專利名稱：：一種鐵基納米晶薄帶及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種非晶態(tài)合金，特別涉及一種鐵基納米晶薄帶及其制造方法。
背景技術(shù)：
：通過快速凝固方式制備得到的非晶合金因其不具備長程原子有序結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致非晶合金具有獨(dú)特的力學(xué)性能、磁學(xué)性能、耐蝕性能和電性能等。因此，非晶合金材料的研究成為材料研究領(lǐng)域中重要的一個。而非晶合金中的鐵基非晶材料因其優(yōu)異的磁學(xué)性能和低廉的成本使其被廣泛應(yīng)用于各種變壓器、電磁換能元件等
技術(shù)領(lǐng)域：
。目前，常見的軟磁材料有硅鋼，非晶合金，納米晶合金這么幾種。非晶合金按照基體可以分成鐵基非晶合金，鈷基非晶合金等。硅鋼雖然具有較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，但其在中高頻的鐵損過大，且磁致伸縮大，易產(chǎn)生可聽噪音。鈷基非晶合金具有高磁導(dǎo)率，低矯頑力，極低鐵芯損耗等優(yōu)異的磁性能，可以長期工作在惡劣環(huán)境中，但由于鈷為戰(zhàn)略稀缺金屬，價格昂貴，限制了鈷基非晶合金民用方面的發(fā)展。Fe基非晶合金飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度等磁性能很優(yōu)越，但是它的高溫穩(wěn)定性比較差，工作溫度升高時軟磁性能下降快。綜上所述，可用于高頻的變壓器、磁頭、飽和電抗器、扼流圈的磁芯，不但要求其有優(yōu)良的磁性能，在高頻時損耗低，還要求其有一定的溫度穩(wěn)定性。因此，迫切需要出現(xiàn)一種納米晶軟磁合金，這種納米晶合金要擁有較好的綜合磁性能和溫度穩(wěn)定性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種綜合磁性能好、溫度穩(wěn)定性好的鐵基納米晶薄帶。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種一種鐵基納米晶薄帶，其特征在于，所述鐵基納米晶薄帶成分按照原子個數(shù)百分比計(jì)，其化學(xué)成分表達(dá)式為FSibZr。NbdBJ^，其中，76《a《85，0《b+c+d《10，3《e《15，0<x《4，且a+b+c+d+e+x=100。所述M為Cu、Cr、V、Al中的任意一種或幾種。所述鐵基納米晶薄帶的化學(xué)成分表達(dá)優(yōu)選為:FebalSi3.5B9ZrL5Nb3V。.5或FebdSi^BgZrLsNbLsCri或FebdSiAZi^NbsA"或FebdSinsBgNb^u"所述鐵基納米晶薄帶的高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs不小于1.3T。所述鐵基納米晶薄帶厚度為2030微米，寬度為512毫米。為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種鐵基納米晶薄帶的制造方法，其中，包括如下步驟步驟一，按化學(xué)成分配比配置母合金，步驟二、熔煉步驟一所得的母合金，步驟三、重熔步驟二所得的合金、并甩帶制成非晶薄帶，步驟四、對步驟三所得非晶薄帶進(jìn)行熱處理，步驟五、對步驟四獲得產(chǎn)品進(jìn)行性能檢測。操作所述步驟一時，按照權(quán)利要求1所述的鐵基納米晶薄帶的目標(biāo)成分所需的原子個數(shù)計(jì)算出與之相應(yīng)的原料，并使用物理天平進(jìn)行稱量，配制出FeaSibZr。