【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及軟磁材料，尤其涉及一種fe基非晶納米晶軟磁合金材料及其制備方法。
技術介紹
1、軟磁材料在各種電磁設備和電機動力機器中負責能量的產生和轉換，在電氣化世界中至關重要。目前鐵基非晶合金已經廣泛應用于互感器、共模電感、逆變器等磁性電子元器件，以及電機和變壓器等高頻交變磁場環境。鑒于全球能源危機和減排的嚴格要求，現代電子產品(如電動機和發電機)正朝著高頻化、小型化和高效化方向發展，需要研發同時具有高飽和磁感應強度(bs)和低矯頑力(hc)的鐵基非晶納米晶合金。然而，傳統的鐵基非晶納米晶合金中，難以同時實現較高的bs和較低的hc。
2、對于鐵基非晶納米晶合金，bs與鐵磁性元素的含量及其晶相體積分數基本相關。為了提高bs，有必要盡可能增加鐵磁性元素的含量。然而，以減少非鐵磁性元素為代價增加鐵磁性元素的含量會導致各種問題，如非晶形成能力(afa)的下降、結晶溫度窗口的縮小，從而導致納米晶體的異常生長和軟磁性能(smp)的劣化。因此，如何平衡bs與afa-smp之間的關系是鐵基非晶納米晶合金需要解決的根本問題。
技術實現思路
1、基于此，本申請提供一種鐵基非晶納米晶合金及其制備方法。本申請的鐵基非晶納米晶合金的制備方法能夠使制備得到的鐵基非晶納米晶合金不但具有較高的飽和磁感性強度和較低的矯頑力，而且還有較好的非晶形成能力和較寬的退火溫度窗口。
2、為達此目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、第一方面，本專利技術提供一種鐵基非晶納米晶合金，化學式為
4、本專利技術基于目前可工業化生產的fe73.5si13.5b9cu1nb3納米晶合金，通過用p替代si對合金的原子尺寸錯配度和混合焓進行調控同時對cu元素和nb元素含量的優化，來實現增加體系非晶形成能力，從而來增加鐵磁性元素的含量，實現bs的提高。再通過用co元素部分取代fe，來增加合金體系非晶形成能力和增大bs。上述多種合金元素協同發揮作用，所得鐵基非晶納米晶軟磁合金以低成本、高非晶形成能力和寬熱處理工藝窗口為特征，同時具有高飽和磁感應強度和低矯頑力。
5、第二方面，本專利技術提供一種鐵基非晶納米晶合金的制備方法，根據本專利技術的一種具體實施例，包括以下步驟
6、步驟一：配置原材料
7、將高純鐵、純鈷、純銅、純鈮、純硼和fe-p中間合金，按照設計的成分比例，將原材料放入陶瓷坩堝中；在放置過程中，先在坩堝底部鋪一層鐵顆粒原料然后依次放入其他原料，最后在鋪一層鐵顆粒原料，以防止p元素揮發。
8、步驟二：抽真空
9、將陶瓷坩堝放到加熱線圈里，關閉爐門，先用機械泵對感應熔煉爐的腔體進行預抽真空，用高純氬氣進行3次洗氣，當真空度達到10pa以下時，開擴散泵抽真空至5×10-3pa以下，然后關閉擴散泵，沖入壓力為0.05mpa的高純氬氣形成保護氣體氛圍。
10、步驟三：熔煉合金錠
11、熔煉時，首先將電流調至400a，然后以50a為遞增保溫2min，緩慢提高電流至850a左右，為了使多種成分混合熔化均勻，要多次搖晃坩堝，將熔化的合金液體保持紅亮狀態10min后，降低電流至700a保溫5min，澆鑄至銅模中冷卻20～30分鐘，得到成分相對均勻的合金錠。
12、步驟四：制備非晶帶材
13、將步驟三得到的合金錠，利用砂輪機去除表面氧化層，然后利用虎鉗進行破碎。利用酒精清洗因破碎帶來的表面灰塵和附著的油漬，將清洗好的破碎母合金裝入石英管中；
14、將裝有合金錠的石英管裝入甩帶機加熱線圈中，關閉爐門，用高純氬氣進行3次洗氣，用機械泵抽真空至10pa以下，然后沖入高純氬氣形成保護氣氛防止氧化，同時調節壓差為0.03mpa，將合金錠加熱至熔化狀態，快速噴射到轉速為40m/s的銅輥上，利用銅的高導熱率，使金屬熔體大于臨界冷卻速度冷卻形成非晶條帶。為了減少誤差同一合金成分用同一根試管制備條帶。
