微量稀土釔改性的低成本高導(dǎo)磁鐵基納米晶合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是屬于鐵基非晶/納米晶合金材料的制備領(lǐng)域。本發(fā)明涉及一種低成本的鐵基納米晶合金，該合金的組成為(重量百分比)：Fe?81～86；Si7～9；B?1.8～2.2；Cu?0.8～1.5；P?0.1～1.3；M?4～6.5，M為Nb、Mo、V、Mn中的任意兩種或三種；稀土元素釔含量為0.0003％-0.02％。本發(fā)明鐵基納米晶合金材料與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有成本低廉，鋼液流動(dòng)性好，制備工藝簡(jiǎn)單和產(chǎn)品綜合性能好等特點(diǎn)。由于在本發(fā)明合金中含有微量稀土釔和少量磷元素，改善了鋼水流動(dòng)性，并且細(xì)化了退火后的晶粒，提高了磁導(dǎo)率；此外，用V、Mn或Mo代替部分Nb，降低了成本，并改善了所制備的非晶帶材的韌性。
【專利說明】微量稀土 f乙改性的低成本高導(dǎo)磁鐵基納米晶合金
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是鐵基非晶納米晶合金材料的制備領(lǐng)域，具體為微量稀土釔改性高導(dǎo)磁鐵基納米晶合金。
【背景技術(shù)】
[0002]1988年日本日立金屬的Yoshizawa等人發(fā)現(xiàn)了一種新型的鐵基軟磁合金“Finemet”，其典型成分為 Fe73.5Si13.^9Cu1Nb3(Journal of Applied Physics, 1988,64:6044-6046)，這種軟磁合金具有高導(dǎo)磁、低鐵損等特性，得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]上述鐵基納米晶合金的制備原理是通過快速凝固工藝首先制備出非晶合金帶材，然后經(jīng)過晶化退火后形成非晶與納米晶混合結(jié)構(gòu)，其中Cu偏聚預(yù)先析出，在Cu團(tuán)簇周邊a -FeSi再進(jìn)行形核，因此Cu具有促進(jìn)形核的作用；而Nb從a -FeSi晶粒中排出，在剩余非晶相中富集，并穩(wěn)定剩余非晶相，從而具有抑制晶粒長(zhǎng)大的作用。在現(xiàn)有鐵基納米晶合金中，Nb是不可缺少的元素，含量通常大于5%，然而Nb的價(jià)格昂貴，Nb元素占據(jù)了原材料總成本的70%以上，這導(dǎo)致鐵基納米晶合金的原材料成本非常高。 [0004]中國(guó)發(fā)明專利CN1621550A公開了一種Fe76.5_x_y_zCUlNbxVySizB9(原子比)納米晶合金，使用V代替了部分Nb。該類鐵基納米晶合金可以不經(jīng)磁場(chǎng)處理而具有特殊的矩形比，但是，相對(duì)Fe7I5Siu5B9Cu1Nb3納米晶合金而言,該類鐵基納米晶合金的導(dǎo)磁率下降,矯頑力上升。
[0005]2005年6月，北京安泰科技有限公司在中國(guó)發(fā)明專利CN1621552A中公開了一種“含有微量稀土元素的鐵基納米晶合金”，其特征主要在于稀土元素中的Ce的含量為0.001-0.5 %,稀土兀素還包括Nd、Sm、La、Tb中的任意一種或一種以上之和為
0.001-0.5%，此外，其他特征還在于Mo、Nb元素的任意一種的含量為4-7%。從公開的實(shí)施例來看，Nb與Mo含量之和最低的為5%，且該類鐵基納米晶合金不含有稀土釔。
[0006]中國(guó)專利96120255.6還公開了一種含有1% Zr或Y的鐵基納米晶合金。該類鐵基納米晶合金雖然具有良好的韌性，但是，由于含有較多的Zr或Y等極易氧化的元素，所以這類鐵基納米晶合金只能是在真空保護(hù)的環(huán)境中進(jìn)行噴吹和制帶的處理，其工藝難度大和限制了工業(yè)化大規(guī)模的生產(chǎn)及發(fā)展，并且該類鐵基納米晶合金的原材料成本大大增加。
[0007]從目前國(guó)內(nèi)公開的專利來看，具有高導(dǎo)磁的鐵基非晶/納米晶合金，基本上都具有高的Nb含量，Nb、Mo元素總和均大于5%，這導(dǎo)致母合金的原材料成本非常高。隨著鐵基納米晶合金應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，產(chǎn)業(yè)化規(guī)模越來越大，迫切需要降低原材料成本，并改善鋼液流動(dòng)性，易于在大氣環(huán)境中制帶。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提出一種具有成分設(shè)計(jì)合理，鈮含量較低，制備處理工藝簡(jiǎn)單和產(chǎn)品導(dǎo)磁率高并含有微量稀土釔的鐵基納米晶合金。
