一种非晶纳米晶合金薄带及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于软磁材料及其制备技术领域，具体讲涉及一种非晶纳米晶软磁合金材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]高端电力电子设备是促进直流输电、智能配电等智能电网技术发展的关键设备，研发并应用高频低铁损、高磁感强度、高磁导率的非晶纳米晶合金新型软磁材料是各种变压器、电抗器、互感器及加速器用脉冲功率磁性部件技术发展的必然。
[0003]典型的非晶纳米晶材料始于1988年Yashizawa等人研发的成分为Fe73^Cu1Nb3Si13.5B9的Finemet合金，此合金是在传统的Fe-S1-B非晶基础上添加少量Cu、Nb并适当晶化退火后制得的高磁导率纳米晶合金，其突出的优异性能可替代钴基非晶合金、晶态坡莫合金和铁氧体，广泛应用于高频电力电子和电子信息领域。
[0004]随后以Finemet合金为基础，研宄者们相继开发出了一系列新的合金成分:日本1990年公布的Fe7tlCu1V6Sn2Si14B7合金，在IkHz时磁导率达到1.22 X 10 5；Yoshizawa等人研发的Fe76Cua6Nb2.4Si12B9合金在IKHz磁导率高达1.7x10 5且B8仍保持在1.37T ;中国专利CN103602931A公布了一种铁基非晶纳米晶软磁合金及其制备方法，该法用V部分取代Nb使非晶形成能力增强，但Nb元素存在仍是制约合金制备成本的主要因素。CN 101629265 A中国专利公布了一种低成本、高软磁性能Fe基纳米晶软磁合金，加入P与Cu同时作用使晶化退火后得到纳米晶细小弥散，但P含量过高会增加非晶纳米晶薄带脆性。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于克服上述存在的问题，提供一种高饱和磁感强度，高磁导率，低高频损耗，低成本的非晶纳米晶软磁合金薄带材料及其制备方法。
[0006]为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案:
[0007]一种非晶纳米晶合金薄带，其特征在于，所述合金组成表示式为:Fe73.SCu1Mo3-JxSi12Bia 5P。.3，其中 0〈x 彡 2.5。
[0008]所述的非晶纳米晶合金薄带的第一优选方案，所述合金组成表示式为:Fe73.gCiijMogVjSI12B10 5P0.30
[0009]所述的非晶纳米晶合金薄带的第二优选方案，所述薄带厚20?30 μπι，宽8?15mm0
[0010]所述的非晶纳米晶合金薄带的制备方法，包括如下步骤:
[0011]I)原料配置:按所述合金中各元素的比例配置下述原料:Fe粉、Cu丝、Mo块、Si块以及FeV, FeB和FeP合金；
[0012]2)制锭:将步骤I)的原料放入真空频感应炉中熔炼3?5次，浇铸成合金锭；
[0013]3)制成薄带:将合金锭破碎、清洗并干燥，再用单辊熔淬法甩带制成非晶薄带；
[0014]4)晶化处理:于真空炉中晶化热处理步骤3)中的非晶薄带。
[0015]所述的非晶纳米晶合金薄带的制备方法的第一优选技术方案，所述步骤2)中，于3?5 X KT3Pa压力、1300?1500°C温度和搅拌下熔炼5?lOmin。
[0016]所述的非晶纳米晶合金薄带的制备方法的第二优选技术方案，步骤3)中的所述清洗包括依次用丙酮和酒精溶液超声清洗。
[0017]所述的非晶纳米晶合金薄带的制备方法的第三优选技术方案，步骤3)中所述单辊熔淬法的喷带温度为1200?1300°C、辊面转动线速度为35?42m/s且急冷速度>15oC /S。
[0018]所述的非晶纳米晶合金薄带的制备方法的第四优选技术方案，步骤4)中，于KT2Pa以下压力和500?550°C退火温度下晶化I?2h。
[0019]本发明非晶纳米晶合金薄带中以下各元素的作用机理:
[0020]Mo:在Fe中扩散缓慢，在非晶晶化过程中起到阻碍原子扩散的作用，有效地抑制结晶相晶粒的过度长大，有助于纳米级尺寸晶相的形成，并且能起到扩大退火温区Λ Tx、降低磁致伸缩系数和改善工艺性等效果。
[0021]V:既降低了成本的又改善了合金在喷带过程中的流动性，能在非晶晶化过程中有效地抑制结晶相晶粒的过度长大。
[0022]S1:与Fe元素有较大的原子尺寸差，是重要的非晶化元素，但含量不宜过高，以免降低材料的饱和磁感应强度。
[0023]B:Β元素原子半径较小，外层电子少，有利于非晶形成，是非晶纳米晶软磁合金的必要元素。
[0024]P:少量的P可增加形核率，细化晶粒并提高软磁性能。
[0025]与最接近的现有技术比，本发明具有以下优点:
[0026]I)本发明提供的非晶纳米晶合金以Mo和V完全替代贵金属Nb，大大降低材料成本，同时减小纳米晶相颗粒尺寸；
[0027]2)本发明提供的非晶纳米晶合金适当降低Si元素含量，提高非晶纳米晶合金的饱和磁感应强度Bs，使合金薄带的饱和磁感强度不低于1.4T。；
[0028]3)本发明提供的制备方法，工艺简单，合金成本低廉，制备的非晶纳米晶合金薄带具有高频低铁损，高磁导率，稳定性好的性能特点。
【具体实施方式】
[0029]下面结合实例对本发明进行详细的说明。
[0030]实施例1
[0031]I)原料配制:将纯度不低于99%的Fe粉、Cu丝、Mo块、Si块以及FeV、FeB和FeP合金的原料依次以摩尔比为61.9:1:2.5:12:0.5:10.5:0.3配制成合金原料；
[0032]2)制成锭:将配置好的母合金原料装入真空中频感应熔炼炉中，在真空3X 10?, 1350°C温度条件下将原料熔炼lOmin，熔炼过程中不断搅拌保证合金的成分均匀，反复恪炼4遍后铸成合金锭；
[0033]3)制成薄带:将熔炼得到的合金锭破碎依次放入丙酮和酒精溶液中超声清洗、晾干，利用单辊熔淬法，喷带温度为1200°C，辊面转动线速度为35m/s，急冷速度为105°C /s甩带制得宽度为10mm、厚度为20 μ m的非晶薄带；
[0034]4)晶化处理:将非晶合金薄带放入真空热处理炉中，真空度约1.3X10_3Pa，退火温度为530°C，退火120min后随炉冷却至室温，得到合金组成为Fe7I2Cu1Mc^5Va5Si12Bia5Pa3的非晶纳米晶合金薄带。
[0035]经检测，所制备合金薄带的饱和磁感应强度为1.41T，IKHz时磁导率为1.9X 105。
[0036]实施例2
[0037]I)原料配制:将纯度不低于99%的Fe粉、Cu丝、Mo块、Si块以