專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鐵基非晶納米晶軟磁合金材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軟磁合金材料的制備方法，尤其是一種具有良好高頻性能的鐵基^ ^晶納米晶軟磁合金材料的制備方法。
背景技術(shù)：
鐵基非晶和納米晶軟磁合金具有優(yōu)良的綜合軟磁性能，如聞飽和磁感值、聞導(dǎo)磁率、低矯頑力、低損耗、低激磁電流和良好的穩(wěn)定性等特點(diǎn)，可用于配電變壓器、中頻電源變壓器和開(kāi)關(guān)電源變壓器的鐵芯、濾波電抗器、飽和電抗器、馬達(dá)定子以及磁傳感器等，是應(yīng)用和研究最廣的非晶納米晶合金之一。由于鐵基非晶納米晶合金的應(yīng)用具有重大的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)效益，數(shù)十年來(lái)有關(guān)非晶和納米晶合金的研究始終是材料和凝聚態(tài)物理領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。最引人注目的研究開(kāi)始于1988年日立金屬公司的Yoshizawa等人發(fā)·現(xiàn)的Fe-Cu-Nb-Si-B系合金。由于該系列合金具有獨(dú)特的納米晶結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的軟磁性能，引起了研究人員的廣發(fā)注意。Herzer利用隨機(jī)各向異性模型解釋了納米晶合金獲得優(yōu)異軟磁特性的機(jī)理。非晶合金在退火晶化后形成均勻分布于非晶基體的納米晶粒，晶粒間的交換耦合使磁晶各向異性被平均化，從而有效各向異性常數(shù)大大降低，導(dǎo)致納米晶合金獲得優(yōu)異的軟磁特性。Fe基納米晶軟磁合金以FeNbSiBCu (商品牌號(hào)為Finemet)和FeZrBCu (商品牌號(hào)為Nanoperm)為典型代表，在低頻條件下具有高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁導(dǎo)率，低的矯頑力等優(yōu)異的軟磁特性。隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展，要求軟磁材料在更高的頻率下工作，而FINEMET型合金在高頻下由于較低的共振頻率，僅能在小于40kHz條件下使用，為了在更高的頻率下使用必須設(shè)法提高其共振頻率。為適應(yīng)電力電子信息器件的高頻化發(fā)展的要求，對(duì)于新型具有良好高頻性能的軟磁材料的需求越來(lái)越大。由此可見(jiàn)，開(kāi)發(fā)一種具有良好高頻性能的鐵基非晶納米晶軟磁合金材料對(duì)于促進(jìn)我國(guó)鐵基非晶納米晶軟磁材料及其器件相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種可解決目前鐵基非晶納米晶軟磁合金材料應(yīng)用頻率較低的問(wèn)題的，具有良好高頻性能的鐵基非晶納米晶軟磁合金材料的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種鐵基非晶納米晶軟磁合金材料，其特征在于，所述鐵基非晶納米晶軟磁合金材料由鐵、硼鐵、硅鐵、銅、鈮鐵以及鈷金屬組成，其中各個(gè)組分的配比可表示為(Fei_xCox)^5Cu1Nb2Silh5B9，其中0. 3彡X彡0. 6，配比為原子百分比。上述鐵基非晶納米晶軟磁合金材料的制備方法具體包括下列步驟
(1)材料配料將鐵、硼鐵、硅鐵、銅、鈮鐵以及鈷金屬原料按照上述比例配置成分為(Fe1^xCox) 76.^u1Nb2Si11.5B9 的母料；
(2)合金熔煉將配好的母料裝入真空熔煉爐的坩堝中，采用中頻感應(yīng)熔煉的方法在真空條件下把原料反復(fù)熔煉多遍，大于3遍，并在熔煉過(guò)程中進(jìn)行攪拌，使合金成分均勻，并澆注成錠；
