本发明属于磁性材料技术领域，具体涉及一种高磁导率纳米晶软磁材料及其制备方法。
背景技术：
纳米晶软磁材料是一类新型的软磁材料。通过熔体快淬法(轧辊法)制得的非晶态条带,如被加热到它们的晶化温度以上保持一段时间(这种热处理称为退火),非晶态条带就会开始晶化,内部组织从非晶态向晶态转变。如果控制这种退火处理的温度和时间得当，就能控制条带内部的微观结构。
软磁材料是指较易磁化和退磁的材料，通常具有亚铁磁性对这类材料要求有较高的磁导率和磁感应强度，同时磁能积或磁损耗要小。与永磁材料相反，其剩余磁感应强度和矫顽力越小越好，但饱和磁感应强度则越大越好。软磁材料通常具有一些特殊的性质：经外磁场的磁化，能够具有的较高的磁感应强度；处于一定强度的外磁场磁化下，自身能具有较高的磁感应强度；磁畴移动的阻力较小。磁化机制唯象理论指出，磁化是依靠畴壁的移动与转动磁矩进行的。而各向异性常数和磁滞伸缩系数，是可用于表示材料的磁各向异性的物理量。软磁材料的设计应首先考虑成份处于
软磁材料的种类繁多。在目前各科技领域中，广泛使用的软磁材料主要有三种类型：金属软磁材料、铁氧体软磁材料和其它软磁材料。其中金属软磁材料和铁氧体软磁材料的磁特性是基于不同的物理基础。前者是由于铁磁性电子间的直接交换作用，而后者则是基于电子间的间接交换作用。两种不同的交换机制成就了两类材料不同的磁性能特点。
纳米晶软磁材料优异的磁性能是基于非晶基体与纳米晶粒相间的交换耦合作用，对组织敏感。1988年yoshizawa等人在fesib非晶合金的基体中加入少量cu和m(m=nb，mo，w，ta等)，经晶化退火以后，发现在非晶基体上均勾分布着许多无规取向的具有bcc结构的超细晶粒。这种退火后形成的纳米晶相，由于晶粒超细，大量的处于晶界上，表现出与普通多晶体材料或非晶材料有本质差别的性能。其弱外场磁化率相对于非晶母材大幅度提高，同时又具有极高的饱和磁感应强度。此种新合金此后被称为纳米晶软磁合金。
纳米晶合金按成分也可分为fe基、co基和ni基三种。其中代表性的fe
基纳米晶合金大致可区分为两类：一类是fe-cu-m-si-b（m可为nb、mo、w、
v等）系；另一类是在fe-m-m'-b（m可为nb、hf、zr、co等，m'可为cu、ge等）系。这两类合金既具有与钴基非晶合金相似的磁导率高、损耗小的磁性能，又具有与铁基非晶合金相似的高特性。
申请号为201910170890.3的中国专利中公开了一种纳米晶合金磁芯及其制各方法，该申请提供的纳米晶合金磁芯，将淬态合金材料经多场祸合热处理得到所述纳米晶合金磁芯；所述淬态合金材料包括具有式
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种高磁导率纳米晶软磁材料及其制备方法，能够提高纳米晶软磁材料的磁导率、降低矫顽力，并且制备过程简单易控。
本申请为一种高磁导率纳米晶软磁材料，所述纳米晶软磁材料的分子式如下：fe73-75cu0.5-0.7nb3si8b7al2-4。
较优选的，所述纳米晶软磁材料的分子式如下：
fe74cu0.6nb3si8b7al3。
一种基于前文所述的一种高磁导率纳米晶软磁材料的制备方法，包括以下步骤：
⑴将铁铜合金、铁铌合金、铁硅合金、铁硼合金、铁铝合金混合，熔炼
成混合合金；
⑵将混合合金破碎成第一粉末，所述第一粉末的粒径为150-180微米；
⑶将所述第一粉末熔融以后进行雾化，同时充入氮气，得到雾化粉末；
将所述雾化粉末分成两部分进行球磨，第一部分雾化粉末球磨的速度低于第二部分，第一批球磨的时间少于第一批；如所述第一部分雾化粉末球磨的速度为170r/min~190r/min，所述第二部分雾化粉末球磨的速度为220r/min~240r/min，所述第一部分雾化粉末球磨的时间为70h~85h，所述第二部分雾化粉末球磨的时间为100h~115h。
⑸将经过球磨的雾化粉末过筛，进行包埋，得到包埋颗粒；所述包埋使用的包埋剂为环氧树脂、水玻璃、高岭土、滑石粉中的两种或两种以上的混合而成，包埋剂的添加量为所述雾化粉末的4-6%，例如包埋剂可以为环氧树脂、高岭土、滑石粉的混合物，也可以是由水玻璃、高岭土组成的。
