專利名稱：一種鐵基納米晶薄帶及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種鐵基納米晶薄帶及其制備方法。
背景技術(shù)：
鐵基納米晶薄帶可做為精密電流互感器和濾波電感磁芯，鐵基納米晶是由Fe元素和少量S1、B、Nb、Cu元素所構(gòu)成的合金經(jīng)過熔融快淬法(常用單輥法)制得厚度為20-50 μ m的非晶態(tài)薄帶，在適當(dāng)?shù)臏囟认峦嘶?，使其部分晶化，從而獲得由納米晶粒和剩余非晶基體所構(gòu)成的兩相微結(jié)構(gòu)、具有高飽和磁感應(yīng)強度、低矯頑力的合金軟磁材料。其各晶粒的典型大小在10-20nm，晶粒間距在l_2nm左右，各晶粒的易磁化方向的取向是混亂的，磁導(dǎo)率和飽和磁滯伸縮系數(shù)趨近于零。精密電流互感器是將高電流按比例轉(zhuǎn)換成低電流，廣泛應(yīng)用于電表計量檢測、遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)等，其磁芯材料要求IOmA以下具有較高的電壓值(或較高的初始磁導(dǎo)率)、低損耗(更小比差和角差)。濾波電感有阻止交流電通過而讓直流電通過的特性，在交流電頻率一定的情況下，電感量越大，對交流電的阻礙能力越大，即要求磁芯材料具有較高電感量，高的初始磁導(dǎo)率，高飽和磁感應(yīng)強度，良好的溫度穩(wěn)定性。鑒于上述原因，迫切需要一種具有高初始磁導(dǎo)率，良好伏安特性、高電感量、低成本、工藝相對簡單的鐵基納米晶薄帶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有 技術(shù)中存在的缺點，提供一種鐵基納米晶薄帶及其制備方法。在第一方面，本發(fā)明提供了一種鐵基納米晶薄帶。所述鐵基納米晶薄帶的化學(xué)分子式為=FeaCubNbcSidBe,式中a、b、c、d和e為原子百分?jǐn)?shù)，其中71彡a彡73，O. 5彡b彡1. 5，2彡c彡3，14彡d彡16，8彡e彡10，含有附帶少量雜質(zhì)。在第二方面，本發(fā)明提供了一種鐵基納米晶薄帶的制備方法。該方法包括按預(yù)定配比將原料混合，通過熔煉將混合后的原料制成母合金鋼錠；通過單輥極冷法，將所得母合金鋼錠重熔制得非晶薄帶；以及將所得非晶薄帶卷成所需規(guī)格鐵芯并在一定溫度下進行熱處理，得到納米晶粒和剩余非晶基體所構(gòu)成的兩相微結(jié)構(gòu)的鐵基納米晶薄帶。本發(fā)明通過改變鐵基納米晶薄帶成分中的原子百分比，與現(xiàn)有技術(shù)的鐵基納米晶薄帶相比具有較高的初始磁導(dǎo)率、最大磁導(dǎo)率，并且當(dāng)電流為O-1OmA時具有良好的電壓值，在IkHz下有良好的電感量，可應(yīng)用于精密電流互感器和濾波電感并能提高其整體性倉泛。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的鐵基納米晶薄帶的制備方法流程圖。
具體實施例方式下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的鐵基納米晶薄帶的制備方法流程圖。在步驟101，按照原子百分比Fe (71 73)，Cu (O. 5 1. 5)，Nb (2 3)，Si(14 16)，B (8 10)的配比將原料混合，然后在50-500kg真空感應(yīng)爐中將所述混合后的原料進行熔煉，控制熔煉溫度在1100-1600°C之間，熔煉時間在40-100min之間，最后鑄成母合金鋼錠。其中，F(xiàn)e為本發(fā)明鐵基納米晶薄帶的主要形成元素，其量a為71至73at%，當(dāng)Fe的量小于71at%時，鐵基納米晶不具備作為磁芯所需的具有足夠大的飽和磁感應(yīng)強度Bs。另一方面，當(dāng)它超過73at%時,鐵基納米晶合金帶的磁導(dǎo)率會下降，因此a優(yōu)選為71至73at%。Si和B是非晶形成元素，納米晶合金軟磁條帶都是以非晶條帶作為前身，通過退火晶化轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米晶。對于Fe基非晶而言主要的非晶形成元素為B，其含量e為8至10at%時有利于降低合金的熔點，有利于形成非晶條帶，Si含量d為14至16at%，一方面為鐵基納米晶合金熔點降低做出貢獻，另一方面主要是有效提高了合金的初始磁導(dǎo)率、IOmA及以下的電壓值以及IKHz下的電感量。