[发明专利]一种提高合金表面层晶粒细化且均匀的方法

说明书

本发明公开一种提高合金表面层晶粒细化且均匀的方法，包括：按照合金组分及其比例配料，熔炼，制得母合金；将母合金通过单辊快淬法制得无序基质和异质晶粒共存的合金表面层；将所述合金表面层放入磁场下退火得到最终合金表面层。该方法能够在较低的磁场强度下制备晶粒细化且均匀的合金表面层。本发明还公开了利用该方法制备的合金表面层，该合金表面层晶粒细化且分布均匀，并具有较低的损耗，以及较低的动态矫顽力。

技术领域

本发明涉及磁性材料技术领域，具体涉及一种提高合金表面层晶粒细化且均匀的方法。

背景技术

铁基非晶软磁材料和铁基纳米晶软磁材料具有较高的饱和磁感应强度、低的矫顽力、低的损耗和高的磁导率等优异性能，可广泛应用于在变压器、传感器、互感器、共模电感和无线充电等电力电子器件。随着5G+技术和科技的发展，对软磁材料提出了新的要求，追求更高的饱和磁感应强度和更优异的软磁性能，为满足大功率、高频化和低功耗的发展趋势。

铁基非晶软磁材料是从由非晶态去应力退火获得非晶材料。铁基纳米晶软磁材料是从非晶态退火晶化后获得晶粒尺寸小于20nm且分布均匀的纳米晶材料。然而，高饱和磁感器强度铁基非晶材料和铁基纳米晶材料需要高的铁含量，进而降低材料的非晶形成能力，容易在材料的表面层出现大晶粒，进而恶化软磁性能。文献Journal of Magnetism andMagnetic Materials 62(1986)143-151公开了在富铁非晶合金中发现带材表面有明显的微树枝状晶粒约200nm，快淬诱导微树枝晶指向非晶块体。退火中，微树枝晶沿快淬诱导方向长大至微米级。文献Acta mater.49(2001)4069–4077公开了在富铁纳米晶合金中发现表面层含粗大晶粒的材料在1.4T和50Hz下的损耗为0.36W/kg,而去除表面层粗大晶粒后其在1.4T和50Hz下的损耗则降低至0.24W/kg。

文献Acta Materialia 53(2005)4155-4161公开了在NdPrDyFeMoB永磁材料中发现通过强磁场热处理可细化纳米尺寸软磁相，无磁场处理后a-Fe相的晶粒尺寸为20nm，19T强磁场处理后a-Fe相的晶粒尺寸则降至17nm。

文献Journal of Magnetism and Magnetic Materials 518(2021)167434公开了在(Nd0.8Pr0.2)2.2Fe12Co2B永磁材料中发现经1T强磁场热处理后，平均晶粒尺寸可从淬态的～25nm降低至～20nm。

上述提到采用磁场热处理可细化晶粒，但是所需的磁场强度非常高，需要1T以上，甚至要达到19T，这是常规的磁场热处理炉所难以达到的。铁基非晶软磁材料和铁基纳米晶软磁材料一般均需要在真空环境或保护气氛下进行热处理，根据现有电磁铁的磁路设计无法满足很大的磁场。同时为满足产业化应用，需要有大的热处理区同时保证一定的磁场。因此，急需开发一种弱磁场下细化表面层晶粒和提高晶粒均匀度方法，以改善材料的软磁性能。

发明内容

本发明提供一种表面层晶粒细化和均匀性提高方法，利用该方法能够在弱磁场条件下，制备具有较高软磁性能的富铁非晶纳米晶的合金表面层。

一种提高合金表面层晶粒细化且均匀的方法，包括：

按照合金组分及其比例配料，熔炼，制得母合金；

将母合金通过单辊快淬法制得无序基质和异质晶粒共存的合金表面层；

将所述合金表面层放入磁场下退火得到最终合金表面层。

本发明针对现有技术中富铁非晶材料和富铁纳米晶材料在快淬过程中容易在表面层析出晶粒，后续热处理后晶粒粗大恶化软磁磁性这一难题，通过铁磁相与弱磁场的相互作用，使得不足以成核的铁磁相，通过来自外部磁场的能量补充以满足成核势垒形核长大，从而得到大量的形核晶粒以降低形核半径，达到表面层晶粒细化和提高晶粒均匀性的目的，进而改善富铁非晶材料和富铁纳米晶材料的软磁性能。本发明提供的制备方法中仅需要提供弱磁场就能达到晶粒细化的目的。