⑹将所述包埋颗粒放入模具，在0.8mpa~1.4mpa的压力下保压3min~4min进行压制成型；
⑺将压制成型的坯体在400-415℃下进行热处理，热处理的时间40min~55min，从室温升温至400℃~415℃的升温速度为8℃~9℃为宜，冷却以后纳米晶软磁材料。
雾化法制备出的粉末化学成分、粒度容易调控，粉末的成分均匀采用高压氮气雾化制备的雾化粉末多数呈球形或椭球形，雾化所得粉末的晶粒较大，不利于纳米晶软磁材料的磁性能，本申请中采用先雾化后粉碎的方式进行中间合金粉末的细化，能够使粉末的颗粒更加均匀更加接近球形，规则的球形在压制成型的时候能够制备出性能稳定的材料。球磨机粉碎的时候，元素粉末首先变成各种金属间化合物，然后再转变成非晶粉末。球磨时间对非晶化过程的影响也是巨大的。一般说来，球磨时间越长，粉末非晶化程度越高。但球磨时间过长，粉末与球或壁长期接触碰撞时易混入杂质，产生污染的晶体相。增加球磨强度（一般是通过增加球料比或转速的方法），通常使得非晶晶化易于进行。然而高的球磨能量也会增加球磨温度，导致非晶晶化，所以必须选择最佳的球磨强度。球磨机内的保护气氛对非晶化的过程也有一定程度的影响。杂质的污染也影响非晶相的稳定性。本申请中选择的球磨方式为将原料粉末分批球磨，使粉料的颗粒尺寸有一定的差距，本申请中采用的球磨方式如：第一部分雾化粉末球磨的速度为170r/min~190r/min，所述第二部分雾化粉末球磨的速度为220r/min~240r/min，所述第一部分雾化粉末球磨的时间为70h~85h，所述第二部分雾化粉末球磨的时间为100h~115h。分批研磨的目的是为了使雾化粉末的粒度不同，有大有小，通过不同的研磨速度、不同的研磨时间实现以获得不同粒径的粉体，在压制成型的时候粒径较小的粉末颗粒填补大颗粒粉末之间的空隙，提高堆积密度这样能够使成型的材料的相对密度提高，进而使其磁导率增大，提高磁导率。
而矫顽力是组织与结构敏感的参数，强烈地受到组织、结构因素以及晶粒内应力的影啊。在破碎处理过程中，粉末内产生了大量的内应力与缺陷，从而导致矫顽力会急剧增大，因此需要通过合适的热处理工艺去除内应力，从而降低其内部的矫顽力，本申请中通过缓慢的升温制度在400℃左右保温一段时间，去除内应力，降低矫顽力。
包覆剂的性质和形态对成型的材料的磁电性能有着关键的影响一般要求粉体外层能形成完整、均匀的包覆薄层，且能承受成型压力而不破坏，热稳定性好，绝缘性强，这样相应地，成型的材料的磁导率和品质因数也就较高。包埋剂主要是在粉末表面形成均匀的绝缘膜，以提高成型的材料的电阻率，降低损耗，并增加磁性粉末颗粒的结合强度，固定产品形状。但是包埋剂添加量如果过多或者过少都会对最终软磁材料的性能造成不良影响，包埋剂太多会引起矫顽力的急剧上升。本申请中包埋剂的添加量为雾化粉末的4%~6%，这个含量之下能够在提高电阻率的同时保证矫顽力和磁导率处于优良的指数范围。包埋剂选择多种物质混合的形式能够实现更好的效果，环氧树脂主要由c、h和0元素构成，而水玻璃则主要为na2si03。
热处理对成型的材料的主要作用是一方面可以提高成型的材料的机械强度，另一方面则可以消除粉芯成形时磁粉的内应力以提高磁导率。热处理的温度、时间、气氛、和冷速等对成型的材料的性能均有影响，特别是热处理温度的影响尤为显著。升高热处理温度，内应力可消除完全，磁导率升高。
本申请中采用不同的研磨速度、不同的研磨时间实现以获得不同粒径的粉体，在压制成型的时候粒径较小的粉末颗粒填补大颗粒粉末之间的空隙，提高堆积密度这样能够使成型的材料的相对密度提高，进而使其磁导率增大，提高磁导率；添加一定量的包埋剂降低电阻率，同时使矫顽力处于较低水平；结合良好的烧结制度消除纳米晶软磁材料的内应力降低矫顽力。本发明制备出磁导率高、矫顽力低的软磁材料，同时制备方法简单易控。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述。
实施例1
本申请为一种高磁导率纳米晶软磁材料，所述纳米晶软磁材料的分子式如下：
fe73cu0.5nb3si8b7al2。