15、步驟五：非晶帶材退火
16、將步驟四得到的非晶帶材裁剪成70mm放在瓷舟里面；將瓷舟放到管式爐的非加熱區，對管式爐抽真空再通入氮氣，重復5次，最終在管式爐中維持流通的氮氣氛圍；將管式爐加熱到預設溫度，預設溫度為600℃～900℃；將瓷舟推入管式爐的加熱區并以預設溫度保溫不同時間段，保溫時間為10s～80s；在將瓷舟迅速推回未加熱區進行降溫；其中非加熱區距離加熱區至少1m。
17、步驟一中，高純鐵的純度為99.95％，純銅的純度為99.999％，純鈮的純度為99.95％，純硼的純度為99.9％。
18、fe-p中間合金的純度為(99.9％)，其中fe的含量為76.57wt.％，p的含量為23.43wt.％。
19、步驟四中，所述鐵基非晶態合金帶材的尺寸通常為：寬度為1～1.5mm，厚度為20～30um。
20、步驟五中，所得到的鐵基非晶納米晶合金的飽和磁感應強度為1.76t～1.86t，矯頑力為1.6a/m～5.2a/m。
21、上述鐵基非晶納米晶合金的制備方法中，將非晶帶材放在瓷舟里面，將瓷舟放到管式爐的非加熱區，在氮氣氛圍下，當加熱爐加熱到預定溫度時，將瓷舟推入管式爐加熱區，并以預設溫度保溫預定時間，再快速把瓷舟推回非加熱區進行降溫。此方法能夠在不需要包埋介質下在氮氣氛圍中實現高溫快速退火，同時能夠避免傳統的長時間退火時鐵基非晶合金基體中析出的納米晶的快速長大和帶材氧化，進而避免軟磁性能的惡化。
22、本申請的鐵基非晶納米晶合金的制備方法能夠使制備得到的鐵基非晶納米晶合金不但具有較好的非晶形成能力和較寬的退火溫度窗口，而且有較高的飽和磁感應強度和較低的矯頑力，更有效地滿足電器元器件小型化的需求，適用于大規模工業化生產。
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1.一種鐵基非晶納米晶合金的制備方法，其特征在于，包括如下步驟，
2.根據權利要求1所述的鐵基非晶納米晶合金的制備方法，其特征在于，通過不同的加熱預設溫度來控制導熱速率，在將瓷舟推入加熱區需調控不同保溫時間段，原則為預設溫度越高保溫時間越短。
3.根據權利要求1所述的鐵基非晶納米晶合金的制備方法，其特征在于，對所述鐵基合金原料進行熔煉得到合金錠包括如下步驟：
4.根據權利要求1所述的鐵基非晶納米晶合金的制備方法，其特征在于，使用所述合金錠制備鐵基非晶合金包括如下步驟：
5.根據權利要求1所述的鐵基非晶納米晶合金的制備方法，其特征在于，所述非晶帶材的寬度為1～1.5mm，厚度為20～30μm。
6.一種鐵基非晶納米晶合金，其特征在于，通過權利要求1～5任一項所述的鐵基非晶納米晶合金的制備方法制備得到。
7.根據權利要求6所述的鐵基非晶納米晶合金，其特征在于，包括具有如下化學通式的材料：Fe85-xCoxB14-yPyCu0.5Nb0.5，其中0≤x≤10,4≤y≤10。
8.根據權利要求6所述的鐵基
...【技術特征摘要】
1.一種鐵基非晶納米晶合金的制備方法，其特征在于，包括如下步驟，
2.根據權利要求1所述的鐵基非晶納米晶合金的制備方法，其特征在于，通過不同的加熱預設溫度來控制導熱速率，在將瓷舟推入加熱區需調控不同保溫時間段，原則為預設溫度越高保溫時間越短。
3.根據權利要求1所述的鐵基非晶納米晶合金的制備方法，其特征在于，對所述鐵基合金原料進行熔煉得到合金錠包括如下步驟：
4.根據權利要求1所述的鐵基非晶納米晶合金的制備方法，其特征在于，使用所述合金錠制備鐵基非晶合金包括如下步驟：
5.根據權利要求1所述的鐵基非晶納米晶合金的制備方法...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李旺昌，彭忠前，車聲雷，應耀，喬梁，余靚，李涓，鄭精武，
申請(專利權)人：浙江工業大學，
類型：發明
國別省市：
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