CN1588580A - 一种块体非晶纳米晶双相复合软磁合金 - Google Patents

一种块体非晶纳米晶双相复合软磁合金 Download PDF

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Abstract

本发明为一种块体非晶纳米晶双相复合软磁合金。该软磁合金由Fe、Zr、Nb、B、Cu、X按一定的质量配比组成，其中，X为Si、Al、V、Mo、W之一种或几种。其制备方法是，先在真空中频感应炉中冶炼母合金，再用单辊急冷甩带机制备非晶带，然后低温球磨制得非金粉末，最后在非晶粉末过冷区温度范围内进行高压快速烧结而成。本发明产品具有高的饱和磁感应强度，可用于电机磁芯、配电变压器、大功率开关电源等国防和民用产品中。

Description

一种块体非晶纳米晶双相复合软磁合金
技术领域
本发明属于磁性材料技术领域，特别涉及一种块体非晶纳米晶双相复合软磁合金。
背景技术
为适应电机的小型化、高性能化要求，迫切需要开发出具有高饱和磁感应强度的磁芯材料。对于特殊电机来说，要求其磁路具有特殊的空间分布，因而通常磁芯材料要为块体，且形状复杂。然而，目前实际应用的非晶纳米晶软磁合金通常是由熔体快淬+非晶晶化过程获得的，其形状与尺寸受到极大的限制，仅能提供薄带、粉末、细丝等形状，不能满足工程应用的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高饱和磁感应强度和较低生产成本的块状非晶纳米晶双相复合软磁合金。
本发明提出的块体非晶纳米晶双相复合软磁合金，为Fe-Zr-Nb系软磁合金，其组份按重量的配比如下：
Fe：83.5-89％，Zr：3-7％，Nb：3-7％，B：3-9％，Cu：0.5-1％，X：1-5％，总量满足100％，X是强化元素，为Si、Al、V、Mo、W之一种或几种。
本发明提出的块状非晶纳米晶双相复合软磁合金的制备方法如下：首先在真空中频感应炉中冶炼母合金，再用单辊急冷甩带机制备非晶带；用球磨机对所得的非晶带在Ar气保护下进行-100-0℃低温球磨制备非晶粉末；最后在非晶粉末过冷区温度范围内、3.5-5.5Gpa烧结压力下进行高压快速烧结，制备得到块体非晶纳米晶双相复合软磁合金。
上述方法中，冻炼母合金时，利用真空中频感应炉先冶炼Fe、Zr、Nb金属锭，熔化至1000℃±100℃，再加入其余元素(如B、Si、Al、Cu等)，浇注制得母合金锭。用单辊急冷甩带机制备非晶带，是在Ar气体保护下熔融母合金后，喷射成非晶带，压力为450-550Pa，铜辊线速度40～70m/s，石英喷嘴宽度30mm。低温球磨机球磨非晶带制得非晶粉末，其温度为-100℃～0℃，转速为250～540r/min，球料比为10～30，球磨时间为10～30h。高压快速烧结制得块体非晶纳米晶双相复合软磁合金，其烧结温度为350℃～550℃，烧结压力为3.5～5.5GPa，烧结时间为3～10min，保压时间3min。最后一般还要进行热处理，Ar气保护，温度250℃～400℃，时间0.5～1h。
本发明的新型块状Fe-Zr-Nb系非晶纳米晶双相复合软磁合金突破了原有纳米晶软磁合金在尺寸和形状上的限制，具有高的饱和磁感应强度，可用于国防和民用产品，如：电机磁芯、配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器及逆变器铁芯等等。本发明的制备工艺具有简单、成本低、易于实现工业化等特点，具有广阔的研究和市场应用前景。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明。
实施例1：块状非晶纳米晶双相复合Fe86.5Zr4Nb3B3Si2Al1Cu0.5软磁合金。块状合金的制备工艺如前所述。真空冶炼时，真空度为6×10-3Pa，非晶带制备中，保护气体为Ar，铜辊线速度为50m/s，得到的非晶薄带厚为14微米，宽20毫米。用行星式低温球磨机将非晶带破碎成粒径约14微米的非晶粉末，球磨温度为-20℃，转速为400r/min，球料比为10，球磨时间15h。高压烧结温度为450℃，烧结压力5.5GPa，烧结时间3min。获得的块体非晶纳米晶双相复合合金的尺寸为Ф25×10mm、相对密度为98.9％、平均纳米晶粒尺寸为15.7nm，饱和磁化强度Ms为1.60T。
实施例2：块状非晶纳米晶双相复合Fe84Zr3Nb3Mo1B8Cu1软磁合金。块状合金的制备如前所述。真空冶炼时，真空度为6×10-3Pa，非晶带制备中，保护气体为Ar，铜辊线速度为40m/s，得到的非晶薄带厚为15微米，宽20毫米。用行星式低温球磨机将非晶带破碎成粒径约15微米的非晶粉末，球磨温度为-40℃，转速为450r/min，球料比为15，球磨时间10h。高压烧结温度为480℃，烧结压力5.5GPa，烧结时间3min。获得的块体非晶纳米晶双相复合合金的尺寸为Ф25×10mm、相对密度为98.7％、平均纳米晶粒尺寸为15.3nm，饱和磁化强度Ms为1.49T。
实施例3：块状非晶纳米晶双相复合Fe83.5Zr3Nb3.5V0.9W0.5B7.6Cu1软磁合金。块状合金的制备如前所述。真空冶炼时，真空度为6×10-3Pa，非晶带制备中，保护气体为Ar，铜辊线速度为60m/s，得到的非晶薄带厚为13微米，宽20毫米。用行星式低温球磨机将非晶带破碎成粒径约13微米的非晶粉末，球磨温度为-0℃，转速为300r/min，球料比为20，球磨时间20h。高压烧结温度为430℃，烧结压力5.5GPa，烧结时间3min。获得的块体非晶纳米晶双相复合合金的尺寸为Ф25×10mm、相对密度为98.9％、平均纳米晶粒尺寸为16.5nm，饱和磁化强度Ms为1.43T。
上述实施例中，元素的下标数字为该元素的重量百分比含量。

Claims (1)

1、一种块状非晶纳米晶双相复合软磁合金，其特征在于由Fe、Zr、Nb、B、Cu、X组成，各组份的质量配比如下：
Fe：83.5-89％，
Zr：3-7％，
Nb：3-7％，
B：3-9％，
Cu：0.5-1％，
X：1-5％，
总量满足100％，这里X为Si、Al、V、Mo、W之一种或几种。
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