一种基于前文所述的一种高磁导率纳米晶软磁材料的制备方法，包括以下步骤：
⑴将铁铜合金、铁铌合金、铁硅合金、铁硼合金、铁铝合金混合，熔炼成混合合金；
⑵将混合合金破碎成第一粉末，所述第一粉末的粒径为150微米；
⑶将所述第一粉末熔融以后进行雾化，同时充入氮气，得到雾化粉末；
⑷将所述雾化粉末分成两部分进行球磨，第一部分雾化粉末球磨的速度为170r/min，所述第二部分雾化粉末球磨的速度为220r/min，所述第一部分雾化粉末球磨的时间为85h，所述第二部分雾化粉末球磨的时间为115h；
⑸将经过球磨的雾化粉末过筛，进行包埋，得到包埋颗粒，包埋剂的添加量为所述雾化粉末的4%，包埋剂为环氧树脂、高岭土、滑石粉的混合物；
⑹将所述包埋颗粒放入模具，在0.8mpa的压力下保压3min进行压制成型；
⑺将压制成型的坯体在400℃下进行热处理，热处理的时间为55min，升温速度为8℃为宜，冷却以后纳米晶软磁材料。
对本实施例制备的纳米晶软磁材料进行测试，测试有效磁导率、矫顽力，其有效磁导率为98，矫顽力为28.5a/m。
实施例2
本申请为一种高磁导率纳米晶软磁材料，所述纳米晶软磁材料的分子式如下：
fe74cu0.6nb3si8b7al3。
一种基于前文所述的一种高磁导率纳米晶软磁材料的制备方法，包括以下步骤：
⑴将铁铜合金、铁铌合金、铁硅合金、铁硼合金、铁铝合金混合，熔炼成混合合金；
⑵将混合合金破碎成第一粉末，所述第一粉末的粒径为160微米；
⑶将所述第一粉末熔融以后进行雾化，同时充入氮气，得到雾化粉末；
⑷将所述雾化粉末分成两部分进行球磨，第一部分雾化粉末球磨的速度为180r/min，所述第二部分雾化粉末球磨的速度为230r/min，所述第一部分雾化粉末球磨的时间为78h，所述第二部分雾化粉末球磨的时间为110h；
⑸将经过球磨的雾化粉末过筛，进行包埋，得到包埋颗粒，包埋剂的添加量为所述雾化粉末的5%，包埋剂由水玻璃、高岭土组成的；
⑹将所述包埋颗粒放入模具，在1.1mpa的压力下保压3.5min进行压制成型；
⑺将压制成型的坯体在410℃下进行热处理，升温速度为8.5℃为宜，热处理的时间为50min，冷却以后纳米晶软磁材料。
对本实施例制备的纳米晶软磁材料进行测试，测试有效磁导率、矫顽力，其有效磁导率为96，矫顽力为26.3a/m。
实施例3
本申请为一种高磁导率纳米晶软磁材料，所述纳米晶软磁材料的分子式如下：
fe75cu0.7nb3si8b7al4。
一种基于前文所述的一种高磁导率纳米晶软磁材料的制备方法，包括以下步骤：
⑴将铁铜合金、铁铌合金、铁硅合金、铁硼合金、铁铝合金混合，熔炼成混合合金；
⑵将混合合金破碎成第一粉末，所述第一粉末的粒径为180微米；
⑶将所述第一粉末熔融以后进行雾化，同时充入氮气，得到雾化粉末；
⑷将所述雾化粉末分成两部分进行球磨，第一部分雾化粉末球磨的速度为190r/min，所述第二部分雾化粉末球磨的速度为240r/min，所述第一部分雾化粉末球磨的时间为70h，所述第二部分雾化粉末球磨的时间为100h；
⑸将经过球磨的雾化粉末过筛，进行包埋，得到包埋颗粒，包埋剂的添加量为所述雾化粉末的6%，包埋剂是由水玻璃、高岭土、滑石粉组成的；
⑹将所述包埋颗粒放入模具，在1.4mpa的压力下保压4min进行压制成型；
⑺将压制成型的坯体在415℃下进行热处理，热处理的时间为40min，升
温速度为9℃为宜，冷却以后纳米晶软磁材料。
对本实施例制备的纳米晶软磁材料进行测试，测试有效磁导率、矫顽力，其有效磁导率为96.6，矫顽力为26.7a/m。
本申请中采用不同的研磨速度、不同的研磨时间实现以获得不同粒径的粉体，在压制成型的时候粒径较小的粉末颗粒填补大颗粒粉末之间的空隙，提高堆积密度这样能够使成型的材料的相对密度提高，进而使其磁导率增大，提高磁导率；添加一定量的包埋剂降低电阻率，同时使矫顽力处于较低水平；结合良好的烧结制度消除纳米晶软磁材料的内应力降低矫顽力。本发明制备出磁导率高、矫顽力低的软磁材料，同时制备方法简单易控。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。