CN116344144A - 一种纳米晶软磁合金及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米晶软磁合金，由非晶前驱体带材经快速热处理制备而成，非晶前驱体带材的组成为FeaSibBcPdNieCufMg，其中a+b+c+d+e+f+g＝100，M为Nb，Mo或Ta元素中的一种或两种，0<f≤1.8，0.4≤g≤2，1≤e/f≤3，带材中各元素的原子百分含量为：77≤a≤83，3≤b≤5，6≤c≤12，2≤d≤5，0.8≤e≤3，0.8≤f≤1.8，0.4≤g≤2；快速热处理为在100‑5000℃/s的平均升温速率下将带材加热至450‑550℃，保温5‑600s。本发明还公开了所述的纳米晶软磁合金在变压器软磁芯、电感线圈磁芯和电机定子铁心中的应用。本发明的合金具有高的饱和磁感、低的矫顽力、优的软磁合金性能且质量稳定性易于保持，其制备过程简单，对带材质量要求不高，热处理温度和时间窗口宽，适合产业化应用。
Description
技术领域
本发明涉及磁性功能材料领域，具体涉及一种纳米晶软磁合金及其应用。
背景技术
高饱和磁感纳米晶材料由于能量传输密度高和节能环保等优势，在电力、电子领域具有重要应用价值。在实际应用中，软磁材料的饱和磁感对器件的体积具有重要影响，高饱和磁感是实现器件小型化的重要指标。而软磁材料的软磁性能则决定器件的铁磁损耗，是保证器件能量效率与工作频率的前提。兼具高饱和磁感与优异软磁性能对软磁材料是非常重要的。
铁基纳米晶软磁材料是一种通过热处理晶化技术在非晶基体上析出纳米晶晶粒的新型软磁材料。期刊Journal of Applied Physics第64卷第10期第6044-6046页“NewFe-based soft magnetic-alloys composed of ultrafine grain-structure”公开了一种FeSiBNbCu合金(FINEMET)，这是最早公开的铁基纳米晶软磁材料。
铁基纳米晶软磁材料具有如下特点：(1)连续化批量制备高度可行：利用熔体快淬技术可生产连续的铁基非晶带材，随后通过热处理使非晶纳米材料晶化获得纳米晶材料；(2)独特的微观结构：铁基纳米晶合金具有50nm以下的α-Fe纳米晶相与残余非晶相构成的双相结构，该双相结构均匀分布，具有较强的磁交换耦合；(3)综合软磁性能优异：饱和磁感主要取决于成分，而软磁性能(矫顽力、磁导率等)受微观结构影响很大，铁基纳米晶软磁材料兼具较高的磁感应强度、低矫顽力和高磁导率等特点。
铁基纳米晶软磁合金由于其优异的性能被誉为新型“双绿色节能战略新材料”。其FINEMET类合金已实现产业化，替代坡莫合金、软磁铁氧体和钴基非晶合金在高频电力电子和电子信息领域中获得了广泛的应用。
为进一步提高铁基纳米晶软磁材料的饱和磁感应强度，使其更适用于功率型应用，推动器件小型化发展，科技工作者开展了大量的研究。授权公告号为US 5449419 B发明专利公开了一种高磁通密度(1.5-1.7T)和高磁导率的Fe-M-B-Cu(M为Zr、Hf或Nb等元素)系合金(NANOPERM)。但是，其含有较大含量的前过渡金属元素，价格较高且易氧化，需要在真空条件下制备，至今未能得到推广应用。
授权公告号为CN 102741437 B的发明专利申请公开了一种Fe-Si-B-P-(C)-Cu系NANOMET合金，该合金磁感应强度可达1.8T以上，矫顽力最低可达7A/m。但是，其最大矫顽力可达100A/m，且制带工艺和热处理条件要求较高，至今也未得到推广应用。
高饱和磁感纳米晶材料往往具有较高的铁含量，非晶前驱体热处理晶化过程如果升温速率低，铁晶粒容易长大，软磁性能变差。快速升温热处理工艺可以有效地在饱和磁感1.75T以上的非晶合金中实现极高的形核速率，是实现高饱和磁感纳米晶合金工业化生产及广泛应用的关键。
