CN112652435A - 一种具有优异高温软磁性能的铁基纳米晶合金 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有优异高温软磁性能的铁基纳米晶合金，由铁基合金制备而成；该铁基纳米晶合金以原子百分比计由下述组分组成：Cu：0～1.5％；Nb：0～3.5％；Si：8～15％；B：6～13％；Y：0.1～5％；Fe：余量。本发明通过优化合金配方设计，在铁基纳米晶合金成份的基础上通过添加少量稀土元素Y，制备出的铁基纳米晶合金薄带，具有优异的高温软磁性能。

Description

一种具有优异高温软磁性能的铁基纳米晶合金
技术领域
本发明属于铁基合金材料技术领域，具体涉及一种具有优异高温软磁性能的铁基纳米晶合金。
背景技术
铁基纳米晶合金材料标准成分为Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9，目前已广泛应用在电力、电子领域。但未来的磁性器件开始向小型、节能方向发展，应用领域和场所也愈来愈广泛，尤其是随着新能源汽车的发展，铁基纳米晶合金材料在汽车电子中的应用，环境工况非常恶劣。现有的材料在高温环境下，磁性能稳定性较差。
目前对铁基合金改性的研究大多针对常温性能，如专利申请CN103924169A公开一种微量稀土钇改性的低成本高导磁铁基纳米晶合金，加入微量钇0.0003％～0.02％(化学成分重量比)，并控制Nb含量，使得制备得到的铁基纳米晶合金具有优异的导磁性。
但是，当铁基纳米晶磁芯主要用在电源产品中，其温度范围最高在大概60℃；而铁基合金应用于电动汽车的车载电子系统时，其对高温性能的要求要大于常规产品的应用，如汽车电子要求至少在120℃，如果应用在汽车发动机周边的设备，那使用时温度可高达150℃。目前现有的铁基合金材料一旦周遭温度上升(尤其是高于120℃时)，材料本身则会因为发热而本身结构产生变化，使得在高温下材料的稳定性变差，尤其是磁导率。
因此，如何提供一种在高温环境下磁导率依然稳定，是当前软磁合金铁芯或软磁合金铁芯磁芯生产制备的现实需要面对和解决的问题，具有广泛的应用性。
发明内容
针对现有技术中的不足与难题，本发明旨在提供一种具有优异高温软磁性能的铁基纳米晶合金，通过优化合金配方设计，添加少量稀土元素钇；经配料、炼钢、铸造制备出铁基纳米晶合金薄带，具有优异的高温性能。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种具有优异高温软磁性能的铁基纳米晶合金，由铁基合金制备而成；该铁基纳米晶合金以原子百分比计由下述组分组成：Cu:0～1.5％；Nb:0～3.5％；Si:8～15％；B:6～13％；Y:0.1～5％；Fe:余量。
优选地，该铁基纳米晶合金中Nb、B、Si、Y单质元素的制备原材料分别采用铌铁、硼铁、硅铁、钇铁合金。
钇(Y)作为磁性元素，本发明在铁基合金中添加钇提高了磁性元素占比，同时，钇原子固溶在铁原子晶格结构中，弥散分布在α-铁基体中，在退火处理过程中阻碍了铁原子的移动，阻碍了晶粒长大，故钇元素的加入能起到细化晶粒的作用，晶粒细化提高了铁基合金的磁性能。
与现有技术相比，本发明的铁基纳米晶合金具有高磁导率以及优秀的高温性能，在高温下稳定性非常好，具有优异的高温软磁性。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地说明。
实施例1
具有优异高温软磁性能的铁基纳米晶合金，其化学成分为Fe73.5Cu1Nb2.5Si13.5B9Y0.5。
按照上述化学成分的原子百分比配制原材料共3kg，其中Nb、Si、B、Y分别采用铌铁、硅铁、硼铁、钇铁合金；
加料顺序为先将纯铁和铌铁放进非真空感应炉熔炼中，待完全熔化后再加入硼铁和电解铜，硅铁和钇铁最后加入；熔炼的温度1520℃左右，均匀冶炼40min后，倒入冷却铸盘，形成母合金钢锭；
将冶炼好的母合金钢锭放入石英管中进行二次重熔，即二次均匀熔炼，温度1300℃左右，熔炼25min后，钢液在氩气气体的恒压力作用下从底部的喷嘴流至高速旋转的铜辊，以30m/s线速度、通过控制喷嘴与铜辊之间缝隙的距离为0.5mm喷出带材，所喷制带材，宽度为15mm，厚度为20-24um，具有高磁导率以及优秀的高温性能；经退火热处理后，即为上述化学成分的具有优异高温软磁性能的纳米晶合金，1kHz和10kHz的磁导率数据如表1和表2所示。
