本發(fā)明屬于磁性材料領(lǐng)域，具體涉及一種恒定低磁導(dǎo)的鐵基磁芯及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鐵基非晶/納米晶軟磁合金通常由母合金經(jīng)高速銅輥急冷工藝制成非晶帶材，非晶帶材卷繞成非晶磁芯。非晶磁芯一般需經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，用于精?xì)調(diào)控合金的微觀組織結(jié)構(gòu)，即在非晶基體上析出單一的磁性α-fe相轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷Ш图{米晶雙相共存結(jié)構(gòu)而形成納米晶磁芯，此類特殊的雙相納米結(jié)構(gòu)也是納米晶磁芯呈現(xiàn)出優(yōu)異的綜合軟磁性能的主要原因，因而，磁芯的熱處理工藝對(duì)于獲得高性能的鐵基磁芯具有決定性作用。但是，現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中的熱處理工藝，一般使獲得的納米晶磁芯往往呈現(xiàn)出高磁導(dǎo)率且隨著頻率的升高大幅降低的特性，在1-100khz下，磁導(dǎo)率過高且不穩(wěn)定，無法實(shí)現(xiàn)在低頻下，磁芯具有恒定且低的磁導(dǎo)的特性，無法應(yīng)用在需要在1-100khz下磁導(dǎo)率處于1500以下的電感器、大電流功率器等特定的應(yīng)用場(chǎng)景，限制其應(yīng)用。

2、因此，亟待開發(fā)出一種磁芯的制備工藝，以實(shí)現(xiàn)在1-100khz下磁導(dǎo)率處于1500以下的磁芯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)涉及的難獲得低且恒定磁導(dǎo)率的磁芯的問題，本發(fā)明將提供一種恒定低磁導(dǎo)的鐵基磁芯及其制備方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，具體包括以下技術(shù)方案：

3、一種鐵基磁芯的制備方法，包括如下步驟：

4、(1)將鐵基非晶磁芯加熱至預(yù)設(shè)溫度以及同時(shí)加壓至預(yù)設(shè)壓力，再冷卻至200℃以下后開始釋放壓力，得到預(yù)燒磁芯；所述預(yù)設(shè)溫度為300-425℃，所述預(yù)設(shè)壓力為60-150mpa；

5、(2)將所述預(yù)燒磁芯進(jìn)行磁場(chǎng)熱處理，冷卻后，得到鐵基磁芯。

6、本發(fā)明的方法中，通過將鐵基非晶磁芯依次經(jīng)過特定溫度和壓力的力場(chǎng)熱處理和磁場(chǎng)熱處理，以調(diào)控晶粒尺寸、晶粒取向、磁各向異性，使得鐵基磁芯具有在頻率為1-100khz下有效磁導(dǎo)率為100-1499的特點(diǎn)，擴(kuò)寬了鐵基磁芯的應(yīng)用場(chǎng)景。

7、在力場(chǎng)熱處理下，一方面，壓力促使納米晶粒析出但同時(shí)抑制納米晶?？焖匍L(zhǎng)大，在一定程度上通過控制晶粒尺寸使得磁芯保持在相對(duì)低的磁導(dǎo)率以及保持相對(duì)穩(wěn)定的磁導(dǎo)率；另一方面，壓力場(chǎng)的存在可以在磁芯內(nèi)部誘導(dǎo)產(chǎn)生磁各向異性，提高了疇壁能，而高的疇壁能阻止磁疇壁移動(dòng)，在一定程度上通過調(diào)控磁疇壁能使得磁芯磁導(dǎo)率相對(duì)較低以及磁導(dǎo)率相對(duì)穩(wěn)定。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，力場(chǎng)熱處理的溫度和壓力對(duì)磁導(dǎo)率及其穩(wěn)定性的影響非常顯著。在300-425℃的力場(chǎng)熱處理之下，磁芯仍能保持相對(duì)較低的磁導(dǎo)率以及相對(duì)穩(wěn)定的磁導(dǎo)率，但是，稍微偏離上述的溫度范圍之下，溫度偏高，會(huì)導(dǎo)致磁導(dǎo)率過大且磁導(dǎo)率穩(wěn)定性急劇下降，溫度偏低雖然磁導(dǎo)率滿足要求，但是其磁導(dǎo)率穩(wěn)定性仍然會(huì)急劇下降，不滿足要求。在壓力為60-150mpa的力場(chǎng)壓力之下，磁芯能保持相對(duì)較低的磁導(dǎo)率以及相對(duì)穩(wěn)定的磁導(dǎo)率，但是，稍微偏離上述的壓力范圍之下，雖然磁芯的磁導(dǎo)率滿足要求，但是，磁導(dǎo)率的穩(wěn)定性無法滿足要求。因此，本發(fā)明的熱力場(chǎng)實(shí)際是通過快速加熱快速冷卻的熱處理方式，在特定的溫度和高壓力的協(xié)同作用下，促使納米晶粒不斷析出的同時(shí)抑制納米晶粒長(zhǎng)大，控制磁芯中的晶粒狀態(tài)和尺寸，同時(shí)在一定程度上提高疇壁能，進(jìn)而整體實(shí)現(xiàn)磁芯低磁導(dǎo)率及恒定磁導(dǎo)率的性能效果。磁場(chǎng)熱處理實(shí)際作用是誘導(dǎo)晶粒取向生長(zhǎng)，即促使納米晶粒沿磁場(chǎng)施加方向發(fā)生取向作用從而誘導(dǎo)出磁各向異性和調(diào)控磁滯回線形狀。力場(chǎng)熱處理和磁場(chǎng)熱處理兩者是相互配合的，需要在力場(chǎng)熱處理調(diào)控晶粒和磁疇壁能的基礎(chǔ)下，再在磁場(chǎng)熱處理調(diào)控誘導(dǎo)晶粒取向生長(zhǎng)，任意缺少加壓大于大氣壓的條件或加恒磁場(chǎng)的條件，制得的磁芯無法保持低頻低恒磁導(dǎo)率的性能，無法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的在頻率為1-100khz下有效磁導(dǎo)率為100-1499的性能需求。

