一种基于慢速升温退火的铁基纳米晶软磁材料及其制备方法

本发明涉及磁性材料，具体为一种基于慢速升温退火的铁基纳米晶软磁材料及其制备方法。

背景技术：

1、铁基纳米晶软磁材料具有优异的软磁性能，可替代现有常用的硅钢、铁氧体等软磁材料被应用于电力传输、电子电路等领域。目前已经具有比较成熟的纳米晶软磁合金以含有元素nb为主要特征，典型合金系列为finemet系列，虽然已经得到批量化生产，但存在性能不足，其饱和磁感应强度通常受限在1.2～1.5t。后期开发的高性能纳米晶软磁合金材料以含有元素p为主要特征(也可同时含有nb等)，典型合金系列为nanomet系列，其性能在矫顽力不超过10a/m的前提下饱和磁感应强度可达1.8t。然而，此类材料在热处理阶段往往需要超过20℃/min的升温速率。考虑到材料受热均匀的需要，工业上要求批量生产的材料升温速率在10℃/min甚至更低。因此，目前开发的铁基纳米晶软磁材料中的高磁感应强度和可批量生产性不可兼得。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于慢速升温退火的铁基纳米晶软磁材料及其制备方法，解决了目前开发的铁基纳米晶软磁材料中的高磁感应强度、低矫顽力和可批量生产性不可兼得的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于慢速升温退火的铁基纳米晶软磁材料，主要由fe、ni、si、p、c、cu和ag元素构成，所述的铁基纳米晶合金成分为feanibsic(bpc)dcueagf；其中，a、b、c、d、e、f分别对应的各元素的摩尔百分比，0≤b≤3，0≤c≤4，5≤d≤20，0.5≤e≤1.5，0.05≤f≤0.5，其余均为铁。

5、优选的，含有少量ag，即0.05≤f≤0.2。

6、优选的，所述的铁基软磁材料为fe82.6b16cu1.3ag0.1,、fe82.6b15p1cu1.3ag1和fe82.65b13p3cu1.3ag0.05。

7、优选的，一种基于慢速升温退火的铁基纳米晶软磁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8、s1、将原料铁源、镍源、硅源、硼源、磷源、碳源、铜源及银源，均匀混合后，在惰性气体保护下1100～1250℃熔炼10-20mi n后采用喷粉、甩带、铜模铸造等工艺快速冷却，获得非晶态合金，或在熔炼后先冷却获得中间合金，再重新熔化后采用快速冷却工艺获得非晶态台金；

9、s2、将s1获得的非晶态合金，于300-460℃退火处理10-60mi n，退火过程所需升温速率≥1k/mi n，即得到晶态铁基纳米晶软磁材料。

10、优选的，所述铁源为纯铁和/或磷化铁。

11、优选的，所述镍源为纯镍、磷化镍或其他含镍合金。

12、优选的，所述磷源为磷化铁、磷化镍或铁磷合金；所述硅源为纯硅或含硅的铁合金；所述硼源为纯硼或含硼的铁合金；所述碳源为纯碳或铁碳合金；所述铜源为纯铜；所述银源为纯银。

13、优选的，所述熔体快速冷却速率为1x106～4x106℃/s。

14、优选的，所述熔体快速冷却选用单辊甩带的方法，具体步骤如下：将中间合金在单辊甩带机上加热熔化后，于1100～1200℃时加压使熔体喷射旋转铜辊上，通过铜辊甩出，即得非晶态合金。

15、优选的，所述铜辊直径为55mm，转速4000r/mi n。

16、(三)有益效果

17、本发明提供了一种基于慢速升温退火的铁基纳米晶软磁材料及其制备方法。具备以下有益效果：

18、本发明通过在铁基纳米晶非晶合金中加入ag，在1k/mi n以上的升温速率下所得到的纳米晶软磁材料矫顽力低至11.6a/m，饱和磁感应强度高达1.81t。可以通过适量p、c等元素的添加，在几乎不损害材料饱和磁感应强度(＞1.79t)的基础上，进一步将慢速热处理下矫顽力降低至6.2a/m，热处理温度不超过420℃。此外较低的热处理温度有利于节约热处理环节的能源消耗，可以有效解决工业中大尺寸纳米晶软磁器件热处理不均匀的问题，且非晶前驱体可以在大气环境下制备。