[0009]本發(fā)明的的另一個(gè)目的是提供一種微量稀土釔改性高導(dǎo)磁鐵基納米晶合金的制備方法。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，微量稀土釔改性高導(dǎo)磁鐵基納米晶合金，其具體化學(xué)成分重量比(％ )為:Fe81-86 ;Si7_9 ；B1.8-2.2 ；Cu0.8-1.5 ；P0.2-1.3 ；Nb3-5 ;Μ4_6.5，稀土元素釔 0.0003% -0.02%。
[0011]所述的M為Nb、Mo、V、Mn中的任意兩種或三種。
[0012]所述的Nb、Mo元素的總含量低于5%。
[0013]微量稀土釔改性高導(dǎo)磁鐵基納米晶合金制備方法，首先在大氣環(huán)境下熔煉制備母合金，可以采用中頻、工頻等電感應(yīng)加熱爐進(jìn)行熔煉；其次，將母合金進(jìn)行二次熔煉，熔煉過程中可以采用煉鋼用造渣劑進(jìn)行保護(hù)，以防止氧化并有助于撈渣；再次，在大氣環(huán)境下，采用單輥甩帶機(jī)制備成非晶合金薄帶；最后，將由非晶合金薄帶卷繞好的鐵芯在真空退火爐中進(jìn)行晶化退火。
[0014]本發(fā)明的有益之處在于，成分設(shè)計(jì)合理，鈮含量較低，制備處理工藝簡(jiǎn)單和產(chǎn)品導(dǎo)磁率高，具有改善鋼水的流動(dòng)性，使非晶合金薄帶的可噴制時(shí)間大大延長(zhǎng)，明顯提高非晶合金薄帶的合格率，同時(shí)具有鐵基納米晶合金具有優(yōu)異的導(dǎo)磁率。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明提供的一種微量稀土釔改性的低成本高導(dǎo)磁鐵基納米晶合金，母合金化學(xué)成分為(重量百分比):Fe81-86 ;Si7_9 ；B1.8-2.2 ；Cu0.8-1.5 ；P0.1-1.3 ;Μ4_6.5，M 為 Nb、Mo、V、Mn中的任意兩種或三種；稀土元素釔含量為0.0003% -0.02%。首先在大氣環(huán)境下熔煉制備母合金，可以采用中頻、工頻等電感應(yīng)加熱爐進(jìn)行熔煉；其次將母合金進(jìn)行二次熔煉，熔煉過程中可以采用煉鋼用造渣劑進(jìn)行保護(hù)，以防止氧化并有助于撈渣；再次，在大氣環(huán)境下，采用單輥甩帶機(jī)制備成非晶合金薄帶。最后，將由非晶合金薄帶卷繞好的鐵芯在真空退火爐中進(jìn)行晶化退火。
[0016]實(shí)施例1
[0017]母合金的化學(xué)成分為:Fe83.198，Si7.45，B2, Cul.30，Nb4.95，VI, P0.10，Y0.0003(wt% )0首先采用中頻感應(yīng)加熱熔煉爐在大氣環(huán)境下熔煉制備母合金。其次母合金在煉鋼用覆蓋劑保護(hù)下進(jìn)行重熔，噴帶前撈干凈渣。再次，在大氣環(huán)境下，采用單輥甩帶機(jī)制備成非晶合金薄帶。帶材寬度25mm，厚度38 μ m,韌性良好，對(duì)彎不斷。卷繞鐵芯規(guī)格為40/75 X 25。最后在真空退火爐中進(jìn)行晶化處理，最佳熱處理工藝為:480度預(yù)退火50分鐘，550°C晶化退火70分鐘，熱處理后快速冷卻至380°C以下出爐然后進(jìn)行風(fēng)冷至室溫，所得磁芯在50Hz下的初始磁導(dǎo)率μ C1 (H = 0.04A/m時(shí))大于12萬Gs/0e，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度B (H =5A/m時(shí))大于1T。
[0018]實(shí)施例2
[0019] 母合金的化學(xué)成分為:Fe84.37，Si7.45，B1.98，Cul.10，Nb3.80，Mol, P0.30，Y0.01(wt% )0首先采用中頻感應(yīng)加熱熔煉爐在大氣環(huán)境下熔煉制備母合金。其次母合金在煉鋼用覆蓋劑保護(hù)下進(jìn)行重熔，噴帶前撈干凈渣。再次，在大氣環(huán)境下，采用單輥甩帶機(jī)制備成非晶合金薄帶。帶材寬度25mm，厚度38 μ m，卷繞鐵芯規(guī)格為40/75 X 25。最后在真空退火爐中進(jìn)行晶化處理，最佳熱處理工藝為:480度預(yù)退火50分鐘，545°C晶化退火70分鐘，熱處理后快速冷卻至380°C以下出爐然后進(jìn)行風(fēng)冷至室溫，所得磁芯在50Hz下的初始磁導(dǎo)率μ C1 (H = 0.04A/m時(shí))大于11萬Gs/Oe，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度B (H = 5A/m時(shí))大于
1.08T。
[0020]實(shí)施例3