授权公告号为CN 107532267 B的发明专利公开了一种纳米晶磁性合金，为FeCuxBySizAaXb，各元素的原子百分含量为0.6≤x<1.2、10≤y≤20、0<z≤10、0≤(y+z)≤24、0≤a≤10、0≤b≤5，其余为Fe和附带杂质，其中A选自Ni、Mn、Co、V、Cr、Ti、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta或W的至少一种元素，X选自Re、Y、Zn、As、In、Sn或稀土元素的至少一种元素。其热处理方法是以大于50℃/s的平均加热速率从室温或更高温度升至在430-530℃的范围内变动的预定保持温度以加热纳米晶体合金带，加热和保温的组合持续时间为3-15秒，所得合金具有超过1.7T的饱和磁感应强度和小于6.5A/m的矫顽力，1.5T和50Hz下的磁芯损失小于0.27W/kg。
授权公告号为CN 109844873 B的发明专利公开了一种兼备高饱和磁化和低矫顽力的纳米晶软磁材料及制造方法(HiBperm)。该材料分子式为Fe100-x-yBxMy和Fe100-a-b- cBaCubMc，M为Nb、Mo、Ta、W、Ni、Co和Sn中的一种元素，其中各元素的原子百分含量为10≤x≤16、0≤y≤8、10≤a≤16、0<b≤2、0≤c≤8。将上述组成的非晶相合金以升温速率为125℃/s以上加热，在结晶化开始温度以上且低于Fe-B化合物的生成开始温度保持0-17s，可获得饱和磁感1.75T以上，矫顽力1.4-19A/m的纳米晶合金。
虽然上述现有技术的热处理工艺具有连续生产铁基纳米晶合金的可行性，但是其热处理时间窗口极短，少于20s，且实现最优软磁性能所需温度范围小，生产过程中控制难度很高，优选性能不易稳定保持。
目前现有高饱和磁感纳米晶软磁合金(Bs≥1.75T)由于其成分中铁含量较高，玻璃形成能力较差，使实现临界冷却速率所需的带材厚度过薄，在工业技术上难以满足，继而导致带材质量变差，影响软磁性能。此外，高升温速率热处理是保证高饱和磁感纳米晶软磁合金软磁性能的前提，但是目前基于该技术的合金存在最佳热处理窗口窄，生产过程中控制难度高，优选性能难以稳定实现。
鉴于上述现有技术的不足，基于高升温速率热处理技术，开发适配于目前工业水平制带技术、饱和磁感高、软磁性能优异、且最佳热处理温度与时间窗口宽阔的新型铁基纳米晶合金材料显得尤为重要。
发明内容
为克服现有技术中高饱和磁感纳米晶软磁合金非晶形成能力低、软磁性能差、热处理控制难度高等缺陷，本发明提供了一种纳米晶软磁合金，该合金具有高的饱和磁感、低的矫顽力、优的软磁合金性能且质量稳定性易于保持，其制备方法简单，适合产业化应用。
一种纳米晶软磁合金，由非晶前驱体带材经快速热处理制备而成，所述非晶前驱体带材的组成为FeaSibBcPdNieCufMg，其中a+b+c+d+e+f+g＝100，M为Nb，Mo或Ta元素中的一种或两种，0<f≤1.8，0.4≤g≤2，1≤e/f≤3。
优选地，所述的非晶前驱体带材中各元素的原子百分含量为：77≤a≤83，3≤b≤5，6≤c≤12，2≤d≤5，0.8≤e≤3，0.8≤f≤1.8，0.4≤g≤2。
本发明通过合金成分的设计配合快速热处理方案，采用较高的Fe、Ni含量，保证了合金的饱和磁感，采用一定原子百分比的B、P、Ni和Mo、Nb、Ta元素保证合金的非晶形成能力，控制Si、Cu和Mo、Nb、Ta的含量来调整合金晶化的动力学参数，通过高升温速率热处理保证了合金的软磁性能，并通过Ni与Cu的合理添加进一步使合金的软磁性能获得了提升。
优选地，所述的非晶前驱体带材由符合上述组成的合金原料经熔体快淬法制备得到。本发明制备得到的非晶前驱体带材表面光滑、边缘整齐，韧性满足180°折叠后不会断裂。
本发明在高Fe含量的基础上，通过材料本身7-8元的高复杂性，经过合理调控的非金属元素B和P以及掺杂Ni与前过渡金属Nb、Mo或Ta的含量，提升了合金材料的非晶形成能力，其非晶形成能力满足形成17-20um厚的非晶带材，低于工业指标，制造的难度不高。