Cu和Nb為鐵基納米晶的納米晶形成元素，Cu元素由于在溶劑Fe中的固溶度小或者基本不溶于Fe，在晶化前期首先析出，起到α-Fe的形核點的作用；Nb元素主要是利用擴散緩慢的特點阻止α -Fe晶粒長大，當(dāng)Cu的含量b為O. 5至1. 5at%，Nb的含量c為2至3at%時，兩者相互作用，可以有效的控制納米晶粒的尺寸在最適范圍內(nèi)，使鐵基納米晶薄帶初始磁導(dǎo)率提高。 在步驟102，將所得母合金鋼錠在50_300kg中頻感應(yīng)熔煉爐中重熔，熔煉溫度在1100-1400°C之間，噴帶溫度在1200-1300°C之間，輥面線速度在25-35m/s之間，在非真空環(huán)境下制得厚度為30-40 μ m、寬度為3-10mm的非晶薄帶。其中，本發(fā)明實施例中噴帶溫度為1200-1300°C，輥面線速度為25-35m/s，是鐵基納米晶形成非晶條帶前身的必備條件；在非真空環(huán)境下制得厚度小于30 μ m的非晶薄帶不利于提高IOmA及以下的電壓值和IkHz下的電感量，當(dāng)厚度大于40 μ m則不利于形成非晶薄帶，會使前身薄帶出現(xiàn)部分晶化，在后續(xù)制備磁芯時焊接效率明顯下降，因此非晶薄帶優(yōu)選厚度為30-40 μ m。以及在步驟103，將所得非晶薄帶卷成所需規(guī)格鐵芯在一定溫度下進行熱處理，在最高溫度為530-580°C下，得到納米晶粒和剩余非晶基體所構(gòu)成的兩相微結(jié)構(gòu)的鐵基納米晶薄帶。最后可對所述得到鐵基納米晶薄帶做進一步操作，如用軟磁測量儀檢測其靜態(tài)磁性能、用伏安特性鐵芯磁性能測量儀檢測其伏安特性、用LCR電感分析儀檢測電感。具體配比一將原料按照原子百分比Fe72.7CUl.QNb2.9Si14.7B8.7進行配比，然后在50_500kg真空感應(yīng)爐中將所述混合后的原料進行熔煉，控制熔煉溫度在1100-1600°C之間，熔煉時間在40-100min之間，最后鑄成母合金鋼錠。將所得母合金鋼錠在50_300kg中頻感應(yīng)熔煉爐中重熔，熔煉溫度控制在1100-1400°C之間，噴帶溫度在1200-1300°C之間，輥面線速度在25-35m/s之間，在非真空環(huán)境下制得厚度為30-40 μ m、寬度為8mm的非晶薄帶。將所得非晶薄帶卷成所需規(guī)格鐵芯在一定溫度下進行熱處理，在最高溫度為530-580°C下，得到納米晶粒和剩余非晶基體所構(gòu)成的兩相微結(jié)構(gòu)的鐵基納米晶薄帶。最后對所述得到鐵基納米晶薄帶做進一步操作，用軟磁測量儀檢測其靜態(tài)磁性能、用伏安特性鐵芯磁性能測量儀檢測其伏安特性、用LCR電感分析儀檢測電感。精密電流互感器和濾波電感通常使用帶寬為IOmm及以下帶材，精密電流互感器通常要求測試電流為O-1OmA下的電壓值，濾波電感主要衡量IKHz下的電感量，鐵基納米晶典型成分Fe73.5CuL Jb3. #13.5B9. ^對于大部分精密電流互感器和濾波電感在這兩方面已達不到要求，而本發(fā)明的鐵基納米晶薄帶可以滿足其要求并提高其產(chǎn)品性能。表I為原子百分比為Fe72.7CUl.ClNK9Si147B8-J^基納米晶薄帶與現(xiàn)有典型原子百分比為Fe7I5CuhciNbitlSi1I5Baci鐵基納米晶薄帶對比。從表I可以看出Fe72. Wu1.QNb2.9Si14.7B8.7的鐵基納米晶薄帶具有較高的初始磁導(dǎo)率(μ i高出40%)、最大磁導(dǎo)率(μ m高出30%)。表I 為 Fe72. TCuhciNbi9Si147B8^ 鐵基納米晶薄帶與 Fe73. SCu1. QNt^ciSi115B9J 鐵基納米晶薄帶磁導(dǎo)率對比
權(quán)利要求
