專利名稱：一種軟磁材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軟磁材料的組成及制備方法，尤其是含銅但不含Zr，Nb等貴金屬的納 米非晶與微晶軟磁材料及制備方法。
背景技術(shù)：
1970年鐵基非晶軟磁材料的問世開創(chuàng)了軟磁合金應(yīng)用的新時代，其組成 為80% Fe及20% Si，B類金屬元素，它具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(1.54T)，其功率損 耗為硅鋼片的30%，主要應(yīng)用于頻率低于10kHz的配電變壓器，大功率開關(guān)電源等。 1988年日本Y. Yoshizawa等人在J. Appl. Phys，64 (1988) 6044刊物上報道了組成為 Fe73. 5CulNb3Sil3. 5B9的納米微晶軟磁材料具有優(yōu)良的軟磁特性，并命名為“Finemet”。 它具有高飽和磁化強(qiáng)度與高磁導(dǎo)率，因此很快就成為新型的軟磁材料產(chǎn)品。其后，其他牌號 的納米微晶軟磁材料也相繼問世，其中常見于文獻(xiàn)的有1990年報道的組成為Fe90&7B3的 “NAN0PERM” 和組成為(FeCo)88M7B4Cul，M = Zr, Nb, Hf, Ta 的 “HITPERM”。雖然這些納米 微晶軟磁材料同時具備高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和高磁導(dǎo)率，但由于其含有Zr，Nb, Hf, Ta等價格 昂貴的金屬元素，其成本和價格遠(yuǎn)高于軟磁鐵氧體材料，因而其產(chǎn)量也遠(yuǎn)低于軟磁鐵氧體 材料。性價比優(yōu)于軟磁鐵氧體材料的納米微晶軟磁材料將為其應(yīng)用帶來廣闊的前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種含銅但不含Zr (鋯)，Nb (鈮)等價格昂貴元素的鐵基 納米非晶與微晶軟磁材料及制備方法。該材料通過配方控制銅的含量，經(jīng)過退火處理在非 晶態(tài)的基礎(chǔ)上部分形成尺寸小于20納米的納米微晶，降低有效磁晶各向異性常數(shù)和矯頑 力；通過配方控制納米晶中Si的含量，降低磁致伸縮系數(shù)和矯頑力，從而達(dá)到降低磁致?lián)p 耗和提高磁導(dǎo)率的目的；在材料的配方中保持高的鐵含量，使它同時具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng) 度。綜上所述，該材料的綜合性能優(yōu)于鐵基非晶軟磁材料，材料成本明顯低于“Finemet”等 納米微晶軟磁材料，提高了性價比，拓寬了這類高性能材料的應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)方案是納米非晶與微晶軟磁材料，含銅但不含M = (Nb, Zr)等價 格昂貴的元素的鐵基納米非晶與微晶軟磁材料，其特征是材料的組成是Fe 76-84份，Si 2-15份，B 6-13份，Cu 0.5-2. 5份，(原子數(shù)比，下同)。軟磁材料的更優(yōu)的組成是:Fe 77. 5-82. 5份，Si 2-10份，B 8-10份，Cu 0. 5-1. 5份。本發(fā)明的含銅但不含M = (Nb,Zr)等價格昂貴的元素的鐵基納米非晶與微晶軟磁 材料的制備方法是純度大于99. 5%的純鐵，硅，硼，銅等金屬、類金屬元素按Fe 76-84份， Si 2-15份，B 6-13份，Cu 0.5-2. 5份，(原子數(shù)比)組成進(jìn)行配比，在真空或氬氣氛電弧 爐中熔煉3-5次，使其組成均勻化，熔煉爐的真空度優(yōu)于3X 10_3Pa。熔煉好的鑄錠清潔表 面后進(jìn)行破碎；最后一次熔煉好的鑄錠置于真空快淬爐中快淬成非晶條帶，快淬爐真空度 優(yōu)于3 X 10_3Pa，線速度大于40m/s，制備成的非晶條帶置于真空爐中退火，時間0. 5-2小時，溫度300-650°C，使非晶材料部分轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米晶材料。本發(fā)明的有益效果是一種含銅但不含&(鋯)，Nb(鈮)等價格昂貴元素的鐵 基納米非晶與微晶軟磁材料及制備方法，降低了鐵基納米非晶與微晶軟磁材料的成本和價 格，提高了這類軟磁材料的性價比，拓寬了這類高性能材料的應(yīng)用領(lǐng)域。
四

圖1是本發(fā)明一個實施例的材料的退火溫度與性能之間關(guān)系的曲線
五具體實施例方式本發(fā)明材料與現(xiàn)有技術(shù)的材料的性能對比軟磁材料的一個配方是Fe 82份，Si 2. 5份，B 14份，Cu 1. 5份本發(fā)明與傳統(tǒng)的鐵基納米非晶與微晶軟磁材料的性能對比