优选地，所述的非晶前驱体带材为完全非晶或者带有部分纳米晶粒。所述带有部分纳米晶粒的非晶前驱体带材的自由面表面存在晶化层。
本发明可以在非晶前驱体带材表面存在晶化层的前提下，通过快速热处理制备纳米晶软磁合金，且所得的合金软磁性能优异，降低了对非晶带材质量的要求，提升了产品质量的稳定性。
优选地，所述的快速热处理为在100-5000℃/s的平均升温速率下将非晶前驱体带材加热至450-550℃，保温5-600s，所述的快速热处理的温度窗口为30-60℃，时间窗口为600-60s。
相比同类快速升温热处理(升温速率≥10℃/s)，本发明可以在更宽阔的热处理温度窗口与时间窗口内保持纳米晶软磁合金的最优性能组合，降低了快速热处理过程中的控制精度需求，提升了产品质量的稳定性，适合产业化应用。
本发明通过控制合金原料中Si与Nb、Mo、Ta的含量以及同时添加Ni与Cu并控制二者比例，调控该合金初次晶化与二次晶化的动力学特征，细化纳米晶合金微观结构，保证了合金结构和性能在较大的热处理温度与时间窗口内保持稳定。
优选地，所述的纳米晶软磁合金的饱和磁感≥1.75T，矫顽力≤3.9A/m，在1kHz、1A/m时的有效磁导率>9600，平均晶粒尺寸为12-18nm。
更优选地，所述的纳米晶软磁合金的平均晶粒尺寸为12-15nm。
优选地，当所述的纳米晶软磁合金的成分为Fe82Ni1Si3.6B8.4P3.6Mo0.4Cu1时，在460-490℃共计30℃宽的温度窗口内保温5-600s，所述的纳米晶软磁合金的矫顽力≤2.8A/m，饱和磁感≥1.79T，在1kHz、1A/m时的有效磁导率>9600。
优选地，当所述的纳米晶软磁合金的成分为Fe81.7Ni1.5Si3.6B8.4P3.6Mo0.4Cu0.8时，在480-520℃共计40℃宽的温度窗口内保温5-60s，所述的纳米晶软磁合金的矫顽力≤2A/m，饱和磁感≥1.81T，在1kHz、1A/m时的有效磁导率>10500。
优选地，当所述的纳米晶软磁合金的成分为Fe82Ni1Si3B8.4P3.6Nb1Cu1时，在470-520℃共计50℃宽的温度窗口内保温5-60s，所述的纳米晶软磁合金的矫顽力≤3.4A/m，饱和磁感≥1.75T。
优选地，当所述的纳米晶软磁合金的成分为Fe80Ni2.8Si2B8.4P3.6Nb2Cu1.2时，在470-530℃共计60℃宽的温度窗口内保温5-60s，所述的纳米晶软磁合金的矫顽力≤3.0A/m，保持饱和磁感≥1.75T。
本发明还提供了一种所述的纳米晶软磁合金在变压器软磁芯、电感线圈磁芯和电机定子铁心中的应用。本发明的软磁合金饱和磁感高、软磁性能优异，在需求高功率密度、高能量效率的电子器件应用中具有很大潜力。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
1、本发明通过合金成分的设计配合快速热处理方案，制备得到了同时具备高质量非晶前驱体带材所需的非晶形成能力、可供纳米晶化的热处理窗口、纳米晶化后优异的软磁性能、以及纳米晶化后较高的饱和磁感的软磁合金材料，解决了现有技术中纳米晶材料不能同时兼具高的饱和磁感和优的软磁性能以及工业上制造困难的问题。
2、本发明所设计的合金成分，可以在表面存在晶化层的前提下在热处理后仍具备优异的软磁性能，降低了对非晶带材质量的要求，提升了产品质量的稳定性。
3、本发明可以在更宽阔的热处理温度与时间窗口内保持纳米晶软磁合金的最优性能组合，降低了快速热处理过程中的控制精度需求，适合产业化应用。
4、本发明的合金成分具有较高含量的铁磁元素(Fe、Ni)，其纳米晶化后饱和磁感可保证在1.75T以上，最优成分可保证在1.8T以上，在高饱和磁感方面位于此类材料前列。
