一种用于高频条件且具有高初始磁导率的软磁合金的制作方法
【专利摘要】一种用于高频条件且具有高初始磁导率的软磁合金，由Fe、Co、Cu、Nb、Si和B组成，各组分质量百分比为：Fe15.38％、Cu0.6％、Nb2.5％、Si11％、B9％，余量为Co；其制备方法是：按质量百分比将各组分均混，在真空感应炉中熔炼成母合金锭，冷却后用单辊熔体旋转快淬法制得非晶合金条带；然后在无磁场的真空管式炉内升温、保温、冷却即可。本发明的优点是：该软磁软磁合金制备工艺简单、成本低；高频性能优越，其弛豫频率高达5.03MHz；在1MHz的条件下其品质因数为5.08；在频率为1kHz-1MHz、磁场为0.05A/m的条件下初始磁导率保持在260恒定不变。
【专利说明】一种用于高频条件且具有高初始磁导率的软磁合金
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁性功能软磁材料领域，具体来说就是一种用于高频条件且具有高初始磁导率的软磁合金。
【背景技术】
[0002]软磁材料是指那些具有低矫顽力、高磁导率的金属磁性材料。它在电力，电子和现代新技术中都有重要和广泛的应用，特别是随着高频技术的发展，对软磁材料的高频特性提出了更高的要求，一般对软磁材料的要求是高的磁导率和低的损耗，在应用于高频率时，更要求在宽的频段范围内具有高磁导率和低损耗，即好的高品质因数。磁导率是软磁材料的基本参数之一，主要是指初始磁导率μ i是工作点位于磁化曲线初始部分的材料磁导率，对于在弱磁场下应用的软磁材料，这是最重要的性能指标。
[0003]1988年Yoshizawa等人报道了 FeNbSiBCu纳米晶合金,该类合金以其优异的软磁特性和低廉的制备成本引起了广泛的关注。非晶合金在退火晶化后形成均匀分布于非晶基体的纳米晶粒，晶粒间的交换耦合使磁晶各向异性被平均化，从而有效各向异性常数(K)大大降低，导致纳米晶合金获得优异的软磁特性。Fe基纳米晶软磁合金以FeNbSiBCu(商品牌号为Finemet)和FeZrBCu(商品牌号为Nanoperm)为典型代表,在低频条件下具有高的磁导率，低的矫顽力等优异的软磁特性。但是Fe基纳米晶合金的弛豫频率较低，在高频下损耗严重，因此不能应用于高频条件下。软磁合金的弛豫频率&和品质因数Q是评价其高频性能的两个重要参数。较高的弛豫频率和较大的品质因数说明材料具有较好的高频性能。在交变磁场条件下，人们希望能将材料低频下的较高的初始磁导率保持到更高频率。因此能够应用于高频条件下的 高初始磁导率软磁合金必定会获得广泛应用。Miiller等人发现在Finemet非晶态合金中用Co部分替代Fe可以降低饱和磁致伸缩系数，这有利于提高合金的软磁特性。同时，在FeSiB非晶合金中加入Co后各向异性提高，而较大的各向异性使材料的共振频率提高，可以扩大材料使用的频率范围。
[0004]通过合金化元素配比和适当的退火工艺，可实现控制磁性能，如获得高弛豫频率软磁材料。但是，闻频软磁材料除了应具有闻的她豫频率外，还应有较闻的初始磁导率、闻的品质因数、低的能量损耗以及宽的频带等，而传统的铁镍系合金往往只追求单一方面的性能，无法兼顾其他参数，使材料性能未能达到很好的平衡。
[0005]通过分析我们发现在Fe73.SCu1Nb3Si13.5B9纳米晶合金中用Co部分代替Fe可以有效提高合金的弛豫频率:由原来的IO4Hz提高到IO6Hz,提高了 2个数量级。但在Fe73.SCu1Nb3Si 13.5B9合金中用Co部分代替Fe所形成的纳米晶合金的品质因数并不高，在IMHz条件下，(Fea5C0a5)7i5Cu1Nb3Si^5B9纳米晶合金的品质因数略大于I。