NbdBeMx的母合金；操作所述步驟二時，將步驟一所得的母合金投入中頻真空感應(yīng)爐中熔融，熔融過程中，調(diào)節(jié)抽真空度至25X10—3Pa，充入壓力0.020.06Mpa氬氣保護(hù)氣體，調(diào)節(jié)電流控制熔融溫度在11001500°C，熔煉時間69分鐘后隨爐冷卻取出即得的FeaSibZreNbdBeMx母合金合金錠；操作所述步驟三時，將步驟二所得合金錠采用單輥極冷方式制成非晶薄帶，噴帶溫度為12001300°C，輥面線速度為3845m/s，噴嘴距輥面距離為20100微米。將制得的非晶薄帶在500-550。C保溫0.11小時;操作所述步驟四時，將步驟三所得非晶薄帶投入熱處理爐中進(jìn)行熱處理，熱處理后的非晶薄帶上生成晶粒尺寸2080nm的納米晶，使其獲得超過60X的納米晶，即制得鐵基納米晶薄帶；操作所述步驟五時，將步驟四所得鐵基納米晶薄帶進(jìn)行性能檢測，通過檢測的即得到合格的鐵基納米晶薄帶產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)本發(fā)明的化學(xué)成分組成為FeaSibZrcNbdBeMx(at%)，其中76《a《85，0<b+c+d《10，3《e《15，M為至少選自Cu、Cr、V、Al中的任意一種或幾種，O<x《4。選擇Fe作為基體的原因是鐵基具有高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，且Fe在基體中所占的比例越大，其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，磁通密度越高，但是Fe原子百分比〉85時，難以制得非晶。故鐵的量在原子百分比76《a《85。Si為非晶形成元素，由于本發(fā)明是先將材料制成非晶薄帶，在將制得的非晶薄帶通過熱處理工藝晶化成納米晶，所以，添加適當(dāng)?shù)墓枋蛊涓欣谛纬煞蔷?。Zr和Nb的氧化物生成自由能絕對值小，能夠有效提高熱穩(wěn)定，制造時不易氧化。且添加適量的Zr和Nb能夠提高晶化溫度和降低鐵損。Zr和Nb在熱處理過程中能夠有效抑制FeB的析出，細(xì)化晶粒，易得到納米尺度的晶粒?？紤]到Zr和Nb為Si的替代元素，所以0<b+c+d《10，不添加則沒有上述效果，且在熱處理過程中晶粒長大，磁性能下降，總添加量超過原子百分比10時，磁性能下降迅速。B為非晶形成元素，其添加量在原子百分比3《e《15，添加量小于原子百分比3X時，B的作用不明顯，且材料的軟磁性能下降。添加量超過原子百分比15%時，熔點(diǎn)升高作用明顯，不容易形成非晶質(zhì)相。Cu、Cr、V、Al均作為細(xì)化晶粒的有效元素加入，他們存在于晶粒邊界，抑制晶粒長大。但它們對磁性能的惡化作用明顯，故控制其添加量在原子百分比4%以內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、本發(fā)明形成的鐵基納米晶薄帶綜合磁性能好，溫度穩(wěn)定性好。2、經(jīng)本發(fā)明制造方法造出的鐵基納米晶薄帶，晶化效果好。具體實(shí)施例方式鐵基納米晶薄帶成分按照原子個數(shù)百分比計(jì)，其化學(xué)成分表達(dá)式為FeaSibZrcNbdBeMx，其中，76《a《85，0《b+c+d《10，3《e《15，(Xx《4，且a+b+c+d+e+x4=100。M為Cu、Cr、V、Al中的任意一種或幾種。鐵基納米晶薄帶的化學(xué)成分表達(dá)優(yōu)選為FebalSi3.5B9ZrL5Nb3V。.5或FebalSi3.5B9ZrL5NbLsC巧或FebdSi^gZi^Nb^"或FebalSi13.sBgNl^Cu!。鐵基納米晶薄帶的高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs不小于1.3T。鐵基納米晶薄帶厚度為2030微米，寬度為512毫米。制造這種鐵基納米晶薄帶的方法為包括如下步驟步驟一，按化學(xué)成分配比配置母合金，步驟二、熔煉步驟一所得的母合金，步驟三、重熔步驟二所得的合金、并甩帶制成非晶薄帶，步驟四、對步驟三所得非晶薄帶進(jìn)行熱處理，步驟五、對步驟四獲得產(chǎn)品進(jìn)行性能檢測。