中頻感應(yīng)熔煉的方法的原理是母料受電磁感應(yīng)的作用產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，在母料中形成感應(yīng)電流(渦流)，感應(yīng)電流克服母料本身的電阻而產(chǎn)生焦耳熱，用這一熱量加熱母料本身，使其升溫。(3)超聲清 洗將熔煉得到的合金鑄錠破碎，將破碎的塊體合金依次放入酒精溶液中進(jìn)行超聲清洗，取出后自然晾干待用；
(4)急冷制帶將清洗干凈的塊體合金放入急冷制帶設(shè)備的石英管中，加熱融化，使用單輥甩帶法制備出寬度為2-50mm，厚度為2(Γ25 μ m的合金薄帶；
單輥甩帶法的原理是將熔融合金噴向高速旋轉(zhuǎn)的冷卻輥表面，噴射時(shí)在輥面上形成一個(gè)動(dòng)平衡熔潭，熔融合金將會(huì)快速固化，形成合金薄帶。(5)納米晶化處理將制得的薄帶放入熱處理爐中，在真空(壓強(qiáng)小于10 - 2Pa)或者惰性氬氣氣體保護(hù)的環(huán)境下，以小于30°C /分鐘的升溫速率將溫度升高至400°C 480°C，保溫30分鐘至2個(gè)小時(shí)，然后隨爐冷卻至室溫，得到非晶納米晶雙相復(fù)合的鐵基軟磁合金材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
1.本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本較低，容易批量生產(chǎn)；
2.本發(fā)明材料具有良好高頻磁性能。
實(shí)施例
以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述方案做進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說(shuō)明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。實(shí)施例I :
將鐵、硼鐵、硅鐵、銅、鈮鐵以及鈷金屬原料按照一定的比例配置成分為(FeO. 7CoO. 3)76. 5CulNb2Sill. 5B9的母料，共計(jì)I公斤；將配置好的母料加入真空中頻感應(yīng)爐的坩堝中熔煉，中頻感應(yīng)熔煉4次得到成分均勻的合金錠；將合金錠機(jī)械破碎放入急冷制帶設(shè)備的石英管中，采用感應(yīng)加熱融化，利用單輥急冷甩帶工藝，在空氣中以25m/s的速度制帶，制得帶寬度為10mm、厚度為25微米的非晶薄帶；將非晶合金帶材放入管式真空熱處理爐中，真空度在10-2Pa左右，以30°C /分鐘的加熱速率升溫至360°C，然后以5°C /分鐘升溫至480°C，并保溫30分鐘，然后隨爐冷卻至室溫。熱處理后的納米晶帶材的通過(guò)磁測(cè)量得到其飽和磁化強(qiáng)度約為I. 34T，初始磁導(dǎo)率為40000，共振頻率為106Hz。實(shí)施例2:
將鐵、硼鐵、硅鐵、銅、鈮鐵以及鈷金屬原料按照一定的比例配置成分為(FeO. 6Co0.4)76. 5CulNb2Sill. 5B9的母料，共計(jì)I公斤；將配置好的母料加入真空中頻感應(yīng)爐的坩堝中熔煉，中頻感應(yīng)熔煉4次得到成分均勻的合金錠；將合金錠機(jī)械破碎放入急冷制帶設(shè)備的石英管中，采用感應(yīng)加熱融化，利用單輥急冷甩帶工藝，在空氣中以25m/s的速度制帶，制得帶寬度為20mm、厚度為25微米的非晶薄帶；將非晶合金帶材放入管式真空熱處理爐中，真空度在10-2Pa左右，以25°C /分鐘的加熱速率升溫至360°C，然后以5°C /分鐘升溫至470°C，并保溫I個(gè)小時(shí)，然后隨爐冷卻至室溫。熱處理后的納米晶帶材的通過(guò)磁測(cè)量得到其飽和磁化強(qiáng)度約為I. 36T，初始磁導(dǎo)率為35000，共振頻率為I. 2X 106Hz。實(shí)施例3