1.一種鐵基納米晶薄帶，其特征在于，所述鐵基納米晶薄帶的化學(xué)分子式為FeaCubNbcSidBe,式中a、b、c、d和e為原子百分?jǐn)?shù)，其中71≤a≤73，0.5≤b≤1.5，2≤c≤3，14≤d≤16，8≤e≤10，含有附帶少量雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵基納米晶薄帶，其特征在于，所述鐵基納米晶薄帶化學(xué)分子式FeaCubNbeSidBe中Fe為所述鐵基納米晶薄帶形成的主要元素，F(xiàn)e的含量a為71_73at%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵基納米晶薄帶，其特征在于，所述鐵基納米晶薄帶化學(xué)分子式FeaCubNbeSidBe中Cu和Nb為鐵基納米晶的納米晶形成元素，Cu的含量b為O. 5-1. 5at%，Nb的含量c為2-3at%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵基納米晶薄帶，其特征在于，所述鐵基納米晶薄帶化學(xué)分子式FeaCubNbeSidBe中的Si和B為非晶形成元素，Si的含量d為14_16at%，B含量e為8~10at%o
5.一種鐵基納米晶薄帶的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括按預(yù)定配比將原料混合，通過熔煉將混合后的原料制成母合金鋼錠；通過單輥極冷法，將所得母合金鋼錠重熔制得非晶薄帶；以及將所得非晶薄帶卷成所需規(guī)格鐵芯并在一定溫度下進行熱處理，得到納米晶粒和剩余非晶基體所構(gòu)成的兩相微結(jié)構(gòu)的鐵基納米晶薄帶。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵基納米晶薄帶的制備方法，其特征在于，所述按照預(yù)定配比將原料混合包括將Fe、Cu、Nb、Si和B按照原子百分?jǐn)?shù)FeaCubNbeSidBe其中71 ^a^73,0.5≤b≤1.5，2≤c≤3，14≤d≤16，8≤e≤10的配比混合。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵基納米晶薄帶的制備方法，其特征在于，所述通過熔煉將所述混合后的原料制成母合金鋼錠包括在50-500kg真空感應(yīng)爐中將所述混合后的原料進行熔煉，熔煉溫度在1100-1600°C之間，熔煉時間在40-100min之間，最后鑄成母合金鋼錠。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵基納米晶薄帶的制備方法，其特征在于，所述通過單輥極冷法，將所得母合金鋼錠重熔制得非晶薄帶包括將母合金鋼錠在50-300kg中頻感應(yīng)熔煉爐中重熔，熔煉溫度在1100-1400°C之間，噴帶溫度在1200-1300°C之間，輥面線速度在25-35m/s,并在非真空環(huán)境下制得厚度為30-40 μ m、寬度為3_10mm的非晶薄帶。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵基納米晶薄帶的制備方法，其特征在于，所述將所得非晶薄帶卷成所需規(guī)格鐵芯在一定溫度下進行熱處理，在最高溫度為530-580°C下，得到納米晶粒和剩余非晶基體所構(gòu)成的兩相微結(jié)構(gòu)的鐵基納米晶薄帶。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵基納米晶薄帶的制備方法，其特征在于，所述得到鐵基納米晶薄帶之后還包括用軟磁測量儀檢測其靜態(tài)磁性能、用伏安特性鐵芯磁性能測量儀檢測其伏安特性、用LCR電感分析儀檢測電感。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵基納米晶薄帶及其制備方法。該方法包括按預(yù)定配比將原料混合，通過熔煉將混合后的原料制成母合金鋼錠；通過單輥極冷法，將所得母合金鋼錠重熔制得非晶薄帶；以及將所得非晶薄帶卷成所需規(guī)格鐵芯并在一定溫度下進行熱處理，得到納米晶粒和剩余非晶基體所構(gòu)成的兩相微結(jié)構(gòu)的鐵基納米晶薄帶。本發(fā)明通過改變鐵基納米晶薄帶成分中的原子百分比，與現(xiàn)有技術(shù)的鐵基納米晶薄帶相比具有較高的初始磁導(dǎo)率、最大磁導(dǎo)率，并且當(dāng)電流為0-10mA時具有良好的電壓值，在1kHz下有良好的電感量，可應(yīng)用于精密電流互感器和濾波電感并能提高其整體性能。
文檔編號C22C38/16GK103060691SQ20131001212
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月14日
發(fā)明者龐靖, 尹麗娟, 董秀坤, 王敦浩 申請人:青島云路新能源科技有限公司