[发明专利]一种Fe-B-P-C-Cu-N-Cr系非晶纳米晶软磁合金及制备方法

说明书

一种Fe‑B‑P‑C‑Cu‑N‑Cr系非晶纳米晶软磁合金及制备方法。化学成分表达式为Fe_xB_yP_zC_aCu_bN_cCr_d，式中x，y，x，a，b，c，d分别表示各对应组分Fe、B、P、C、Cu、N、Cr的原子百分比，其中80≤x≤85，4≤y≤9，3≤z≤8，3≤a≤5，0.7≤b≤1.1，0.1≤c≤0.5，d的范围根据氮化铬铁(FeCrN)添加剂的成分确定，FeCrN添加剂的原子百分比含量为Fe_27.9Cr_46.8N_25.3。在本发明合金体系中，添加了低熔点的FeCrN，当N＝0.4时，合金在最佳温度退火6min之后，饱和磁化强度(B_s)可达1.86T，矫顽力(H_c)可低至9.2A/m，其非晶态在0.5mol/LNaCl溶液中的腐蚀电位相对于对比例(Fe₈₃B₉P₃C₄Cu₁)合金的提高了0.1V。所制备的非晶纳米晶合金可作为电机、互感器等器件适用于电力工业变压器铁芯、逆变焊机、新能源、无线充电、数码及自动化等领域。

技术领域

本发明属于软磁合金功能材料技术领域，涉及一种含铬氮耐蚀性高饱和磁化强度铁基非晶纳米晶软磁合金及其制备方法，尤其涉及一种耐蚀性、高饱和磁化强度的Fe-B-P-C-Cu-N-Cr系非晶纳米晶软磁合金及其制备方法。

背景技术

在电器元器件向小型化、轻量化和多动能化发展的背景下，对其使用的软磁功能材料提出了更高的要求。虽然目前使用的Finemet(其成分为Fe_73.5Si_13.5B₉Cu₁Nb₃,at.％)纳米晶软磁合金具有高初始和有效磁导率，低矫顽力和损耗，但是其相对较低的饱和磁感密度(B_s＝1.24T)难以满足电器元器件迅速发展的需求。因此，关于如何提高饱和磁感密度的研究被广泛的开展。在公布号为CN 106756644 A专利说明书中提供一种高饱和磁感密度(B_s)的Fe-Si-B-P-C-Cu合金系，其实施例中Fe_84.7Si_1.5B₉P₄Cu_0.5C_0.3合金，在440℃退火热处理后，其B_s可达1.95T，矫顽力(H_c)为28A/m。可以看出此合金虽然具有高的高B_s，很好地满足了电器元器件向小型化、轻量化和多动能化发展对高功率密度的需求，但是其高的H_c导致其损耗增加，严重限制了高效化和高频化应用的要求。另一方面，在使用过程中逐步发现，在相对潮湿的环境中，铁基非晶纳米晶合金易氧化，导致其在生产和运输过程中出现氧化锈蚀现象，严重影响了电器元件的性能和可靠性。造成这种现象的原因主要是，为了保证合金具有B_s，铁基非晶纳米晶合金必须有高含量的铁(一般Fe82at.％)，这不仅使其耐腐蚀性降低，还使其非晶形成能力大大下降。众所周知，Cr元素是提高合金耐蚀性最有效的元素，也是目前不锈钢中提高耐蚀性的主要的添加元素。据报道，在Fe-Si-B系非晶合金中添加Cr元素可以显著提高非晶合金的耐蚀性，但是，Cr元素为反铁磁性元素，过多的添加Cr会导致合金的B_s降低。而根据相关文献报道在高铁含量(Fe≥81at.％)时，添加Cr元素也会降低合金的非晶形成能力。这就说明，在高Fe含量和过量添加Cr的双重作用下，合金的非晶形成能力和B_s都会受到影响。所以，开发一种新的Cr元素添加方法和工艺对非晶带材的生产和使用过程中防止氧化和适应电器元器件向小型化、轻量化和多动能化发展需求就是一个十分迫切和重要的问题。