操作所述步驟一時，按照權(quán)利要求1所述的鐵基納米晶薄帶的目標(biāo)成分所需的原子個數(shù)計(jì)算出與之相應(yīng)的原料，并使用物理天平進(jìn)行稱量，配制出FeaSibZr。NbdBeMx的母合金；操作所述步驟二時，將步驟一所得的母合金投入中頻真空感應(yīng)爐中熔融，熔融過程中，調(diào)節(jié)抽真空度至25X10—3pa，充入壓力0.020.06Mpa氬氣保護(hù)氣體，調(diào)節(jié)電流控制熔融溫度在11001500°C，熔煉時間69分鐘后隨爐冷卻取出即得的FeaSibZreNbdBeMx母合金合金錠；操作所述步驟三時，將步驟二所得合金錠采用單輥極冷方式制成非晶薄帶，噴帶溫度為12001300°C，輥面線速度為3845m/s，噴嘴距輥面距離為20100微米。將制得的非晶薄帶在500-550。C保溫0.11小時;操作所述步驟四時，將步驟三所得非晶薄帶投入熱處理爐中進(jìn)行熱處理，熱處理后的非晶薄帶上生成晶粒尺寸<100nm的納米晶，使其獲得超過60X的納米晶，即制得鐵基納米晶薄帶；操作所述步驟五時，將步驟四所得鐵基納米晶薄帶進(jìn)行性能檢測，通過檢測的即得到合格的鐵基納米晶薄帶產(chǎn)品。優(yōu)選例子如下實(shí)施例1:將Fe，Si，硼鐵(24wt%B)，Zr，Nb，Cr，Cu，釩鐵，Al按FeaSibZrcNbdBeMx(at%)化學(xué)成分比配置，在中頻真空感應(yīng)爐中熔融，將熔煉好的合金錠采用單輥極冷方式制成非晶薄帶，噴帶溫度為12001300°C，輥面線速度為40m/s，制成的非晶薄帶厚度約為20-30微米，寬度約為6mm。將得到的非晶薄帶巻繞成外徑為20mm，內(nèi)徑為10mm的圓環(huán)，放入熱處理爐中51(TC保溫1小時。具體制造步驟如下1、熔煉母合金。將工業(yè)純鐵、硼鐵、硅、鋯、鈮及銅、鉻、釩鐵、鋁按照化學(xué)組成配比配制母合金，在中頻真空感應(yīng)熔煉爐中熔煉成母合金錠。2、將母合金錠破碎成小塊后放入石英管中重熔，噴帶。噴帶溫度為1200-1300°C，噴嘴距輥面距離為20-100iim，輥面線速度為40m/s。成帶厚度約20-30ym，帶寬約6mm.3將噴制好的非晶薄帶巻繞成外徑20mm，內(nèi)徑10mm的圓環(huán)，放入有氬氣保護(hù)的熱處理爐中，500-55(TC保溫0.5-1小時。且熱處理過程對于能否得到軟磁性能優(yōu)良的納米晶至關(guān)重要。加熱時間過長或加熱溫度過高則導(dǎo)致晶粒尺寸變大，軟磁性能惡化，加熱時間太5短或者加熱溫度不夠又會導(dǎo)致生成的納米晶在基體中的比例過小，不利于性能的提高。制得的納米晶薄帶按發(fā)明例與比較例區(qū)分，分別測量其磁性能。其合金各個成分組成列于表一，其相應(yīng)的磁性能列于表二。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表一<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>如表一、表二所示，發(fā)明例1、2、3、4給出了分別含有元素M(即Cr、Cu、V、Al)的磁性能，通過與不含M元素的比較例5比較可知，添加M的合金成分的綜合磁性能較好。發(fā)明例6、7、12給出了只添加Nb或Zr和綜合添加Nb、Zr的合金成分的綜合磁性能，發(fā)現(xiàn)，綜合添加Nb、Zr比單獨(dú)添加Nb、Zr的綜合磁性能好。發(fā)明例8、9、10通過調(diào)整Si、Nb、Zr三元素之間的比例，發(fā)現(xiàn)硅含量在3-4之間，且Nb/Zr之間的原子比例為1:1時，綜合磁性能最佳。實(shí)施例2:將Fe，Si，硼鐵(24wt%B)，Zr，Nb，Cr，Cu，釩鐵，Al按FeaSibZrcNbdBeMx(at%)化學(xué)成分比配置，在中頻真空感應(yīng)爐中熔融，將熔煉好的合金錠采用單輥極冷方式制成非晶薄帶，噴帶溫度為12001300°C，輥面線速度為40m/s，制成的非晶薄帶厚度約為20-30微米，寬度約為6mm。