Bs(T)He(A/m)P (u Qm)入 s (10-6)本發(fā)明1. 756. 50. 95+12Fe73. 5CulNb3Sil3. 5B91. 240. 51. 2+2. 1Fe73. 5CulNb3Sil5. 5B71. 230. 41. 2 0Fe86CulZr7B61. 523. 20. 56+1. 06. 5mass% Si-Fe1. 8450. 82+0. 1Amorphous Fe78Si9B131. 562. 61. 3+27樣品的制備如下采用純度大于99. 5%的金屬、類金屬作原材料，按分子式及各 元素原子量進(jìn)行稱重配方，在氬氣中熔煉成合金，熔煉的溫度高于組成的熔點，然后合金塊 在充氬氣的快淬爐中快淬成非晶薄帶，將非晶薄帶繞成圓環(huán)狀，置于真空爐中退火。溫度 300-650°C，時間0. 5-2小時，使非晶材料部分轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米晶材料，對不同配比的試樣進(jìn)行 磁性測量，部分結(jié)果如下表所示。
Fe (份)Si (份)B(份)Cu(份)Bs(T)He (A/m)82. 52. 5141. 01. 756. 080. 54141. 51. 683. 880. 56121. 51. 653. 4 具體配方和方法例1.純度大于99. 5%的純鐵，硅，硼，銅等金屬、類金屬按Fe 76_84份，Si 2_15份， B 6-13份，Cu 0.5-2. 5份的(原子數(shù)比)組成進(jìn)行配比，在真空或氬氣氛電弧爐中熔煉3-5 次，使其組成均勻化，熔煉爐的真空度優(yōu)于3 X 10_3Pa。2.熔煉好的鑄錠清潔表面后進(jìn)行破碎，置于真空快淬爐中快淬成非晶條帶，快淬 爐真空度優(yōu)于3X10_3Pa，線速度大于40m/s。3.制備成的非晶條帶置于真空爐中退火，時間0. 5-2小時，溫度300-650°C，使非 晶材料轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米材料。4.對不同配比的試樣進(jìn)行磁性測量，分析不同配比對磁性的影響，按不同的應(yīng)用 要求確定合理的配方及退火溫度等其他工藝條件。
權(quán)利要求
一種納米非晶與微晶軟磁材料，其特征是材料的組成是Fe 76-84份，Si 2-15份，B 6-13份，Cu 0.5-2.5份，且以原子數(shù)比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米非晶與微晶軟磁材料，其特征是軟磁材料的組成是Fe 77. 5-82. 5 份，Si 2-10 份，B 8-10 份，Cu 0. 5-1. 5 份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米非晶與微晶軟磁材料的制備方法，其特征是取純度 大于99. 5%的純鐵，硅，硼，銅按Fe 76-84份，Si 2-15份，B 6-13份，Cu 0. 5-2. 5份原子 數(shù)組成進(jìn)行配比，在真空或氬氣氛電弧爐中熔煉3-5次，使其組成均勻化，熔煉爐的真空度 優(yōu)于3X 10_3Pa ；熔煉好的鑄錠清潔表面后進(jìn)行破碎；最后一次熔煉好的鑄錠置于真空快淬 爐中快淬成非晶條帶，快淬爐真空度優(yōu)于3 X 10_3Pa，線速度大于40m/s，制備成的非晶條帶 置于真空爐中退火，時間0. 5-2小時，溫度300-650°C，使非晶材料部分轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米晶材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米非晶與微晶軟磁材料的制備方法，其特征是制備成 的非晶條帶置于真空爐中退火，時間1-2小時，溫度300-450°C。
全文摘要
一種軟磁材料及制備方法，組成是Fe 76-84份，Si 2-15份，B 6-13份，Cu 0.5-2.5份，且以原子數(shù)比。以上述組成進(jìn)行配比，在真空或氬氣氛電弧爐中熔煉3-5次，使其組成均勻化，熔煉爐的真空度優(yōu)于3×10-3Pa；熔煉好的鑄錠清潔表面后進(jìn)行破碎；最后一次熔煉好的鑄錠置于真空快淬爐中快淬成非晶條帶，快淬爐真空度優(yōu)于3×10-3Pa，線速度大于40m/s，制備成的非晶條帶置于真空爐中退火，時間0.5-2小時，溫度300-650℃，使非晶材料部分轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米晶材料。本發(fā)明降低了鐵基納米非晶與微晶軟磁材料的成本和價格，提高了這類軟磁材料的性價比。
文檔編號C21D1/26GK101853726SQ201010173908
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者商燕彬, 王新輝, 趙光, 趙利明, 都有為 申請人:南京新康達(dá)磁業(yè)有限公司;南京大學(xué)