5、本发明制备的纳米晶软磁合金在保证高饱和磁感(≥1.75T)的前提下，其矫顽力可以稳定低于4A/m。其最优选成分性能可达到饱和磁感≥1.80T，同时矫顽力稳定低于2A/m、接近以软磁性能著称的FINEMET合金水准，其性能组合在高饱和磁感纳米晶合金中处于领先地位。
附图说明
图1为实施例1中快速热处理过程的升温速率；
图2为实施例1中制备得到的非晶前驱体带材的XRD衍射图谱；
图3为实施例1中制备得到的非晶前驱体带材的透射电镜图；
图4为实施例1中快速热处理温度为500℃，保温时间为5s条件下制备得到的纳米晶软磁合金的微观结构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本领域技术人员在理解本发明的技术方案基础上进行修改或等同替换，而未脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围内。
实施例1
本实施例的合金成分为Fe82Ni1Si3.6B8.4P3.6Mo0.4Cu1，其制备所使用的原料均为市售高纯原料，包括纯铁、纯镍、纯硅、铁硼合金、铁磷合金、纯钼和纯铜。将符合上述合金成分配比的原料真空熔炼制备母合金锭，将熔炼所得的母合金锭通过熔体快淬法制备成完全非晶或自由面带有纳米晶粒的非晶前驱体带材。将非晶前驱体带材经过快速热处理法进行处理，快速热处理的条件为：以823℃/s的平均升温速率(如图1)分别升温至470℃、480℃、490℃、500℃、510℃和520℃，然后在不同的保温时间下进行保温处理，保温时间分别为5s、60s、300s和600s，保温结束后冷却至室温获得纳米晶软磁合金。
对本实施例制备得到的非晶前驱体带材进行XRD分析，得到其XRD衍射图谱(图2)。图2显示了本实施例制备的非晶前驱体带材的贴辊面为完全非晶，而其自由面表面带有晶化层。用透射电子显微镜对带材自由面表面的晶化层进行观察，可发现晶化层晶粒尺寸可达28nm(如图3)。
对本实施例制备得到的纳米晶软磁合金进行性能测试，测试结果见表1-3。由表1-3可知，在460-510℃共计50℃宽的温度窗口内保温5-60s时，所得纳米晶软磁合金的矫顽力≤2.6A/m，饱和磁感≥1.79T，在测试条件为1kHz、1A/m条件下的有效磁导率>9600；在460-500℃共计40℃宽的温度窗口内保温5-300s时，所得纳米晶软磁合金的矫顽力≤2.8A/m，饱和磁感≥1.79T，在测试条件为1kHz、1A/m条件下的有效磁导率>9600；460-490℃共计30℃宽的温度窗口内保温5-600s时，所得纳米晶软磁合金的矫顽力≤2.8A/m，饱和磁感≥1.79T，在测试条件为1kHz、1A/m条件下的有效磁导率>9600。
表1 实施例1中制备得到的纳米晶软磁合金的矫顽力值
| 矫顽力(A/m) | 5s | 60s | 300s | 600s |
| 460℃ | 2.0 | 2.6 | 2.8 | 2.7 |
| 470℃ | 1.5 | 1.6 | 2.4 | 2.7 |
| 480℃ | 1.6 | 1.6 | 1.3 | 2.7 |
| 490℃ | 1.5 | 1.6 | 2.0 | 2.2 |
| 500℃ | 1.6 | 2.0 | 1.3 | 4.5 |
| 510℃ | 1.9 | 2.1 |
表2 实施例1中制备得到的纳米晶软磁合金的饱和磁感值
| 饱和磁感(T) | 5s | 60s | 300s | 600s |
| 460℃ | 1.79 | 1.81 | 1.80 | 1.82 |
| 470℃ | 1.83 | 1.79 | 1.82 | 1.81 |
| 480℃ | 1.81 | 1.81 | 1.79 | 1.82 |
| 490℃ | 1.84 | 1.81 | 1.80 | 1.83 |
| 500℃ | 1.84 | 1.82 | 1.81 | 1.84 |
| 510℃ | 1.82 | 1.83 |
表3 实施例1中制备得到的纳米晶软磁合金的有效磁导率