將得到的非晶薄帶巻繞成外徑為20mm，內(nèi)徑為10mm的圓環(huán)，放入熱處理爐中保溫55(TC保溫0.5小時。用VSM測制得的鐵基納米晶薄帶的居里溫度，其成分及相應(yīng)的居里溫度列于表三；30(TC保溫120小時后測量其磁性能，表四為未作120小時保溫時效之前所測的數(shù)據(jù)值和做了120小時時效后所測得的數(shù)據(jù)值比較表。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>通過表三可知，本發(fā)明例的合金成分居里溫度高出市售納米晶合金材料的居里溫度(表三、表四中的比較例為目前市面上銷售的納米晶材料成分組成)，通過在30(TC保溫120小時時效(表四)可知，本發(fā)明例的合金成分的溫度穩(wěn)定性明顯強(qiáng)于市售納米晶合金材料。實(shí)施例3:將Fe，Si，硼鐵(24wt%B)，Zr，Nb，Al，V，Cr，Cu按FeaSibZrcNbdBeMx(at%)化學(xué)成分比配置，在中頻真空感應(yīng)爐中熔融成母合金錠，將熔煉好的合金錠采用單輥極冷方式制成非晶薄帶，噴帶溫度為12001300°C，輥面線速度為40m/s，制成的非晶薄帶厚度約為20-30微米，寬度約為10mm。將得到的非晶薄帶巻繞成外徑為25mm，內(nèi)徑為10mm的圓環(huán)，放入熱處理爐中保溫，表五給出的是成分所對應(yīng)的最佳熱處理工藝及其磁性能。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表五由表五中可以看出，本發(fā)明的最佳熱處理溫度在500-55(TC之間，優(yōu)選530_550°C之間，熱處理時間為0.1-1小時，優(yōu)選1/3-1小時。實(shí)施例4:本實(shí)施例將考察不同的升溫工藝對于納米晶結(jié)晶及磁性能的影響。將Fe，Si，硼鐵(24wt%B)，Zr，Nb，Al按FebdSi^BgZruNb^Ali化學(xué)成分比配置，在中頻真空感應(yīng)爐中熔融成母合金錠，將熔煉好的合金錠采用單輥極冷方式制成非晶薄帶，噴帶溫度為1200130(TC，輥面線速度為40m/s，制成的非晶薄帶厚度約為20-30微米，寬度約為10mm。將得到的非晶薄帶巻繞成外徑為25mm，內(nèi)徑為10mm的圓環(huán)，放入熱處理爐中保溫，熱處理工藝采用54(TC保溫0.5小時。表六給出不同的升溫速度下，納米晶的晶粒大小。表七給出了不同的升溫速度下，納米晶的磁性能。(表六和表七中的發(fā)明側(cè)的成分組成為FebalSi3.5B9Zri.5NbL5Aln表六、表七中比較例成分組成為市售納米晶材料FebalSi13.5B9Nb3CUl)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表七綜上所述，可以看出本發(fā)明提供的鐵基納米晶薄帶具有綜合磁性能優(yōu)異且溫度穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，此外，經(jīng)本發(fā)明制造方法造出的鐵基納米晶薄帶，晶化效果好。權(quán)利要求一種鐵基納米晶薄帶，其特征在于，所述鐵基納米晶薄帶成分按照原子個數(shù)百分比計(jì)，其化學(xué)成分表達(dá)式為FeaSibZrcNbdBeMx，其中，76≤a≤85，0≤b+c+d≤10，3≤e≤15，0＜x≤4，且a+b+c+d+e+x＝100。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鐵基納米晶薄帶，其特征在于，所述M為Cu、Cr、V、Al中的任意一種或幾種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鐵基納米晶薄帶，其特征在于，所述鐵基納米晶薄帶的化學(xué)成分表達(dá)優(yōu)選為:FebalSi3.5B9ZrL5Nb3V。.5或FebalSi3.5B9ZrL5NbL5Cri或FebalSi3B9ZriNb3Al2或4.