[发明专利]一种铁基纳米晶软磁合金及其制备方法

说明书

本发明属于软磁合金技术领域，尤其是一种铁基纳米晶软磁合金及其制备方法；所述铁基纳米晶软磁合金的化学成分及其原子百分含量为：Fe 72.5％‑73.8％、Cu 0.89％‑0.91％、Si 8.2‑8.8％、Al 2.5％‑3.5％、M 13.8％‑15.1％；其中M按原子百分含量计，由以下化学成分组成：Mn 2％‑2.2％、Mo 2.2％‑2.4％、Ti 3％‑3.2％、Co 2.1％‑2.3％Nb、3％‑3.1％、B 1.5％‑1.9％。该合金的制备方法为:先按上述百分含量配料，并将原材料混合粉碎至5cm以下；然后加到熔化炉中熔化；再将熔化的合金喷射到高速旋转的金属辊轮表面，连续形成薄带；而后将薄带进行退火，自然冷却即可。本发明所提供的合金，兼具高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗等优点，同时具有良好的抗摔、抗碰性，可用于小尺寸、大功率的电磁产品的制造。

技术领域

本发明属于软磁合金技术领域，尤其是一种铁基纳米晶软磁合金及其制备方法。

背景技术

纳米晶金属材料是将金属加热到液态，采用急速冷却将其冷却到玻璃态(非晶态)，然后通过回火，让玻璃态金属在金属的凝固点以下的温度，通过原子移动，形成具有超细晶粒的纳米晶金属材料。纳米晶材料的晶粒大小可以通过工艺参数进行控制，一般退火温度越高、时间越长，晶粒越大。这种非晶态与纳米晶状态的金属材料具有非常多的与常态金属没有的优异性能。

近年来，科学工作者将纳米晶制作方法用于金属软磁材料的制作，取得了非常好的效果，这些金属纳米晶软磁材料，不仅保留了非晶合金的性能特点，而且还具有更加优异的软磁材料特性，成为了软磁材料发展的重要方向。铁基纳米晶软磁材料就是以铁为基础，加入多种合金元素，采用纳米晶制作方法制成的铁软磁材料。铁基纳米晶软磁材料，具有高磁导率、低的磁损耗、高饱和磁感应强度、高工频损耗等优点，磁性能优异、生产工艺简单，成本低廉，是硅钢铁氧体和坡莫台金等传统软磁材料的替代品，未来对我国传统产业的改造和高新技术的发展，将发挥越来越重要的作用，已经成为软磁材料主要研究趋势。

目前，我国研究出的纳米晶铁磁材料的性能不能同时兼备高饱和磁感强度、低矫顽力、低损耗多项优点；此外，软磁材料怕摔、怕碰的通性弱点仍然没有得到解决，这给铁基纳米晶软磁材料的应用造成了极大的影响，特别是小尺寸、大功率的电磁传感器等电磁产品，尚不能使用铁基纳米晶软磁材料制造。如专利申请号为CN201110282189.4的文件公开了一种高饱和磁感应强度低成本铁基纳米晶软磁合金，合金组成满足关系式：Fe_aB_bC_cM_dCu_e，式中M为选自Si、Al、Cr和Mn中的一种或多种，下标a、b、c、d、e分别表示各对应合金元素的原子百分比，并且满足以下条件：78≤a≤88；4≤b≤16；3≤c≤10；0≤d≤8；0.3≤e≤1.5；a+b+c+d+e＝100，所述铁基纳米晶合金由非晶基体相和纳米晶相组成。虽然该合金兼具高饱和磁感应强度，低矫顽力，低损耗等优异的软磁性能，并且不含贵金属元素及挥发性元素，降低了原材料的加工成本；但是该合金的低矫顽力为4.5-16.5A/m左右，仍比较高，且没有解决铁磁软合金不能用于小尺寸、大功率电磁产品制造的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明通过调整铁基软磁材料的配方成分，调整非晶态合金制作工艺和热处理工艺参数，提供了一种铁基纳米晶软磁合金及其制备方法，具体是通过以下技术方案实现的：

一种铁基纳米晶软磁合金，所述铁基纳米晶软磁合金的化学成分及其原子百分含量为：Fe 72.5％-73.8％、Cu 0.89％-0.91％、Si 8.2-8.8％、Al 2.5％-3.5％、M 15.1％-13.8％。

优选地，所述M按原子百分含量计，由以下化学成分组成：Mn 2％-2.2％、Mo2.2％-2.4％、Ti 3％-3.2％、Co 2.1％-2.3％Nb、3％-3.1％、B 1.5％-1.9％。

本发明通过大量试验研究了各种化学成分在铁基纳米晶软磁合金中的作用，结果如表1所示：