一种高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金及其制备方法和应用

本发明属于金属功能材料制备，具体涉及到一种高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金及其制备方法和应用。

背景技术：

1、软磁材料具有低矫顽力(hc≤1000a/m)和高饱和磁感应强度(b)等特点，目前应用最多的软磁材料是铁硅合金(硅钢片)以及各种软磁铁氧体等。随着器件对于小型化、信号稳定性和能效的要求越来越高，对软磁合金材料性能提出了更高的要求。一方面，软磁合金材料往往由于绝缘电阻较低，传输损耗高，磁芯发热较大，造成器件的性能恶化；另一方面，强塑性不能满足复杂应用环境的要求，且可加工性受限。目前众多研究都陷入了力学性能与电磁性能无法平衡的困境。

2、多组元高熵合金(high-entropy alloys)通常包含四个或更多组元，其因具备优异的综合性能而受到重视。高熵合金广阔的成分空间、可调控的微观结构，具有综合提升合金力学和物理性能的巨大潜力。本发明制备了一种具有两相结构的多组元合金，即b2析出相弥散分布在bcc基体相上。该组织特征显著提高合金的压缩强度和可变形能力，并且提高了电阻率，降低了电阻率温度系数；同时合金还具备有较低矫顽力和较高饱和磁化强度。该合金制备工艺简单、无需进行复杂的热处理，铸造后即可获得优良的力学和电-磁性能，可应用于电力工业、移动通信等领域的精密机器制造和仪表制造等。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、本发明的其中一个目的是提供一种高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金，突破现有大量软磁合金强塑性差、电阻率低的技术瓶颈，发明的合金可应用于电力工业、移动通信等领域的精密机器制造和仪表制造等。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金，按照原子百分比计，由以下组分组成，fe 54～60％、cr 17～26％、al 9～12％、ni 1～7％、co 0～7％、si 2～5％、ti 0.5～2％；

5、且，fe、cr、al的原子百分含量之和≥79％且≤96.5％，ni、co的原子百分比之和≥1％且≤14％，si、ti的原子百分比之和≥2.5％且≤7％，各组分原子百分比之和为100％。

6、作为本发明高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金的一种优选方案，其中：所述合金具有如下特性：

7、(i)压缩屈服强度800～1600mpa；

8、(ii)抗压强度在1700～3500mpa，压缩应变在20％以上；

9、(iii)合金在400℃以下的宽温域内，电阻率为140～220μω〃cm；

10、(iv)电阻率温度系数为-90～90ppm/℃；

11、(v)合金的饱和磁化强度在0.8～1.1t，矫顽力在50～950a/m。

12、作为本发明高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金的一种优选方案，其中：合金主要呈现为两相组织，即立方b2纳米析出相(该析出相为富nial相，且为多组元析出相)弥散分布在bcc基体相中，b2析出相与bcc基体呈现出完全共格的取向关系。

13、作为本发明高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金的一种优选方案，其中：所述合金按原子百分比计，由以下组分组成，fe 55～58％、cr 17～26％、al 10～12％、ni 2～6％、co 0～6％、si 3～5％、ti 1～2％；

14、且，fe、cr、al的原子百分含量之和≥82％且≤96％，ni、co的原子百分比之和≥2％且≤12％，si、ti的原子百分比之和≥4％且≤7％，各组分原子百分比之和为100％。

15、作为本发明高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金的一种优选方案，其中：所述合金按原子百分比计，由以下组分组成，fe 56％、cr 24％、al 10％、ni 5％、si4％、ti 1％。

16、本发明的另一个目的是提供如上所述的高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金的制备方法，包括，

17、按照所述合金的原子配比称取各组分，在真空或惰性气体保护条件下进行熔炼，得到高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金。

18、作为本发明高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述在真空下熔炼，熔炼炉内真空度为1～0.0001帕。

19、作为本发明高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述在惰性气体氛围下熔炼，熔炼炉内惰性气体压力为0.000001～10兆帕。

20、作为本发明高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述熔炼，熔炼温度为1450～2200℃，保温0.01～1小时。

21、作为本发明高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金的制备方法的一种优选方案，其中：合金各组元原料采用纯金属元素或中间合金，纯度≥99.0wt.％，并反复熔炼不少于3次。

22、本发明的另一个目的是提供如上所述的高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金在精密机器制造和/或仪表制造中的应用。

23、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

24、本发明制备的合金主要呈现为两相组织，即立方b2纳米析出相弥散分布在bcc基体相中，b2析出相与bcc基体呈现出完全共格的取向关系。该组织特征显著提高合金的压缩强度和可变形能力，并且提高了电阻率，降低了电阻率温度系数；同时合金还具有较低矫顽力和较高饱和磁化强度。该合金制备工艺简单、无需进行复杂的热处理，铸造后即可获得优良的力学、电学和磁学性能。

25、本发明合金与传统fecral合金相比，不含有稀有金属元素可发展为环境友好型软磁合金。该合金制备工艺简单、无需进行复杂的热处理，铸造后即可获得优良的力学、电学和磁学性能，可应用于电力工业、移动通信等领域的精密机器制造和仪表制造等。

技术特征：

1.一种高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金，其特征在于：按照原子百分比计，由以下组分组成，fe 54～60％、cr 17～26％、al 9～12％、ni 1～7％、co 0～7％、si 2～5％、ti 0.5～2％；

2.如权利要求1所述的高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金，其特征在于：所述合金具有如下特性：

3.如权利要求1所述的高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金的制备方法，其特征在于：所述合金按原子百分比计，由以下组分组成，fe 55～58％、cr 17～26％、al 10～12％、ni 2～6％、co 0～6％、si 3～5％、ti 1～2％；

4.如权利要求1～3中任一项所述的高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金的制备方法，其特征在于：包括，

5.如权利要求4所述的高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金的制备方法，其特征在于：所述在真空下熔炼，熔炼炉内真空度为1～0.0001帕。

6.如权利要求4或5所述的高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金的制备方法，其特征在于：所述在惰性气体氛围下熔炼，熔炼炉内惰性气体压力为0.000001～10兆帕。

7.如权利要求6所述的高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金的制备方法，其特征在于：所述熔炼，熔炼温度为1450～2200℃，保温0.01～1小时。

8.如权利要求4、5、7中任一项所述的高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金的制备方法，其特征在于：合金各组元原料采用纯金属元素或中间合金，纯度≥99.0wt.％，并反复熔炼不少于3次。

9.如权利要求1～3中任一项所述的高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金在精密机器制造和/或仪表制造中的应用。

技术总结
本发明公开了一种高强高电阻低电阻温度系数的多组元软磁合金及其制备方法和应用，按照原子百分比计，由以下组分组成，Fe 54～60％、Cr 17～26％、Al 9～12％、Ni 1～7％、Co 0～7％、Si 2～5％、Ti 0.5～2％。本发明制备的合金主要呈现为两相组织，即立方B2纳米析出相弥散分布在BCC基体相中，B2析出相与BCC基体呈现出完全共格的取向关系，该组织特征显著提高合金的压缩强度和可变形能力，并且提高了电阻率，降低了电阻率温度系数；同时合金还具有较低矫顽力和较高饱和磁化强度，该合金制备工艺简单、无需进行复杂的热处理，铸造后即可获得优良的力学、电学和磁学性能。

技术研发人员：李志明,徐勋林,朱书亚,葛蓬华,严定舜
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16