[发明专利]一种高磁通密度纳米晶质薄带合金材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种高磁通密度纳米晶质薄带合金材料及制备方法。

背景技术

CN200680020084.9号申请涉及一种Fe系非晶质合金薄带，该发明以实现Fe－B－Si系非晶质合金的高磁通密度化和热稳定性、非晶质形成性、加工性的提高以及低铁损化为目的，使Fe－B－Si系非晶质合金薄带适量含有N、进而适量含有C、P的发明。该Fe系非晶质合金薄带，按原子％计，含有B：5～25％、Si：1～30％、N：0.001～0.2％，进而含有C：0.003～10％、P：0.001～0.2％，其余量由Fe及不可避免的杂质组成。另外，也可将Fe含量的15％以下用选自Co、Ni或5％以下的Cr中的1种或2种以上进行置换。进而，也可含有Co、Ni、Cr中的1种以上：0.01～1％、Mn：0.15～0.5质量％、S：0.004～0.05质量％。

    上述材料涉及的Fe系非晶质合金薄带，它的磁通为1.3T，磁通太低，而且气态氮不容易进入合金，其合金体系中的氮含量不易准确控制。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种高磁通密度纳米晶质薄带合金材料，其材料组分的含量容易控制，而且材料具有较高磁通密度。

本发明的另一目的是提供一种高磁通密度纳米晶质薄带合金材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高磁通密度纳米晶质薄带合金材料，其特征在于，该材料各成分重量百分比含量为：Nd 0.05-0.1%，Sm 0.01-0.05%，Tb 0.01-0.05 %，Cu 0.5-1%，Ni 1-3 %，Sr 0.1-0.7 %，Co 1-3%，Ba 0.2-0.5 %，Mn 1-3 %，Pb 1-5%，Ru 0.3-0.6%，B 1-2%，Si 0.1-0.5%，Sb 0.01-0.05%，其余Fe。

一种高磁通密度纳米晶质薄带合金材料的制备方法，其步骤为：

（1）按照上述重量百分比分别取Nd、Sm、Tb、Cu、Ni、Sr、Co、Ba、Mn、Pb、Ru、B、Si、Sb和Fe进行配料，各原料的纯度均大于99.9％； 

（2）将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1530-1560℃，静置5-9分钟得到母合金液体；   

（3）再将所述母合金液体倒入装有感应加热线圈的中间包内，控制中间包温度在1400-1500℃；所述中间包本体下部设有喷嘴，喷嘴的下部设有转辊，喷嘴和转辊的间隙为0.2-0.6mm，打开喷嘴，母合金液体从喷嘴喷出，遇到旋转的转辊，被转辊轮缘拖拽形成薄带；

（4）再采用高能电子束对薄带进行扫描热处理；

（5）扫描热处理结束后，将薄带放入150-180℃的保温炉中保温1-2小时，最后得到高磁通密度纳米晶质薄带合金材料。

所述步骤（3）中感应加热线圈的频率为50-100kHz；所述喷嘴为长方孔，长方形孔的宽度为0.1-0.4mm，长度为10-50mm；转辊轮缘的旋转线速度为21～25m/s；薄带的厚度为18-24μm，宽度为10-50 mm。

所述步骤（4）中高能电子束的扫描频率为200Hz，扫描区域宽度为20 mm，扫描时间为3-5min，加速电压为120-140 U/kV，聚焦电流350-400 mA。

本发明相比现有技术具有如下有益效果：

本发明合金采用Nd和Sm元素，这两种元素原子的存在都可使铁原子扩散困难，从而使非晶不容易晶化，掺入可提高材料非晶形成能力和热稳定性。

材料中Sb、Pb和B元素含量的增加，使材料的非晶形成能力增加，提高非晶相的稳定性。Si元素是主要非晶形成元素，含量多会增加材料脆性，饱和磁化强度要降低，因此应选择合适的Si含量。Ru元素含量的增加，合金的非晶形成能力和强度增加，可以提高材料的强度和塑形，可以有效降低Si的使用量。Co和Ni元素的加入使合金材料具有较好的软磁性能，磁导率和电阻率高。Ba元素的主要作用是阻止铁晶粒长大，从而保证材料中晶粒的纳米尺寸。Co、Ni、Tb、Sr和Sm联合作用不仅显著提高材料初始磁导率，而且提高合金的磁通密度。

本发明采用浇注控制、合金化和高能电子束热处理结合，可以有效保证化学成分的均匀分布，既保证了合金的磁性能，也保证了合金的内外在质量。薄带采用高能电子束进行扫描热处理，通过控制电压和电流有效地控制晶粒的大小，保证了热处理的质量。