CN1166800C

CN1166800C - 铁基非晶软磁合金

Info

Publication number: CN1166800C
Application number: CNB021312060A
Authority: CN
Inventors: 张国祥; 李俊义; 周少雄
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute; Advanced Technology and Materials Co Ltd
Current assignee: Advanced Technology and Materials Co Ltd
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: CN1446933A

Abstract

本发明属于功能材料中软磁合金的制备领域。特别适合制备铁钴硅硼类中高饱和磁感应强度、高矩形比、高磁导率等综合性能好的新型铁基非晶软磁合金材料。该材料的具体化学成分为(重量%)：Fe：81～86%；Co：7-12%；Si：1-3%；B：3～5%。采用本发明铁基非晶软磁合金材料与现有技术相比较，具有成份设计简单、经济，材料综合磁性能和机械性能好，而且可加工性好的。该材料同时还有使用范围广、使用成本低等特点，其性能对比见实施例表。

Description

铁基非晶软磁合金

技术领域

本发明属于功能材料中软磁合金的制备领域。特别适合制备铁钴硅硼类中高饱和磁感应强度、高矩形比、高磁导率等综合性能好的新型铁基非晶软磁合金材料。

目前软磁材料中具有高饱和磁感应强度值的为硅钢，Bs可达到2T，但是硅钢具有矫顽力Hc高和损耗大等缺点。而钴基非晶材料虽然有较低的矫顽力和零磁伸缩的效果，但是该材料的Bs值仅有0.7T左右。另外铁基超微晶材料具有很好的软磁性能，但该材料的缺陷是脆性大，韧性差，可加工性差，样品切口常难以成形和光洁度不高。切割铁芯制备成为功能器件时，在电路运行中常在切口处发热严重和掉碎片噪音大等现象。由于上述不足因而限止了微晶合金在切割铁芯中的使用。另外美国专利US5554232文献介绍了一种非晶材料，该材料作为拉拔式非晶丝具有大巴克豪森效应，在脉冲电压下所产生的性能和硬度表现优异。该非晶合金丝是应用于脉冲电源激励元件和各种磁标签。它的成分范围是(换算重量％)Fe.33-59％；Co.34-61％；Si.3.1-5.1％；B.1.4-4.4％，性能为：剩余磁通密度14000-15000Gs，Br/Bs＝0.9-1。再有日本平8-51010A专利介绍的是提供一种合金压粉体及制造方法，其合金压粉体在中低频及高频范围显示出较好的导磁率。在多组实施例中成分均不含Si。在其它的实例中虽然含有Co和Si但具体成分也不在本发明之内。

综合上述对比文献分析，在现有技术材料中有以下几点不足之处：美US5554232专利仅是用作冷拉拔而成非晶丝，使用和制备的范围很有限。日本8-51010A专利是采用粉末压缩成铁芯，他的使用是在特定的范围内，因此该产品的使用也有限。另外在现有技术的非晶合金材料中，均添加有较多含量的贵重钴元素，因此该类非晶合金材料的制备成本也较高，而综合软磁性能和使用效果均不够理想。

发明目的及内容

本发明的目的是推出一种成份设计简单、经济，材料综合磁性能和机械性能好，而且具有可加工性较好的铁基非晶软磁合金材料。

根据本发明的目的，我们所设计的铁基非晶软磁合金材料，该非晶合金材料应具备有饱和磁感应强度相当于硅钢(Bs≥1.8T)，矫顽力和高频磁耗值相当于钴基非晶和铁基超晶材料(Hc≤1A/m，P0.5/20kc≤30w/Kg)的性能。而且该合金的带材韧性和可加工性能均好的特性非晶材料。为达到本发明上述的目的，我们所提出的铁基非晶软磁合金材料具体化学成分为(重量％)：Fe：81～86％；Co：7-12％；Si：1-3％；B：3～5％。在本发明所提出的铁基非晶软磁合金材料中，铁是作为一种基本元素被固定加入的，在以铁为基的铁磁性材料中，铁与其他元素的合金相比较其本身具有很高的饱和磁化强度。在考虑到要设计出能具有高磁感应强度、低矫顽力和低高频损耗的合金，就应采取以铁为基，并添加其它元素作为调整材料综合性能的方法来实现最佳效果。但是铁有较明显的时效现象，它的不足之处有电阻率很低，因此会形成很大的涡流损耗，其次铁还会使合金的磁致伸缩系数变大，这样也会影响合金的磁滞损耗变大，所以合金中的铁含量应控制在81-86％。