| 初始相对磁导率 | 5s | 60s | 300s | 600s |
| 460℃ | 9683 | 10432 | 10065 | 9766 |
| 470℃ | 9987 | 10816 | 11096 | 9998 |
| 480℃ | 11038 | 10207 | 10819 | 10584 |
| 490℃ | 10684 | 11153 | 10387 | 11257 |
| 500℃ | 12173 | 9923 | 10123 | 8972 |
| 510℃ | 11083 | 10684 |
由此可见，相对于现有技术中公开的合金，本实施例制备得到的软磁合金的饱和磁感更高，矫顽力更低，且在保持合金最优性能的同时热处理温度窗口与时间窗口明显更加宽阔，制造难度更低。
图4显示了在快速热处理温度为500℃，保温时间为5s条件下制备得到的纳米晶软磁合金的微观结构，可见该条件下制备得到的纳米晶软磁合金的微观结构的晶粒分布均匀，平均尺寸为13.1nm，细密均匀的纳米晶结构保证了合金优秀的软磁性能。
实施例2
本实施例的合金成分为Fe81.7Ni1.5Si3.6B8.4P3.6Mo0.4Cu0.8，其制备所使用的原料均为市售高纯原料，包括纯铁、纯镍、纯硅、铁硼合金、铁磷合金、纯钼和纯铜。将符合上述合金成分配比的原料真空熔炼制备母合金锭，将熔炼所得的母合金锭通过熔体快淬法制备成完全非晶或自由面带有纳米晶粒的非晶前驱体带材。将非晶前驱体带材经过快速热处理法进行处理，快速热处理的条件为：以4000℃/s的平均升温速率升温至470℃、480℃、490℃、500℃、510℃、520℃，然后在不同的保温时间下进行保温处理，保温时间分别为5s、60s、300s，保温结束后冷却至室温获得纳米晶软磁合金。
表4 实施例2中制备得到的纳米晶软磁合金的矫顽力值
| 矫顽力(A/m) | 5s | 60s | 300s |
| 470℃ | 2.8 | 2.7 | 2.9 |
| 480℃ | 1.2 | 1.7 | 1.6 |
| 490℃ | 0.8 | 1.5 | 2.2 |
| 500℃ | 1.0 | 1.8 | 2.7 |
| 510℃ | 0.7 | 2.0 | |
| 520℃ | 1.6 | 1.9 | |
| 530℃ | 1.4 | 3.0 |
对本实施例制备得到的纳米晶软磁合金进行性能测试，测试结果见表4-6。由表4-6可知，在470-530℃共计60℃宽的温度窗口内保温5-60s时，所得纳米晶软磁合金的矫顽力≤3.0A/m，保持饱和磁感≥1.80T，在测试条件为1kHz、1A/m条件下的有效磁导率>9900；在470-500℃共计30℃宽的温度窗口内保温5-300s时，所得纳米晶软磁合金的矫顽力≤2.9A/m，保持饱和磁感≥1.80T，在测试条件为1kHz、1A/m条件下的有效磁导率>9600。尤其在480-520℃共计40℃宽的温度窗口内保温5-60s时，所得纳米晶软磁合金的性能非常稳定，此时合金的矫顽力≤2A/m，最低为0.7A/m，饱和磁感≥1.81T，在测试条件为1kHz、1A/m条件下的有效磁导率>10500。
表5 实施例2中制备得到的纳米晶软磁合金的饱和磁感值
| 饱和磁感(T) | 5s | 60s | 300s |
| 470℃ | 1.80 | 1.80 | 1.82 |
| 480℃ | 1.81 | 1.81 | 1.80 |
| 490℃ | 1.81 | 1.82 | 1.81 |
| 500℃ | 1.82 | 1.81 | 1.82 |
| 510℃ | 1.81 | 1.81 | |
| 520℃ | 1.83 | 1.82 | |
| 530℃ | 1.82 | 1.81 |
表6 实施例2中制备得到的纳米晶软磁合金的有效磁导率值
| 初始相对磁导率 | 5s | 60s | 300s |
| 470℃ | 9918 | 10523 | 9673 |