技术特征：

1.一种基于慢速升温退火的铁基纳米晶软磁材料，其特征在于，主要由fe、ni、si、p、c、cu和ag元素构成，所述的铁基纳米晶合金成分为feanibsic(bpc)dcueagf；其中，a、b、c、d、e、f分别对应的各元素的摩尔百分比，0≤b≤3，0≤c≤4，5≤d≤20，0.5≤e≤1.5，0.05≤f≤0.5，其余均为铁。

2.根据权利要求1所述的一种基于慢速升温退火的铁基纳米晶软磁材料，其特征在于：含有少量ag，即0.05≤f≤0.5。

3.根据权利要求1所述的一种基于慢速升温退火的铁基纳米晶软磁材料，其特征在于：所述的铁基软磁材料为fe82.6b16cu1.3ag0.1、fe82.6b15p1cu1.3ag1和fe82.65b13p3cu1.3ag0.05。

4.根据权利要求1所述的一种基于慢速升温退火的铁基纳米晶软磁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种基于慢速升温退火的铁基纳米晶软磁材料的制备方法，其特征在于：所述铁源为纯铁、磷化铁或其他含铁合金。

6.根据权利要求4所述的一种基于慢速升温退火的铁基纳米晶软磁材料的制备方法，其特征在于：所述镍源为纯镍、磷化镍或其他含镍合金。

7.根据权利要求4所述的一种基于慢速升温退火的铁基纳米晶软磁材料的制备方法，其特征在于：所述磷源为磷化铁、磷化镍或其他含磷合金；所述硅源为纯硅或含硅的铁合金；所述硼源为纯硼或含硼的铁合金；所述碳源为纯碳和/或铁碳合金；所述铜源为纯铜；所述银源为纯银。

8.根据权利要求4所述的一种基于慢速升温退火的铁基纳米晶软磁材料的制备方法，其特征在于：所述熔体快速冷却速率为1x106～4x106℃/s。

9.根据权利要求8所述的一种基于慢速升温退火的铁基纳米晶软磁材料的制备方法，其特征在于：所述熔体快速冷却选用单辊甩带的方法，具体步骤如下：将中间合金在单辊甩带机上加热熔化后，于1100～1200℃时加压使熔体喷射旋转铜辊上，通过铜辊甩出，即得非晶态合金。

10.根据权利要求9所述的一种基于慢速升温退火的铁基纳米晶软磁材料的制备方法，其特征在于：所述铜辊直径为55mm，转速4000r/min。

技术总结本发明提供一种基于慢速升温退火的铁基纳米晶软磁材料及其制备方法，涉及磁性材料技术领域。该铁基纳米晶软磁材料及其制备方法，主要由元素Fe、Ni、Si、P、C、Cu和Ag组成，核心特征在于含有Ag元素，所述的铁基软磁材料的组分为FeaNibSic(BPC)dCueAgf，a、b、c、d、e、f分别对应各元素的摩尔百分比，0≤b≤3，0≤c≤4，5≤d≤20，0.5≤e≤1.5，0.05≤Ag≤0.5，其余为铁。通过在铁基纳米晶非晶合金中加入Ag，在10K/min的升温速率下所得到的纳米晶软磁材料矫顽力低至6.2A/m，饱和磁感应强度高达1.81T，可以有效解决工业中大尺寸纳米晶软磁器件热处理不均匀的问题，且非晶前驱体可以在大气环境下制备。技术研发人员：汪姚岑,曹崇德受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/9/17