[0021]母合金的化學(xué)成分為:Fe83.75，Si7.8，B2, Cul.05，Nb3.80，VI, Mn0.30，P0.30，Y0.02(wt% )0首先采用中頻感應(yīng)加熱熔煉爐在大氣環(huán)境下熔煉制備母合金。其次母合金在煉鋼用覆蓋劑保護(hù)下進(jìn)行重熔，噴帶前撈干凈渣。再次，在大氣環(huán)境下，采用單輥甩帶機(jī)制備成非晶合金薄帶。帶材寬度25mm，厚度38 μ m，卷繞鐵芯規(guī)格為40/75 X 25。最后在真空退火爐中進(jìn)行晶化處理，最佳熱處理工藝為:480度預(yù)退火50分鐘，5420C晶化退火70分鐘，熱處理后快速冷卻至380°C以下出爐然后進(jìn)行風(fēng)冷至室溫，所得磁芯在50Hz下的初始磁導(dǎo)率μα(Η = 0.04A/m時(shí))大于11.5萬Gs/Oe，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度B (H = 5A/m時(shí))大于1.0T。
[0022]實(shí)施例4
[0023]母合金的化學(xué)成分為:Fe84.70，Si6.3, B2, Cul, Nb3.80，VI，Ρ1.2, Υ0.004 (wt% )。首先采用中頻感應(yīng)加熱熔煉爐在大氣環(huán)境下熔煉制備母合金。其次母合金在煉鋼用覆蓋劑保護(hù)下進(jìn)行重熔，噴帶前撈干凈渣。再次，在大氣環(huán)境下，采用單輥甩帶機(jī)制備成非晶合金薄帶。帶材寬度25mm，厚度38 μ m，卷繞鐵芯規(guī)格為40/75 X 25。最后在真空退火爐中進(jìn)行晶化處理，最佳熱處理工藝為:480度預(yù)退火50分鐘，5450C晶化退火70分鐘，熱處理后快速冷卻至380°C以下出爐然后進(jìn)行風(fēng)冷至室溫，所得磁芯在50Hz下的初始磁導(dǎo)率μ Q(H =
0.04A/m時(shí))大于11萬Gs/0e，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度B (H = 5A/m時(shí))大于1.05T。
[0024]比較例
[0025]母合金的化學(xué)成分為:Fe83.37, Si7.7, B1.98, Cul.29, Nb5.66 (wt% )。首先采用中頻感應(yīng)加熱熔煉爐在大氣環(huán)境下熔煉制備母合金。其次母合金在煉鋼用覆蓋劑保護(hù)下進(jìn)行重熔，噴帶前撈干凈渣。再次，在大氣環(huán)境下，采用單輥甩帶機(jī)制備成非晶合金薄帶。帶材寬度25mm，厚度38 μ m，卷繞鐵芯規(guī)格為40/75X25。最后在真空退火爐中進(jìn)行晶化處理，最佳熱處理工藝為:480度預(yù)退火50分鐘，550°C晶化退火70分鐘，熱處理后快速冷卻至380°C以下出爐然后進(jìn)行風(fēng)冷至室溫，所得磁芯在50Hz下的初始磁導(dǎo)率μ Q(H = 0.04A/m時(shí))大于10.5萬Gs/0e，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度B (H = 5A/m時(shí))大于L 0T。
【權(quán)利要求】
1.微量稀土釔改性高導(dǎo)磁鐵基納米晶合金，其特征在于，其具體化學(xué)成分重量比(％)為:Fe81-86 ;Si7_9 ；B1.8-2.2 ；Cu0.8-1.5 ；P0.2-1.3 ;Nb3_5 ；M4-6.5，稀土元素釔含量為.0.0003% -0.02%。在本發(fā)明的微量稀土釔改性的低成本高導(dǎo)磁鐵基納米晶合金材料成分中的其他特征還在于Nb含量低于5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的微量稀土釔改性高導(dǎo)磁鐵基納米晶合金，其特征在于，M為Nb、Mo、V、Mn中的任意兩種或三種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的微量稀土釔改性高導(dǎo)磁鐵基納米晶合金，其特征在于，所述的Nb、Mo兀素的總含量低于5%。
4.微量稀土釔改性高導(dǎo)磁鐵基納米晶合金制備方法，其特征在于，首先在大氣環(huán)境下熔煉制備母合金，可以采用中頻、工頻等電感應(yīng)加熱爐進(jìn)行熔煉；其次，將母合金進(jìn)行二次熔煉，熔煉過程中可以采用煉鋼用造渣劑進(jìn)行保護(hù)，以防止氧化并有助于撈渣；再次，在大氣環(huán)境下，采用 單輥甩帶機(jī)制備成非晶合金薄帶；最后，將由非晶合金薄帶卷繞好的鐵芯在真空退火爐中進(jìn)行晶化退火。
【文檔編號(hào)】C22C33/06GK103924169SQ201310016496
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月14日
【發(fā)明者】甘章華, 徐黎明, 劉靜, 朱照峰, 陳雨峰 申請(qǐng)人:江蘇奧瑪?shù)滦虏牧峡萍加邢薰? 武漢科技大學(xué), 朱照峰