將鐵、硼鐵、硅鐵、銅、鈮鐵以及鈷金屬原料按照一定的比例配置成分為(FeO. 5CoO. 5)76. 5CulNb2Sill. 5B9的母料，共計(jì)I公斤；將配置好的母料加入真空中頻感應(yīng)爐的坩堝中熔煉，中頻感應(yīng)熔煉4次得到成分均勻的合金錠；將合金錠機(jī)械破碎放入急冷制帶設(shè)備的石英管中，采用感應(yīng)加熱融化，利用單輥急冷甩帶工藝，在空氣中以30m/s的速度制帶，制得帶寬度為30mm、厚度為20微米的非晶薄帶；將非晶合金帶材放入管式真空熱處理爐中，通入氬氣保護(hù)，以20°C /分鐘的加熱速率升溫至360°C，然后以5°C /分鐘升溫至460°C，并保溫I個(gè)小時(shí)，然后隨爐冷卻至室溫。熱處理后的納米晶帶材的通過(guò)磁測(cè)量得到其飽和磁化強(qiáng)度約為I. 4T，初始磁導(dǎo)率為32000，共振頻率為I. 5X 106Hz。
實(shí)施例4:
將鐵、硼鐵、硅鐵、銅、鈮鐵以及鈷金屬原料按照一定的比例配置成分為(FeO. 4Co0.6)76. 5CulNb2Sill. 5B9的母料，共計(jì)I公斤；將配置好的母料加入真空中頻感應(yīng)爐的坩堝中熔煉，中頻感應(yīng)熔煉4次得到成分均勻的合金錠；將合金錠機(jī)械破碎放入急冷制帶設(shè)備的石英管中，采用感應(yīng)加熱融化，利用單輥急冷甩帶工藝，在空氣中以30m/s的速度制帶，制得帶寬度為30mm、厚度為20微米的非晶薄帶；將非晶合金帶材放入管式真空熱處理爐中，通入氬氣保護(hù)，以15°C /分鐘的加熱速率升溫至360°C，然后以5°C /分鐘升溫至450°C，并保溫2個(gè)小時(shí)，然后隨爐冷卻至室溫。熱處理后的納米晶帶材的通過(guò)磁測(cè)量得到其飽和磁化強(qiáng)度約為I. 45T，初始磁導(dǎo)率為29000，共振頻率為2. IX 106Hz。上述實(shí)例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人是能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鐵基非晶納米晶軟磁合金材料，其特征在于，所述鐵基非晶納米晶軟磁合金材料由鐵、硼鐵、硅鐵、銅、鈮鐵以及鈷金屬組成，其中各個(gè)組分的配比可表示為(FegCox)^5Cu1Nb2Silh5B9，其中O. 3彡X彡O. 6，配比為原子百分比。
2.權(quán)利要求I所述的鐵基非晶納米晶軟磁合金材料的制備方法，其特征在于，具體包括下列步驟 (O材料配料將鐵、硼鐵、硅鐵、銅、鈮鐵以及鈷金屬原料按照上述比例配置成分為(Fe1^xCox) 76.^u1Nb2Si11.5B9 的母料； (2 )合金熔煉將配好的母料裝入真空中頻感應(yīng)熔煉爐的坩堝中，采用中頻感應(yīng)熔煉的方法在真空條件下把母料加熱至熔化，約1350°C，保溫I個(gè)小時(shí)，并在熔煉過(guò)程中進(jìn)行攪拌，使合金成分均勻，并澆注成錠； (3)超聲清洗將熔煉得到的合金鑄錠破碎，將破碎的塊體合金依次放入酒精溶液中進(jìn)行超聲清洗，取出后自然晾干待用； (4)急冷制帶將清洗干凈的塊體合金放入快速凝固制帶設(shè)備的石英管中，加熱融化，使用單輥甩帶法制備出寬度為2-50mm，厚度為2(Γ25 μ m的合金薄帶； (5)納米晶化處理將制得的薄帶放入熱處理爐中，在真空，即壓強(qiáng)小于10—2Pa或者惰性氬氣氣體保護(hù)的環(huán)境下，以小于30°C /分鐘的升溫速率將溫度升高至400°C 480°C，保溫30分鐘至2個(gè)小時(shí)，然后隨爐冷卻至室溫，得到非晶納米晶雙相復(fù)合的鐵基軟磁合金材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鐵基非晶納米晶軟磁合金材料，其特征在于，所述鐵基非晶納米晶軟磁合金材料由鐵、硼鐵、硅鐵、銅、鈮鐵以及鈷金屬組成，其中各個(gè)組分的配比可表示為(Fe1-XCoX)76.5Cu1Nb2Si11.5B9，其中0.3≤X≤0.6，配比為原子百分比。本發(fā)明所述鐵基非晶納米晶軟磁合金材料的制備方法包括原材料配料、合金熔煉、急冷制帶以及納米晶晶化處理。其優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本較低，容易批量生產(chǎn)；本發(fā)明材料具有良好高頻磁性能。
文檔編號(hào)C22C45/02GK102953020SQ201210423159
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者陸偉 申請(qǐng)人:蘇州朗拓新材料有限公司