[发明专利]一种铁基非晶软磁合金及其制备方法和应用

说明书

一种铁基非晶软磁合金及其制备方法和应用，所述铁基非晶软磁合金的典型成分为FexNbyNizSiaBbCucTbdLae，其中，x=60‑70at%，y=10‑15at%，z=3‑5at%，a=8‑12at%，b=3‑5 at%，c=0.5‑1at%，d=1‑2at%，e=0.5‑1 at%。本发明所述的铁基非晶软磁合金及其制备方法和应用，配方设置合理，通过添加Tb、La稀土元素，可以增加纳米晶软磁合金的有序相之间的铁磁耦合交换作用，提高纳米晶软磁合金高磁感应强度和高频高磁导率，制备方法步骤简单，易于大规模推广和生产，可以应用于电源开关、配电变压器、电流互感器等磁性器件，应用前景广泛。

技术领域

本发明属于非晶纳米晶软磁合金技术领域，具体涉及一种铁基非晶软磁合金及其制备方法和应用。

背景技术

非晶合金是通过传统材料采用特殊的工艺处理而得到的一种新兴合金材料；同传统的氧化物玻璃相比，该类合金主要以金属元素为主，彼此之间以金属键的方式相结合，因而具备许多金属方面的独特性质，加之特殊的原子排列结构，使其在各方面均呈现优异的性能，被广泛应用于各个领域。在众多的非晶合金中，Fe基非晶合金以其低廉的原材料、简单的制备工艺和优异的软磁性能成为了材料界中的研究热点。

铁基非晶软磁合金正逐渐取代以硅钢二坡莫合金和铁氧体等传统晶态材料，作为变压器和电感器的理想材料。铁基非晶软磁合金逐渐演变为三大体系：Finemet类合金、Nanoperm类合金以及Hitperm类合金。对于非金属元素占比较大(约22 at．％)的Finemet系合金，导致低Fe含量的饱和磁感应强度Bs较低(仅1.25 T左右)，与高Bs的硅钢片(1．8T以上)较，存在一定的差距。同时，由于其含有贵金属Nb，也加大了材料的成本。Nanoperm类合金较好的解决了这一劣势，大幅提升了Bs。不足之处由于含有Zr等金属元素，一般需要在真空环境下进行，导致工艺复杂化；同样对于Hitperm系合金，合金的软磁性能得到改善，但是由于含有Co等元素，极大地增加了材料成本，应用领域受到限制。因此，本发明研发出一种铁基非晶软磁合金及其制备方法和应用，具有高饱和磁感应强度，并且成本低，易于生产和大规模生产。

中国专利申请号为CN201811347087.4公开了一种铁基非晶纳米晶软磁合金及其制备方法和应用，将铁、硅、硼源、铜、铌和镍进行熔炼后，得到合金锭；将合金锭破碎后清洗，然后进行甩带，得到非晶合金带；在真空或保护性气氛的条件下，将非晶合金带在430～450℃进行热处理后，得到铁基非晶纳米晶软磁合金，其饱和磁感应强度需要进一步提高和成本降低。

发明内容

发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种铁基非晶软磁合金及其制备方法和应用，配方设置合理，通过添加 Tb、La稀土元素，可以增加纳米晶软磁合金的有序相之间的铁磁耦合交换作用，提高纳米晶软磁合金高磁感应强度和高频高磁导率，制备方法步骤简单，易于大规模推广和生产，可以应用于电源开关、配电变压器、电流互感器等磁性器件，应用前景广泛。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种铁基非晶软磁合金，所述铁基非晶软磁合金的典型成分为FexNbyNizSiaBbCucTbdLae，其中，x=60-70at%，y=10-15at%，z=3-5at%，a=8-12at%，b=3-5at%，c=0.5-1at%，d=1-2at%，e=0.5-1 at%。

本发明所述的铁基非晶软磁合金，配方设计合理，Fe、Ni作为金属磁性元素，是铁基非晶软磁合金磁性能的主要来源，含量占比大，饱和磁感应强度；Si、B作为类金属元素，可以提高铁基非晶软磁合金的非晶形成能力、增强热稳定性同时对于控制微观结构；Ni、Cu作为特定金属元素，难溶于铁基合金中，添加少量的Ni、Cu可以在热处理过程中为纳米晶的析出提供形核位点且有效的阻碍晶粒的过度长大，使得纳米晶颗粒的大小适当从而具有良好的软磁特性和力学性能；Tb、La作为稀土元素，可以增加纳米晶软磁合金的有序相之间的铁磁耦合交换作用，提高纳米晶软磁合金高磁感应强度和高频高磁导率。