| 480℃ | 11932 | 10764 | 11042 |
| 490℃ | 10983 | 10776 | 11059 |
| 500℃ | 11782 | 11083 | |
| 510℃ | 12105 | 10583 | |
| 520℃ | 10514 | 10781 |
实施例3
本实施例的合金成分为Fe82Ni1Si3B8.4P3.6Nb1Cu1，其制备所使用的原料均为市售高纯原料，包括纯铁、纯镍、纯硅、铁硼合金、铁磷合金、纯铌和纯铜。将符合上述合金成分配比的原料真空熔炼制备母合金锭，将熔炼所得的母合金锭通过熔体快淬法制备成完全非晶或自由面带有纳米晶粒的非晶前驱体带材。将非晶前驱体带材经过快速热处理法进行处理，快速热处理的条件为：以4000℃/s的平均升温速率升温至470℃、480℃、490℃、500℃、510℃、520℃，然后在不同的保温时间下进行保温处理，保温时间分别为5s、60s，保温结束后冷却至室温获得纳米晶软磁合金。
对本实施例中制备得到的纳米晶软磁合金进行性能测试，测试结果见表7-8。在470-510℃共计40℃宽的温度窗口内保温5-300s时，制备得到的纳米晶软磁合金均可以稳定保持矫顽力≤3.9A/m，饱和磁感≥1.75T。在470-520℃共计50℃宽的温度窗口内保温5-60s时，得到的纳米晶软磁合金均可以稳定保持矫顽力≤3.4A/m，饱和磁感≥1.75T。
表7 实施例3中制备得到的纳米晶软磁合金的矫顽力值
| 矫顽力(A/m) | 5s | 60s | 300s |
| 470℃ | 2.3 | 3.4 | 3.9 |
| 480℃ | 2.1 | 2.7 | 3.4 |
| 490℃ | 1.8 | 2.6 | 3.4 |
| 500℃ | 2.6 | 2.4 | 3.6 |
| 510℃ | 2.8 | 2.7 | 3.4 |
| 520℃ | 2.8 | 3.2 | 5.2 |
| 530℃ | 2.9 | 4.4 | 8.8 |
| 540℃ | 3.0 | 6.2 | 11.2 |
表8 实施例3中制备得到的纳米晶软磁合金的饱和磁感值
| 饱和磁感(T) | 5s | 60s | 300s |
| 470℃ | 1.75 | 1.76 | 1.77 |
| 480℃ | 1.75 | 1.77 | 1.76 |
| 490℃ | 1.76 | 1.76 | 1.77 |
| 500℃ | 1.77 | 1.77 | 1.78 |
| 510℃ | 1.76 | 1.77 | 1.78 |
| 520℃ | 1.77 | 1.78 | |
| 530℃ | 1.76 | 1.77 |
实施例4
本实施例的合金成分为Fe80Ni2.8Si2B8.4P3.6Nb2Cu1.2，其制备所使用的原料均为市售高纯原料，包括纯铁、纯镍、纯硅、铁硼合金、铁磷合金、纯铌和纯铜。将符合上述合金成分配比的原料真空熔炼制备母合金锭，将熔炼所得的母合金锭通过熔体快淬法制备成完全非晶或自由面带有纳米晶粒的非晶前驱体带材。将非晶前驱体带材经过快速热处理法进行处理，快速热处理的条件为：以4000℃/s的平均升温速率升温至470℃、480℃、490℃、500℃、510℃、520℃，然后在不同的保温时间下进行保温处理，保温时间分别为5s、60s，保温结束后冷却至室温获得纳米晶软磁合金。
表9 实施例4中制备得到的纳米晶软磁合金的矫顽力值
| 矫顽力(A/m) | 5s | 60s | 300s |
| 470℃ | 2.7 | 2.8 | 3.0 |
| 480℃ | 2.8 | 2.7 | 2.8 |
| 490℃ | 2.1 | 2.5 | 2.7 |
| 500℃ | 2.6 | 2.4 | |
| 510℃ | 2.8 | 2.6 | |
| 520℃ | 2.8 | 2.8 | |
| 530℃ | 2.9 | 3.0 | |
| 540℃ | 3.0 | 2.9 |