钴与铁在高温下可以互溶，FeCo合金中能产生较高的饱和密度(基底)，磁性能的增强与钴含量成正比。FeCo材料其饱和磁化强度最大，控制钴在铁中的比例就能得到高磁导率值和低矫顽力值。钴如小于7％合金电阻率将下降；大于12％合金的成本增加。

在铁钴合金中加入硅硼这样的类金属元素能促使其形成非晶化材料。在合金中加入适量的硅能降低居里温度，提高晶化温度，使合金的热处理(性能)变宽。加硅还能使合金电阻率提高，因而能降低涡流损耗。但是硅含量增大，会使材料变脆，加工性能变坏，饱和磁化强度减少，所以硅控制在1-3％为佳。同样硼除了能使合金形成非晶化以外，能提高合金的淬透性和晶化温度，硼含量在3-5％。低于3％会使合金磁导率下降，高于5％则会影响合金的熔炼效果。

本发明非晶合金材料的制备方法与现有技术相似，首先将本发明设定成份的合金材料从高温熔融状态通过喷嘴，喷射到高速旋转的铜辊上进行超急冷却，制备成20-30μm的非晶薄带，然后将非晶薄带绕制成所需尺寸的铁芯。根据所需样品的性能要求，可采用400-500℃进行热处理，或采用在热处理时根据需要，再施加横向的或纵向的外加磁场同时进行处理，最后样品能得到极佳的综合磁性能：饱和磁感应强度Bs≥1.8(T)；电阻率＝165(Ω.cm)；矩形比＝0.95Br/Bs；矫顽力Hc＝1.38-5.5A/m；最大磁导率μ_max＝11万；有效磁导率μ_a＝1.2万；损耗(f＝20kc；B＝5000Gs)P≤30w/Kg；居里温度Tc＝457℃；磁致伸缩系数入s＝1.49×10^-8。

采用本发明铁基非晶软磁合金材料与现有技术相比较，具有成份设计简单、经济，材料综合磁性能和机械性能好，而且可加工性好的。该材料同时还有使用范围广、使用成本低等特点，其性能对比见实施例表。

附图说明

在所述的本发明说明书和实施例中所列附图为：附图1为本发明实施例用纵向磁场处理后测量的磁滞回线；附图2为本发明实施例在130℃经100小时效的损耗随时间变化的曲线；附图3为本发明实施例的高低温试验的结果(温度从-70-100℃)；在附图1纵座标为磁感应强度，横座标为磁场强度；在附图2中纵座标为铁损耗，横座标为时间；在附图3中纵座标为铁损耗，横座标为温度。

具体实施方法

本发明铁基非晶软磁合金的实施例，是采用在本发明所设计的成份范围内，于真空炉中共冶炼了7组母合金见表1，然后将母合金在非晶制取设备中喷制成厚度为22μm的非晶薄带，为了对比方便我们同时也做了三炉对比试验也例入表1，在本发明的实施例和对比例中，各非晶薄带均卷绕成环形或矩形铁芯，进行各种对比性能的测量。各组对比样品的热处理可分三种，方法1为450℃加纵向磁场，场强为10奥斯特，并保温1小时，其中有序号1、3、5、8；方法2为480℃加横向磁场，场强为480奥斯特，并保温1小时，其中有序号2、4、10；方法3为500℃保温1小时进行普通退火热处理，其中有序号6、7、9。采用上述方法对本发明实施例非晶软磁合金及对比材料处理后的性能比较结果见表2。在上述对比表中序号：1、2、3、4、5、6、7为本发明合金的实施例；序号8、9、10为现有技术对比合金，其中序号8为美国US.5554232介绍的非晶丝合金；序号9为日本平8-51010A专利介绍的非晶合金粉料；序号10为现有技术中1K102H合金。表1为本发明实施例合金与现有技术合金的成份对比；表2为本发明实施例与现有技术的热处理制度和性能的比较。

表1为本发明实施例合金与现有技术合金的成份对比(重量％)

表2为本发明实施例与现有技术的热处理制度和性能的比较

Claims

1.一种铁基非晶软磁合金材料，其特征在于该铁基非晶软磁合金材料的具体化学成分为(重量％)：Fe：81～86％；Co：7-12％；Si：1-3％；B：3～5％。