实施例2
除了配制的原材料比例不同，其他制备方法与实施例1相同，制备出具有优异高温软磁性能的铁基纳米晶合金，其化学成分为Fe73.5Cu1Nb2Si13.5B9Y1。
对该铁基纳米晶合金的带材进行磁导率数据测定，1kHz和10kHz的磁导率数据如表1和表2所示。
实施例3
除了配制的原材料比例不同，其他制备方法与实施例1相同，制备出具有优异高温软磁性能的铁基纳米晶合金，其化学成分为Fe73.5Cu1Nb1.5Si13.5B9Y1.5。
对该铁基纳米晶合金的带材进行磁导率数据测定，1kHz和10kHz的磁导率数据如表1和表2所示。
实施例4
除了配制的原材料比例不同，其他制备方法与实施例1相同，制备出具有优异高温软磁性能的铁基纳米晶合金，其化学成分为Fe73Cu1Nb3Si13.5B9Y0.5。
对该铁基纳米晶合金的带材进行磁导率数据测定，1kHz和10kHz的磁导率数据如表1和表2所示。
实施例5
除了配制的原材料比例不同，其他制备方法与实施例1相同，制备出具有优异高温软磁性能的铁基纳米晶合金，其化学成分为Fe72.5Cu1Nb3Si13.5B9Y1。
对该铁基纳米晶合金的带材进行磁导率数据测定，1kHz和10kHz的磁导率数据如表1和表2所示。
实施例6
除了配制的原材料比例不同，其他制备方法与实施例1相同，制备出具有优异高温软磁性能的铁基纳米晶合金，其化学成分为Fe72Cu1Nb3Si13.5B9Y1.5。
对该铁基纳米晶合金的带材进行磁导率数据测定，1kHz和10kHz的磁导率数据如表1和表2所示。
将实施例1～6制备的铁基纳米晶合金带材进行磁导率数据测定，该磁导率通过测量电感值换算出来的相对磁导率，是绝对磁导率数值与真空磁导率数值的比值。其中1kHz的磁导率数据如表1所示、10kHz的磁导率数据如表2所示。
表1实施例1～6制备的铁基纳米晶合金的1kHz的磁导率
30℃ 60℃ 90℃ 120℃ 150℃
实施例1 140.38k 143.33k 143.86k 139.12k 128.02k
实施例2 75.80k 77.05k 82.75k 83.60k 83.45k
实施例3 21.97k 22.61k 22.92k 23.29k 23.68k
实施例4 138.27k 153.99k 159.37k 156.86k 145.71k
实施例5 104.92k 118.38k 126.77k 134.66k 133.55k
实施例6 59.42k 65.60k 68.96k 70.72k 72.07k
表2实施例1～6制备的铁基纳米晶合金的10kHz的磁导率
30℃ 60℃ 90℃ 120℃ 150℃
实施例1 79.27k 82.68k 86.50k 89.17k 89.00k
实施例2 53.45k 54.89k 59.49k 61.82k 67.03k
实施例3 21.46k 22.17k 22.47k 22.82k 23.22k
实施例4 73.28k 79.96k 88.00k 93.92k 97.34k
实施例5 62.03k 67.45k 73.63k 79.86k 85.59k
实施例6 48.02k 51.88k 55.55k 58.51k 61.38k
由表1和表2可以明显看出，本实施例制备的铁基纳米晶合金随着温度的升高，其磁导率在变化并不大，部分铁基纳米晶合金在120℃～150℃的高温下甚至相对于常温下有小幅度升高，故而该材料本身不会因为发热而本身结构产生变化，即在高温下材料的稳定性非常好，具有优异的高温软磁性。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种具有优异高温软磁性能的铁基纳米晶合金，其特征在于：由铁基合金制备而成；该铁基纳米晶合金以原子百分比计由下述组分组成：Cu：0～1.5％；Nb：0～3.5％；Si：8～15％；B：6～13％；Y：0.1～5％；Fe：余量。
2.根据权利要求1所述的一种具有优异高温软磁性能的铁基纳米晶合金，其特征在于：所述铁基纳米晶合金中Nb、B、Si、Y单质元素的制备原材料分别采用铌铁、硼铁、硅铁、钇铁合金。
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