[发明专利]一种铁基纳米晶软磁合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁基纳米晶软磁合金材料技术领域，尤其涉及一种具有低成本，高饱和磁感应强度、低矫顽力的铁基纳米晶软磁合金材料及其制备方法。

背景技术

铁基非晶、纳米晶软磁合金具有高的饱和磁感应强度、高强韧性、低损耗、低矫顽力、高磁导率等优异性能，同时其制备工艺简单，成本低廉，高效节能，能够促进产品节能环保、小型化、轻量化发展，在电力互感器、电力变压器等方面具有广泛应用。

铁基纳米晶软磁合金由非晶合金经过晶化热处理制备得到，合金结构由非晶基体和纳米晶粒两相结构组成，因此兼具了传统晶态软磁材料及非晶态软磁材料的多项优点。到目前为止，铁基纳米晶软磁研究主要包括三个体系：Fe-Si-B-M-Cu(M＝Nb、Mo、W、Ta等)FINMET系合金，Fe-M-B-Cu(M＝Zr、Hf、Nb等)NANOPERM系合金以及(Fe，Co)-M-B-Cu(M＝Zr、Hf、Nb等)系HITPERM系合金。

其中，FINEMET系合金综合软磁性能较优，具有高磁导率，低损耗等特点，由于合金饱和磁感应强度大小取决于Fe含量，其Fe元素含量较低，非金属元素Si和B等含量较高，导致饱和磁感应强度较低，典型成分Fe_73.6Nb₃Si_13.5B₉Cu₁的饱和磁感应强度仅为1.24T。

与FINEMET相比，NANOPERM系和HITPERM系合金表现出较高的饱和磁感应强度，且合金磁致伸缩系数趋近于零，大大降低了其应力敏感性，可在高频下使用。但是，大量易氧化昂贵金属Zr，Hf等的存在，以及HITPERM中更含有大量的Co元素，导致了合金成本提高，同时使得制备工艺复杂。

当今电子电力、军事民用工业领域，高频电感、高频开关电源、高频变压器等磁性器件逐步实行轻量化、小型化发展，高电压输电线路需求日趋增多，社会自然环境要求工业生产节能环保型发展，有待出现一种具有高饱和磁感应强度，软磁性能良好且生产成本低廉的铁基纳米晶软磁合金材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种铁基纳米晶软磁合金材料及其制备方法，该材料铁含量较高，昂贵金属及无磁性元素含量较少，生产成本低廉，并且具有高饱和磁感应强度以及低矫顽力等良好软磁性能的优点。

本发明提供的铁基纳米晶软磁合金材料的分子式为：

Fe_aNb_bB_cCu_d

其中，a、b、c、d分别表示各对应元素的原子百分含量，80≤a≤85，1≤b≤3，12≤c≤18，0.8≤d≤1.2，并且a+b+c+d＝100。

作为优选，所述的80≤a≤85，进一步优选为82≤a≤84。

作为优选，所述的1≤b≤3，进一步优选为1.5≤b≤2.5。

作为优选，所述的12≤c≤18，进一步优选为13≤c≤16。

作为优选，所述的0.8≤d≤1.，进一步优选为0.9≤d≤1.1。

本发明还提供了一种制备上述铁基纳米晶软磁合金材料的方法，包括如下步骤：

步骤1：按照上述分子式称取各元素进行配料；

步骤2：将步骤1配制的原料装入熔炼炉中，在惰性气氛保护下进行熔炼，冷却后得到成分均匀的母合金铸锭；

步骤3：将母合金铸锭破碎为小块样品，重新熔融后采用单辊甩带制得非晶合金；

步骤4：将非晶合金进行退火晶化处理，得到纳米晶软磁合金材料。

作为优选，所述的步骤1中，元素Fe、Nb、B和Cu的纯度均不低于99wt.％。

作为优选，所述的步骤2中，熔炼温度为1300-1800℃。

作为优选，所述的步骤2中，熔炼时间为20-40分钟。

作为优选，所述的步骤3中，非晶合金为条带状，条带宽度优选为1-2mm，厚度优选为20-25μm。

作为优选，所述的步骤4中，退火晶化处理过程为：将非晶合金在真空气氛中用等温退火进行晶化处理，然后淬火至室温。

作为优选，所述的步骤4中，退火温度为530-570℃。

作为优选，所述的步骤4中，退火时间为1-3分钟，进一步优选为2.5-3.5分钟。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：