[发明专利]一种铁基亚纳米软磁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铁基亚纳米软磁合金。该合金的成分表达式为Fe_aSi_bB_cP_dC_eCu_fM_g，其中M代表Ti、Zr和Hf中的一种或几种元素，下标a、b、c、d、e、f、g分别为各对应元素的原子百分含量，并满足以下条件：78≤a≤86，2≤b≤9，4≤c≤10，0<d≤5，0<e≤3，0<f≤2，0<g≤5，且a+b+c+d+e+f+g＝100。该合金经单辊熔体快淬法制备成的带材，其内部弥散分布着大量亚纳米尺度(5nm以下)的α‑Fe晶粒和原子团簇，具有高饱和磁感应强度、低损耗、高磁导率等优异的软磁性能。上述淬态带材经适当条件的热处理后，可进一步析出大量亚纳米尺度的α‑Fe晶粒，软磁性能获得进一步提高。由于新型独特的微观结构，该系列合金的晶化工艺采用快速热处理，可显著提高工业生产的效率。

技术领域

本发明涉及功能材料领域中的软磁材料，尤其涉及一种新型亚纳米软磁合金材料。

背景技术

当前电力电子器件向节能化、小型化和高精度化方向发展，具备高饱和磁感应强度(B_S)、低损耗和高磁导率(μ)的软磁材料成为磁性材料领域研究开发的重要方向。非晶、纳米晶软磁合金由于具有上述软磁性特点，近年来逐渐成为各个相关企业和研究机构开发的热点。目前已有多个研究机构和企业开发出了一系列兼具高B_S和低损耗的新型纳米晶软磁合金成分，如专利CN200980100394.5，CN201410273233.9，CN201110418631.1，CN201410415305.9等，这些新型纳米晶合金的B_S达到1.6T以上，有的高达到1.9T以上。这为新型电力电子器件的小型化发展提供了良好的材料基础。

纳米晶软磁合金是由单辊熔体快淬法制备成的Fe基非晶态合金，经热处理工艺，从非晶态合金中析出均匀分布的10nm左右的α-Fe晶粒制备而成。由于α-Fe相的饱和磁感应强度高达2.2T，所以α-Fe晶粒的析出，可使热处理后制得的纳米晶合金的饱和磁感应强度比热处理前获得大幅提升，矫顽力显著下降，综合软磁性能获得明显提高。

然而，目前已开发出的这些高B_S的纳米晶软磁合金中Fe含量一般较高，制备条件要求苛刻，在其生产制备和热处理过程中易产生组织结构不均匀、形成粗大的α-Fe晶粒等问题，导致软磁性能下降、损耗增大，从而阻碍该类合金的应用【参考文献：Journal ofAlloys and Compounds 622(2015)1000-1004】。

发明内容

本发明所要解决的问题是，针对上述现有技术中的缺点，提出创新方案，尤其是一种能够有效解决现有高B_S纳米晶软磁合金在生产制备和热处理过程中易出现的组织结构不均匀、形成粗大α-Fe晶粒等问题，并提供一种具有优异软磁性能的新型合金——铁基亚纳米软磁合金及其制备方法。

为解决上述问题，本发明采用的方案如下：一种铁基亚纳米软磁合金，其特征在于，所述铁基亚纳米软磁合金的组分表达式为Fe_aSi_bB_cP_dC_eCu_fM_g，其中M为Ti、Zr和Hf中的一种或多种元素，下标a、b、c、d、e、f、g分别为各对应元素的原子百分含量，并满足以下条件：78≤a≤86，2≤b≤9，4≤c≤10，0<d≤5，0<e≤3，0<f≤2，0<g≤5，a+b+c+d+e+f+g＝100；所述铁基亚纳米软磁合金的淬态带材是由非晶态合金基体和亚纳米尺度的晶粒及有序原子团簇组成的复合材料，所述的晶粒和原子团簇在非晶态合金基体上均匀弥散分布。所述亚纳米尺度表示直径小于等于5纳米的结构。