[发明专利]一种铁基纳米晶软磁合金及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于软磁合金的技术领域，具体地讲是涉及一种铁基纳米晶软磁合金及制备方法。

背景技术

科技进步对电力电子设备微型化、智能化及系统稳定性的要求不断提高。在高技术领域，特别是航空航天、雷达及军工电源等领域，对精密电子元器件的品质如抗电磁干扰能力、应力敏感性、使用寿命等指标提出了更高的要求。作为电子元器件产业的技术制高点——精密电子元器件产业，其生产技术水平代表着一个国家在电子元件制造业的技术高度。作为一些电子元器件的核心部件——磁芯，其质量水平关乎电子元器件的制造水平。目前，钴基非晶薄带因其优良的软磁性能（如低矫顽力、高磁导率、低损耗及低应力敏感性）被作为精密电子元器件的磁芯材料的首选。然而，由于钴基非晶薄带高昂的制造成本，其制造的磁芯仅限于军工电源等特殊领域电子元器件的应用，而在民用领域的应用非常难以推广。同时，由于钴基非晶合金薄带的饱和磁感应强度低(如1K202J B_s:0.55T) ，已无法满足电子元件系统微型化的发展要求。近年来，铁基纳米晶软磁合金得到了国内外的广泛研究，并已被广泛应用于制作微型电子变压器、互感器、电抗器等铁芯，取得了良好的经济效益和社会效益。特别是近几年国内外研究者对高饱和磁感应强度铁基纳米晶软磁合金薄带的研究取得了丰硕的成果，如日本东北大学井上课题组研制出的低成本Fe-Si-B-P-Cu纳米晶软磁合金带材[J.Appl.Phy.46(2007)477]，饱和磁感应强度大于1.7 T。高饱和磁感应强度的铁基纳米晶软磁薄带的出现为电子元器件的微型化提供了材料基础。但铁基纳米晶薄带的软磁性能较钴基非晶合金薄带差，特别是饱和磁滞伸缩系数较大（>10^-6）。降低磁滞伸缩系数可以有效地降低软磁材料的磁弹性各向异性能[Acta.Mater.53(2005)2937]，这对于提高软磁材料的磁导率、高频使用性能、降低损耗有着十分重要的意义。与此同时，对于非晶/纳米晶软磁合金薄带制备的软磁磁芯，由于薄带的厚度较小(20-30 μ m)，叠片系数较传统的软磁材料（如硅钢片）低，降低磁滞伸缩系数可有效降低器件工作噪声，提高器件的工作稳定性和使用寿命，特别是在苛刻环境（如振动、电磁干扰等）条件下的稳定性。这也是目前具有零磁滞伸缩的钴基非晶合金薄带作为精密军工电子元器件首选软磁材料的主要原因之一。因此，铁基纳米晶软磁合金能否成功代替钴基非晶合金在精密电子元器件中的应用，关键在于降低目前铁基纳米晶软磁合金的饱和磁滞伸缩系数。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种低饱和磁滞伸缩系数、高饱和磁感应强度的铁基纳米晶软磁合金及制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种铁基纳米晶软磁合金，其特征在于该铁基纳米晶软磁合金的化学式为Fe_aSi_bB_cCu_dT_eRE_f；所述的T为Ti、V、Mn、Cr、Mo、Nb、Zr和W中的至少一种；所述的RE为La、Y、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho和Er中的任意一种或任意两种；所述的a、b、c、d、e、f为原子百分数，b=12~16，c=4~7，d=0.5~1，e=1~4，f=0.5~2，a=(100-b-c-d-e-f)。

所述的一种铁基纳米晶软磁合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、按照合金成分进行配料；步骤2、将步骤1中配好的原料熔炼成均匀的合金，将熔炼好的母合金破碎，清洗干净，然后放入石英玻璃管中，将装有母合金的石英玻璃管固定于辊轮上方，抽真空，充入氩气，将母合金感应加热到熔融状态，通过喷嘴喷射到旋转的铜辊上，得到非晶薄带；步骤3、将非晶薄带在真空退火炉中晶化退火，保温温度400~470℃，时间40～60min。

有益效果：

1）本发明成分体系之所以具有高的饱和磁感应强度，是因为较目前广泛应用的铁基纳米晶软磁合金1k107 (Fe_73.5Si_13.5B₉Nb₃Cu₁)，本发明合金体系具有高的Fe含量。

2）过渡族金属元素和稀土元素的联合加入有效拓宽了该体系非晶合金的晶化退火温度范围。