表10 实施例4中制备得到的纳米晶软磁合金的饱和磁感值
| 饱和磁感(T) | 5s | 60s | 300s |
| 470℃ | 1.75 | 1.75 | 1.76 |
| 480℃ | 1.75 | 1.76 | 1.76 |
| 490℃ | 1.76 | 1.77 | 1.76 |
| 500℃ | 1.76 | 1.76 | |
| 510℃ | 1.75 | 1.76 | |
| 520℃ | 1.76 | 1.77 | |
| 530℃ | 1.76 | 1.76 |
由表9-10可知，在470-530℃共计60℃宽的温度窗口内保温5-60s时，所得纳米晶软磁合金的矫顽力≤3.0A/m，保持饱和磁感≥1.75T；在470-490℃共计20℃宽的温度窗口内保温5-300s时，所得纳米晶软磁合金的矫顽力≤3.0A/m，保持饱和磁感≥1.75T。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种纳米晶软磁合金，其特征在于，由非晶前驱体带材经快速热处理制备而成，所述非晶前驱体带材的组成为FeaSibBcPdNieCufMg，其中a+b+c+d+e+f+g＝100，M为Nb，Mo或Ta元素中的一种或两种，0<f≤1.8，0.4≤g≤2，1≤e/f≤3。
2.根据权利要求1所述的纳米晶软磁合金，其特征在于，所述的非晶前驱体带材中各元素的原子百分含量为：77≤a≤83，3≤b≤5，6≤c≤12，2≤d≤5，0.8≤e≤3，0.8≤f≤1.8，0.4≤g≤2。
3.根据权利要求2所述的纳米晶软磁合金，其特征在于，所述的非晶前驱体带材为完全非晶或者带有部分纳米晶粒。
4.根据权利要求1所述的纳米晶软磁合金，其特征在于，所述的快速热处理为在100-5000℃/s的平均升温速率下将非晶前驱体带材加热至450-550℃，保温5-600s，所述的快速热处理的温度窗口为30-60℃，时间窗口为600-60s。
5.根据权利要求4所述的纳米晶软磁合金，其特征在于，所述的纳米晶软磁合金的饱和磁感≥1.75T，矫顽力≤3.9A/m，在1kHz、1A/m时的有效磁导率>9600，平均晶粒尺寸为12-18nm。
6.根据权利要求5所述的纳米晶软磁合金，其特征在于，当所述的纳米晶软磁合金的成分为Fe82Ni1Si3.6B8.4P3.6Mo0.4Cu1时，在460-490℃共计30℃宽的温度窗口内保温5-600s，所述的纳米晶软磁合金的矫顽力≤2.8A/m，饱和磁感≥1.79T，在1kHz、1A/m时的有效磁导率>9600。
7.根据权利要求5所述的纳米晶软磁合金，其特征在于，当所述的纳米晶软磁合金的成分为Fe81.7Ni1.5Si3.6B8.4P3.6Mo0.4Cu0.8时，在480-520℃共计40℃宽的温度窗口内保温5-60s，所述的纳米晶软磁合金的矫顽力≤2A/m，饱和磁感≥1.81T，在1kHz、1A/m时的有效磁导率>10500。
8.根据权利要求5所述的纳米晶软磁合金，其特征在于，当所述的纳米晶软磁合金的成分为Fe82Ni1Si3B8.4P3.6Nb1Cu1时，在470-520℃共计50℃宽的温度窗口内保温5-60s，所述的纳米晶软磁合金的矫顽力≤3.4A/m，饱和磁感≥1.75T。
9.根据权利要求5所述的纳米晶软磁合金，其特征在于，当所述的纳米晶软磁合金的成分为Fe80Ni2.8Si2B8.4P3.6Nb2Cu1.2时，在470-530℃共计60℃宽的温度窗口内保温5-60s，所述的纳米晶软磁合金的矫顽力≤3.0A/m，保持饱和磁感≥1.75T。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的纳米晶软磁合金在变压器软磁芯、电感线圈磁芯和电机定子铁心中的应用。
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