[发明专利]富硅含P型铁基非晶纳米晶合金及铁基非晶合金纳米晶磁芯的制备方法

说明书

本发明提供了一种如式Fe_xSi_yB_zCu_eNb_mP_n所示的铁基非晶纳米晶合金，本申请还提供了一种铁基非晶纳米晶合金的制备方法；本申请通过添加适量的P元素，有效减小了铁基非晶纳米晶合金的矫顽力，提高了1kHz～20kHz的有效磁导率，且通过与其他元素配合，使得铁基非晶纳米晶合金的非晶形成能力好，热稳定性优良。

技术领域

本发明涉及磁性材料技术领域，尤其涉及一种铁基非晶纳米晶合金及铁基非晶合金纳米晶磁芯的制备方法。

背景技术

软磁材料及其相关器件(电感、变压器和电机)在整个世界的能量转换中起着关键作用。电能的转换包括能源、存储和电网之间的双向能量流动，并广泛应用于电力电子学领域。随着宽带隙(WBG)半导体的引入，使得电力转换、电子和电机控制器能够在更高的频率下工作。这可以进一步降低电力电子学中元器件(电感和电容器)的尺寸要求，并使其具有更高的效率和更高的转速。与此同时，市场对软磁材料的性能要求也越来越高。

自19世纪以来，当纯铁是唯一可用的软磁材料时，冶金学家、材料科学家和相关人员一直在推出改进的材料。1900年硅钢的发明是软磁材料的一个值得关注的事情。目前，占据金属软磁材料近80％市场份额的硅钢和纯铁仍是全球软磁市场的主导地位，是大型变压器和电机的首选材料。然而，硅钢和纯铁的低电阻使其严重受到涡流效应的影响，特别是当工作频率增加时磁芯有更为严重的涡流损耗，造成了严重的能源和环境问题，与近年来电力电子技术向高频、大电流、小型化、高效节能的发展方向不符。而经过几十年的发展研究后，新一代软磁材料非晶/纳米晶软磁合金因其优异的软磁性能，即具有较高的饱和磁化强度B_S和磁导率μ及低的铁损P_C，吸引国内外众多的研究者进行大量的科学研究且有些研究成果已成功进行产业化。

Fe基非晶/纳米晶软磁合金因其突出的软磁性能和相对较低的成本，正逐步替代硅钢、坡莫合金和铁氧体等广泛应用于高频电子变压器、电感器等电力电子器件中，可以提高变压器效率，缩小体积、减轻重量、降低损耗，被誉为21世纪新型绿色节能材料，目前正广泛应用于电力电子领域。

新近研发热的软磁复合材料虽然适合因绝缘包覆设计而获得极高的电阻率，能适应更高的工作频率，但其导率却不高。针对目前软磁材料状况，进一步开发出饱和磁感应强度高，磁导率高，损耗低的的铁基非晶纳米晶软磁合金，是满足电力电子对软磁材料要求的关键。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种非晶形成能力好、热稳定性优良以及软磁性能优异的铁基非晶纳米晶合金。

有鉴于此，本申请提供了一种如式(Ⅰ)所示的铁基非晶纳米晶合金，

Fe_xSi_yB_zCu_eNb_mP_n (Ⅰ)；

其中，x、y、z、e、m与n分别表示对应组分的原子百分含量；71.5≤x≤73.5，12.5≤y≤15.5，1.0≤z≤7.0，0.5≤e≤2.0，1.0≤m≤3.0，0＜n≤3；且x+y+z+e+m+n＝100。

优选的，所述Fe的原子百分含量为72～73.5，所述Si的原子百分含量为13～15.5。

优选的，所述B的原子百分含量为4～6，所述P的原子百分含量为0.5～2，所述Cu的原子百分含量为0.5～1.2，所述Nb的原子百分含量为1.5～3.0。

优选的，所述铁基非晶纳米晶合金中，n+z＝7。

优选的，所述铁基非晶纳米晶合金中，n+y＝15.5。

优选的，所述铁基非晶纳米晶合金中，n+x＝73.5。