一种铁基纳米晶软磁合金材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铁基纳米晶软磁合金材料技术领域，尤其涉及一种具有低成本，高饱和磁感应强度、低矫顽力的铁基纳米晶软磁合金材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]铁基非晶、纳米晶软磁合金具有高的饱和磁感应强度、高强韧性、低损耗、低矫顽力、高磁导率等优异性能，同时其制备工艺简单，成本低廉，高效节能，能够促进产品节能环保、小型化、轻量化发展，在电力互感器、电力变压器等方面具有广泛应用。
[0003]铁基纳米晶软磁合金由非晶合金经过晶化热处理制备得到，合金结构由非晶基体和纳米晶粒两相结构组成，因此兼具了传统晶态软磁材料及非晶态软磁材料的多项优点。到目前为止，铁基纳米晶软磁研宄主要包括三个体系:Fe-S1-B-M-Cu(M = Nb,Mo,W,Ta等)FINMET 系合金，Fe-M-B-Cu (M = Zr,Hf,Nb 等)NANOPERM 系合金以及(Fe，Co) -M-B-Cu (M =Zr、Hf、Nb 等)系 HITPERM 系合金。
[0004]其中，FINEMET系合金综合软磁性能较优，具有高磁导率，低损耗等特点，由于合金饱和磁感应强度大小取决于Fe含量，其Fe元素含量较低，非金属元素Si和B等含量较高，导致饱和磁感应强度较低，典型成分Fe73.6Nb3Si13.5B9Cuj^饱和磁感应强度仅为1.24T。
[0005]与FINEMET相比，NANOPERM系和HITPERM系合金表现出较高的饱和磁感应强度，且合金磁致伸缩系数趋近于零，大大降低了其应力敏感性，可在高频下使用。但是，大量易氧化昂贵金属Zr，Hf等的存在，以及HITPERM中更含有大量的Co元素，导致了合金成本提高，同时使得制备工艺复杂。
[0006]当今电子电力、军事民用工业领域，高频电感、高频开关电源、高频变压器等磁性器件逐步实行轻量化、小型化发展，高电压输电线路需求日趋增多，社会自然环境要求工业生产节能环保型发展，有待出现一种具有高饱和磁感应强度，软磁性能良好且生产成本低廉的铁基纳米晶软磁合金材料。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种铁基纳米晶软磁合金材料及其制备方法，该材料铁含量较高，昂贵金属及无磁性元素含量较少，生产成本低廉，并且具有高饱和磁感应强度以及低矫顽力等良好软磁性能的优点。
[0008]本发明提供的铁基纳米晶软磁合金材料的分子式为:
[0009]FeaNbbBcCud
[0010]其中，a、b、C、d分别表不各对应兀素的原子百分含量，80 ^ a ^ 85，I ^ b ^ 3,12 彡 c 彡 18，0.8 彡 d 彡 1.2，并且 a+b+c+d = 100。
[0011]作为优选，所述的80彡a彡85，进一步优选为82彡a彡84。
[0012]作为优选，所述的KbS 3，进一步优选为1.5彡b彡2.5。
[0013]作为优选，所述的12 < c < 18，进一步优选为13 < c < 16。
[0014]作为优选，所述的0.8彡d彡1.，进一步优选为0.9彡d彡1.1。
[0015]本发明还提供了一种制备上述铁基纳米晶软磁合金材料的方法，包括如下步骤:
[0016]步骤1:按照上述分子式称取各元素进行配料；
[0017]步骤2:将步骤I配制的原料装入熔炼炉中，在惰性气氛保护下进行熔炼，冷却后得到成分均匀的母合金铸锭；
[0018]步骤3:将母合金铸锭破碎为小块样品，重新熔融后采用单辊甩带制得非晶合金；
[0019]步骤4:将非晶合金进行退火晶化处理，得到纳米晶软磁合金材料。
[0020]作为优选，所述的步骤I中，元素Fe、Nb、B和Cu的纯度均不低于99wt.%。
[0021]作为优选，所述的步骤2中，熔炼温度为1300-1800°C。
[0022]作为优选，所述的步骤2中，熔炼时间为20-40分钟。
[0023]作为优选，所述的步骤3中，非晶合金为条带状，条带宽度优选为l_2mm，厚度优选为 20-25 μπι。
[0024]作为优选，所述的步骤4中，退火晶化处理过程为:将非晶合金在真空气氛中用等温退火进行晶化处理，然后淬火至室温。
[0025]作为优选，所述的步骤4中，退火温度为530_570°C。
[0026]作为优选，所述的步骤4中，退火时间为1-3分钟，进一步优选为2.5-3.5分钟。
[0027]与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
[0028]综上所述，本发明人基于长期在非晶态磁性材料技术领域的科研实践，结合现有非晶磁性合金的技术现状，通过大量反复的实验，得到本发明提出的铁基纳米晶软磁合金的成分含量配方，利用该配方进行配料制备得到的铁基纳米晶软磁合金在具备较强非晶形成能力与磁性能的同时，具有突出的断裂强度与塑性变形能力。与现有的非晶磁性合金相比，本发明提供的非晶磁性合金具体性能优点如下:
[0029](I)本发明中，铁基纳米晶软磁合金材料由Fe、Nb、B、Cu元素组成，其中，Fe元素含量较高，原子百分含量在80-85范围，Nb元素的含量较低，原子百分含量在1-2.5范围，因此大大降低了合金材料的成本；该铁基纳米晶软磁合金材料的结构中包括非晶基体和纳米晶粒相，该纳米晶粒相为体心立方的α -Fe，其晶粒尺寸平均值小于20nm ;同时，该铁基纳米晶软磁合金材料具有良好的磁性能，不仅具有高的饱和磁感应强度，还具有较低的矫顽力，其饱和磁感应强度在L 6T以上，矫顽力低于20A/m，优选低于12A/m，甚至可以控制在5-10A/m 范围；
[0030](2)本发明提供的制备该纳米晶软磁合金材料的方法简单易操作，制得的合金材料结构中包括非晶基体和纳米晶相，晶化析出相为体心立方的α -Fe，纳米晶粒尺寸平均值小于20nm ；
[0031]因此，本发明的铁基纳米晶软磁合金材料具有低成本、高软磁性能的优点，具有良好的应用前景，例如可应用于环形铁芯、变压器以及航空航天等技术领域。
【附图说明】
[0032]图1是本发明实施例1中？683他#14(:111合金条带非晶态及纳米晶态的X射线衍射(XRD)图谱；