu_0.5Al_0.5非晶合金软磁带材。

用X射线衍射法(设备型号为日本理学D/MAX2500)表征本实施例所得Fe₈₀Co₃B₁₂Y₄Cu_0.5Al_0.5非晶合金软磁带材的结构，结果如图1所示，可以确定所得合金带材为非晶态合金。

在SQUID-VSM设备(型号为MPMSXL-7)中测试本实施例所得Fe₈₀Co₃B₁₂Y₄Cu_0.5Al_0.5非晶合金软磁带材的磁化曲线，测得其饱和状态时单位质量样品沿磁场方向的总磁矩约为183emu/g。再使用日本岛津AUY120的分析天平多次以排水法计算其密度后，测得其饱和磁感应强度约为1.679T，属于较高水准。且从图中可以看出该材料磁滞回线狭长，也表明了其磁滞损耗较小，说明了该非晶软磁条带良好的软磁性能。

以上仅为本发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高饱和磁感应强度的Fe基非晶软磁材料，其特征在于：所述Fe基非晶软磁材料为Fe-Co-B-Y-Cu-Al系非晶软磁带材，其成分为Fe₈₀Co_xB₁₂Y₄(Cu₅₀Al₅₀)_4-x，其中x为非晶软磁带材中Co元素的原子百分数，0≤x≤4。

2.根据权利要求1所述的Fe基非晶软磁材料，其特征在于：所述Fe-Co-B-Y-Cu-Al系非晶软磁带材所用合金原材料B、Y、Cu纯度为99.9wt.％，其余原材料纯度均不低于99.00wt.％。

3.一种权利要求1～2中任意一项所述Fe基非晶软磁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、原材料的处理

取Fe、Co、Y、Cu、Al的金属单质，通过机械打磨、除油、酸洗，除去表面的氧化物和油脂物质；

步骤2、母合金锭的制备

按照名义成分Fe₈₀Co_xB₁₂Y₄(Cu₅₀Al₅₀)_4-x，将处理后的Fe、Co、Y、Cu、Al金属单质和高纯B颗粒进行配料，然后在高纯氩气保护下，用真空电弧熔炼炉熔炼，得到母合金铸锭；

步骤3、高真空甩带

利用感应加热的方式将步骤2制得的母合金铸锭熔化，然后通过熔体旋淬法，得到Fe-Co-B-Y-Cu-Al系非晶软磁带材。

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