[0006]室温下FhuCUwNbuSiiA具有更高磁导率和品质因数。在频率为ΙΚΗζ、磁场强度为0.05A/m的条件下，Fe76.9Cu0.6Nb2.5SinB9纳米晶合金的相对磁导率可达20.9X 104。这就为Co替代Fe后进一步提高合金的品质因数提供有利条件。因此我们在Fe^Ci^NbuSiiA合金基础上用Co部分代替Fe，制备出具有高频率稳定性的纳米晶软磁合金。[0007]最近Yoshizawa等人在Fe78 8Cu0 6Nb2 6Si9B9合金的基础上加入Co而制得Fe8.8Co7QCuQ.6Nb2.6Si9B9 纳米晶合金，其相对磁导率为 μ (0.05A/m, 100ΚΗz) = 205，品质因数为 Q(IMHz) = 13.4。在高频条件下(1MHz)，虽然(Fea2Coa8)M9Cuci6NbuSi11B9 纳米晶合金的品质因数比Fe8^Co7tlCuci6Nbi6Si9B9纳米晶合金的品质因数低，但在IMHz条件下(Fe。.2Co0.8) 76.9Cu0.6Nb2.5SinB9 纳米晶合金具有比 Fe8.8Co70Cu0.6Nb2.6Si9B9 纳米晶合金高 I 倍的磁导率，而且具有复数磁导率的实部在IMHz范围内几乎不随频率变化的特性。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种用于高频条件且具有高初始磁导率的软磁合金，该软磁合金为纳米晶合金，在较高频率下仍具有高的初始磁导率，同时拥有较高的品质因数和弛豫频率。
[0009]本发明的技术方案:
[0010]一种用于高频条件且具有高初始磁导率的软磁合金，由Fe、Co、Cu、Nb、Si和B组成，各组分的质量百分比为:Fel5.38%,Cu0.6%,Nb2.5%、Sill %、B9%，余量为Co。
[0011]一种所述用于高频条件且具有高初始磁导率的软磁合金的制备方法，步骤如下:
[0012]I)非晶合金的制备 [0013]按质量百分比将纯度均不低于99.9%的Fe、Co、Cu、Nb、Si和B各组分混合均匀，在真空感应炉中熔炼成母合金锭，失重低于5%，冷却至室温后采用单辊熔体旋转快淬法制备出成分为FeujCoewCu^NbuSiiA的非晶合金条带，宽度为5mm，厚度为25 μ m ;
[0014]2)纳米晶合金样品的制备
[0015]将上述非晶合金条带置于无磁场的真空管式炉内，在炉内真空度达到I X 10 一 3Pa条件下，以15K/min的加热速度升温至723K并保温30min，然后随炉冷却至室温，即可制得用于高频条件且具有高初始磁导率的纳米晶软磁合金。
[0016]本发明的优点和有益效果是:
[0017]该软磁软磁合金制备工艺简单、成本低；高频性能优越，其弛豫频率高达
5.03MHz ；在IMHz的条件下其品质因数为5.08 ;在频率为IkHz-1MHz的范围内、磁场为0.05A/m的条件下初始磁导率保持在260恒定不变。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1 为(Fe1^xCox) 76.9Cu0.6Nb2.5SinB9 中，x 分别为 0,0.1,0.3,0.5,0.8 条件下制备的纳米晶软磁合金复数初始磁导率随频率变化曲线(H = 0.05A/m)，其中:(a)为实部，(b)为虚部。
[0019]图2 为(Fe1-XCox)7a9Cua6NbuSi11B9 中，x 分别为 0、0.1、0.3、0.5、0.8 条件下制备的纳米晶软磁合金的复数磁导率的实部μ '、弛豫频率&、品质因数Q、及电阻率P随Co
含量变化关系。
【具体实施方式】
[0020]实施例:
[0021]一种用于高频条件且具有高初始磁导率的软磁合金，由Fe、Co、Cu、Nb、Si和B组成，各组分的质量百分比为:Fel5.38%、Cu0.6%、Nb2.5%、Sill %、B9%，余量为Co ;该软磁合金用化学通式表示即为(FehCox)7f^9Cua6Nbi5Si11B9,式中:x = 0.8。