8、優(yōu)選地，步驟(1)中，所述鐵基非晶磁芯包括如下原子百分?jǐn)?shù)的元素：fe60-80％、si?10-20％、b?0-10％、cu?0-3％、nb?0-5％、ni?0-15％、co?0-10％。

9、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述鐵基非晶磁芯包括fe73.5si15.5b7cu1nb3、fe73.5si13.5b9cu1nb3、fe63.5ni10si15.5b7cu1nb3、fe63.5co5ni5si15.5b7cu1nb3、fe68.5co5si15.5b7cu1nb3中的至少一種。

10、本發(fā)明的方法實(shí)際是一種熱處理方法，對(duì)于多種鐵基合金都有效果，適應(yīng)不同種類的非晶磁芯，特別適合上述元素含量范圍下的鐵基非晶磁芯，使得上述鐵基非晶磁芯制得的磁芯在1-100khz下具有低于1500的有效磁導(dǎo)率。

11、優(yōu)選地，步驟(1)中，將鐵基非晶磁芯加熱至預(yù)設(shè)溫度時(shí)的升溫速率為5-30℃/min。

12、升溫速率影響鐵基非晶磁芯加熱至預(yù)設(shè)溫度的時(shí)間，升溫速率越大，所需的升溫的時(shí)間越短，可以更快速達(dá)到熱處理預(yù)設(shè)的溫度，避免磁芯中的晶粒在加熱過程中尺寸過分長(zhǎng)大，無法有效控制磁導(dǎo)率及其穩(wěn)定性。在上述的升溫速率下，可以使得磁芯在1-100khz下具有低于1500的有效磁導(dǎo)率。

13、優(yōu)選地，步驟(1)中，所述冷卻的降溫速率為50-1000℃/min。

14、在達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度和壓力之后，磁芯開始降溫，自然隨爐冷卻的溫度速率一般在6-8℃/min，大于該范圍的冷卻速率，需要輔助快速淬冷的設(shè)備實(shí)現(xiàn)，上述范圍下的降溫速率屬于快速淬冷，可以使得磁芯快速降溫，縮短磁芯在較高溫度下停留的時(shí)間，避免磁芯中的晶粒過分長(zhǎng)大，有效控制再結(jié)晶晶粒尺寸，使得最終制得的磁芯保持較低的磁導(dǎo)率和較高的穩(wěn)定性。

15、優(yōu)選地，所述加壓的方式包括通過惰性氣體氣壓加壓、模具擠壓加壓中的至少一種。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述惰性氣體包括氬氣、氮?dú)庵械闹辽僖环N。

16、優(yōu)選地，所述磁場(chǎng)熱處理的溫度為300-380℃，所述磁場(chǎng)熱處理的磁場(chǎng)強(qiáng)度為800-3000gs。

17、優(yōu)選地，所述磁場(chǎng)熱處理的時(shí)間為1-120min，進(jìn)一步優(yōu)選30-60min。

18、磁場(chǎng)強(qiáng)度越高、熱處理溫度越高、保溫時(shí)間越長(zhǎng)，誘導(dǎo)晶粒取向生長(zhǎng)的程度更大，磁導(dǎo)率越低，磁導(dǎo)率穩(wěn)定性越高，但是，磁場(chǎng)強(qiáng)度越高、熱處理溫度越高、保溫時(shí)間越長(zhǎng)，不僅顯著增加實(shí)際的生產(chǎn)周期、成本和設(shè)備損耗，而且磁場(chǎng)熱處理誘導(dǎo)晶粒取向生長(zhǎng)程度會(huì)下降，長(zhǎng)期高溫生長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致納米晶粒的過度長(zhǎng)大，造成磁導(dǎo)率增大和磁導(dǎo)率的穩(wěn)定性下降。因此，在上述范圍的磁場(chǎng)熱處理?xiàng)l件之下，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明磁芯保持較低的磁導(dǎo)率和較高的穩(wěn)定性的目的。

19、優(yōu)選地，步驟(1)中所述鐵基非晶磁芯由鐵基非晶帶材卷繞而成。

20、優(yōu)選地，步驟(2)中所述磁場(chǎng)熱處理的磁場(chǎng)方向平行于鐵基非晶帶材的寬度方向。

21、優(yōu)選地，步驟(2)中，所述冷卻為自然冷卻。

22、優(yōu)選地，所述的鐵基磁芯在頻率為1-100khz下的磁導(dǎo)率恒定，所述的鐵基磁芯的磁導(dǎo)率為1500-14999；所述鐵基磁芯含有非晶相和納米尺寸的晶粒。

23、進(jìn)一步優(yōu)選地，當(dāng)所述鐵基磁芯的磁導(dǎo)率恒定時(shí)，所述鐵基磁芯在頻率為1-100khz下，有效磁導(dǎo)率的變化率≤5％。

24、本發(fā)明還提供一種所述的鐵基磁芯在制備電感器、大電流功率器中的應(yīng)用。

25、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明通過將鐵基非晶磁芯依次經(jīng)過特定溫度及壓力的力場(chǎng)熱處理、磁場(chǎng)熱處理，能夠獲得低磁導(dǎo)率的鐵基磁芯，且該鐵基磁芯在1-100khz下具有小于1500且恒定的磁導(dǎo)率的特性。