根據(jù)權(quán)利要求1所述鐵基納米晶薄帶，其特征在于，所述鐵基納米晶薄帶的高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs不小于1.3T。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述鐵基納米晶薄帶，其特征在于，所述鐵基納米晶薄帶厚度為2030微米，寬度為512毫米。6.—種如權(quán)利要求1-5任一所述鐵基納米晶薄帶的制造方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一，按化學(xué)成分配比配置母合金，步驟二、熔煉步驟一所得的母合金，步驟三、重熔步驟二所得的合金、并甩帶制成非晶薄帶，步驟四、對步驟三所得非晶薄帶進(jìn)行熱處理，步驟五、對步驟四獲得產(chǎn)品進(jìn)行性能檢測。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述鐵基納米晶薄帶的制造方法，其特征在于，操作所述步驟一時，按照權(quán)利要求1所述的鐵基納米晶薄帶的目標(biāo)成分所需的原子個數(shù)計(jì)算出與之相應(yīng)的原料，并使用物理天平進(jìn)行稱量，配制出FeaSibZr。NbdBeMx的母合金；操作所述步驟二時，將步驟一所得的母合金投入中頻真空感應(yīng)爐中熔融，熔融過程中，調(diào)節(jié)抽真空度至25X10—3pa，充入壓力0.020.06Mpa氬氣保護(hù)氣體，調(diào)節(jié)電流控制熔融溫度在1100150(TC，熔煉時間69分鐘后隨爐冷卻取出即得的FeaSibZreNbdBeMx母合金合金錠；操作所述步驟三時，將步驟二所得合金錠采用單輥極冷方式制成非晶薄帶，噴帶溫度為12001300°C，輥面線速度為3845m/s，噴嘴距輥面距離為20100微米。將制得的非晶薄帶在500-550。C保溫0.11小時;操作所述步驟四時，將步驟三所得非晶薄帶投入熱處理爐中進(jìn)行熱處理，熱處理后的非晶薄帶上生成晶粒尺寸<100nm的納米晶，使其獲得超過60X的納米晶，即制得鐵基納米晶薄帶；操作所述步驟五時，將步驟四所得鐵基納米晶薄帶進(jìn)行性能檢測，通過檢測的即得到合格的鐵基納米晶薄帶產(chǎn)品。全文摘要本發(fā)明公開了一種鐵基納米晶薄帶，其中，鐵基納米晶薄帶成分按照原子個數(shù)百分比計(jì)，其化學(xué)成分表達(dá)式為FeaSibZrcNbdBeMx，其中，76≤a≤85，0≤b+c+d≤10，3≤e≤15，0＜x≤4，且a+b+c+d+e+x＝100。M為Cu、Cr、V、Al中的任意一種或幾種。鐵基納米晶薄帶成分優(yōu)選為FebalSi3.5B9Zr1.5Nb3V0.5或FebalSi3.5B9Zr1.5Nb1.5Cr1或FebalSi3B9Zr1Nb3Al2或FebalSi13.5B9Nb3Cu1。鐵基納米晶薄帶的高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs不小于1.3T。鐵基納米晶薄帶厚度為20～30微米，寬度為5～12毫米。本發(fā)明具有綜合磁性能優(yōu)異且溫度穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，此外，經(jīng)本發(fā)明制造方法造出的鐵基納米晶薄帶，晶化效果好。文檔編號C22C45/02GK101787499SQ20091025071公開日2010年7月28日申請日期2009年12月9日優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日發(fā)明者龐靖,李楠,秦振武,鄒永清申請人:青島云路新能源科技有限公司