[0022]所述用于高频条件且具有高初始磁导率的软磁合金的制备方法，步骤如下:
[0023]I)非晶合金的制备
[0024]按质量百分比将纯度均不低于99.9%的Fe、Co、Cu、Nb、Si和B各组分混合均匀，在真空感应炉中熔炼成母合金锭，失重为3%，冷却至室温后采用单辊熔体旋转快淬法制备出成分为Fei5.38C061.52CuQ.6Nb2.5SinB9的非晶合金条带，宽度为5mm，厚度为25 μ m ;
[0025]2)纳米晶合金样品的制备
[0026]将上述非晶合金条带置于无磁场的真空管式炉内，在炉内真空度达到I X 10 — 3Pa条件下，以15K/min的加热速度升温至723K并保温30min，然后随炉冷却至室温，即可制得用于高频条件且具有高初始磁导率的纳米晶软磁合金。
[0027]高频性能检测:
[0028]对比样品设定:共选择五个不同Co含量的软磁合金样品，用化学通式表示(Fei_xC0x)76.9CuQ.6Nb2.5SinB9，式中:x 分别为 0、0.1,0.3,0.5,0.8，纳米晶软磁合金样品的制备方法相同。
[0029]检测方法:将合金薄带制备成环状样品，环状样品上缠绕漆包线，漆包线两端须用砂纸打磨后与阻抗分析 仪连接，分别检测各纳米晶软磁合金样品在频率为1kHz，磁场为
0.05A/m条件下初始磁导率μ、弛豫频率&和IMHz条件下的品质因数Q。
[0030]表1为各样品在频率为1kHz，磁场为0.05A/m条件下初始磁导率μ、弛豫频率&和IMHz条件下的品质因数Q。
[0031]表2为各样品在磁场为0.05A/m条件下的初始磁导率μ (实部)。
[0032]图1 为(Fe1^xCox) 76.9Cu0.6Nb2.5SinB9 中，x 分别为 0,0.1,0.3,0.5,0.8 条件下制备的纳米晶软磁合金复数初始磁导率随频率变化曲线(H = 0.05A/m)，其中:(a)为实部，(b)为虚部。
[0033]图2 为(Fe1-XCox)7a9Cua6NbuSi11B9 中，x 分别为 0、0.1、0.3、0.5、0.8 条件下制备的纳米晶软磁合金的复数磁导率的实部μ '、弛豫频率&、品质因数Q、及电阻率P随Co
含量变化关系。
[0034]检测结果表明:当Co含量为X = 0.8时合金的高频性能最优。
[0035]表1
[0036]
【权利要求】
1.一种用于高频条件且具有高初始磁导率的软磁合金，其特征在于:由Fe、Co、Cu、Nb、Si和B组成，各组分的质量百分比为:Fel5.38%,Cu0.6%,Nb2.5%、Sill%、B9%，余量为Co。
2.一种如权利要求1所述用于高频条件且具有高初始磁导率的软磁合金的制备方法，其特征在于步骤如下: 1)非晶合金的制备 按质量百分比将纯度均不低于99.9%的Fe、Co、Cu、Nb、Si和B各组分混合均匀，在真空感应炉中熔炼成母合金锭，失重低于5%，冷却至室温后采用单辊熔体旋转快淬法制备出成分为Fe15.38Co61.52CuQ.6Nb2.5SinB9的非晶合金条带，宽度为5mm,厚度为25 μ m ; 2)纳米晶合金样品的制备 将上述非晶合金条带置于无磁场的真空管式炉内，在炉内真空度达到I X 10 — 3Pa条件下，以15K/min的加热速度升温至723K并保温30min，然后随炉冷却至室温，即可制得用于高频条件且具有高 初始磁导率的纳米晶软磁合金。
【文档编号】H01F1/153GK104021910SQ201410298274
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】丁燕红, 田瑞洁, 薛珂, 苏永志, 马叙, 王晓姹 申请人:天津理工大学