一种软磁铁基纳米晶合金带材及其制备方法和应用与流程

本发明属于非晶纳米晶合金，具体涉及一种软磁铁基纳米晶合金带材及其制备方法和应用。

背景技术：

1、软磁材料是磁性材料中重要组成部分，在磁场作用下易被磁化，撤去外磁场后也易于退磁化，具有较高的磁导率、较高的饱和磁感应强度、较小的矫顽力，磁滞损耗小，可以应用于变压器、继电器、电感铁芯、继电器等电力电子器件中。软磁材料的发展过程主要经历了钢铁材料－硅钢－铁氧体－非晶材料－纳米晶材料几个阶段。上世纪80年代末期，新型纳米晶软磁材料的发现，推动软磁材料新一轮发展。纳米晶软磁材料以其优异的软磁性能和较低的生产成本，成为综合性能较为优异的金属软磁材料。铁基非晶纳米晶材料应用电力电子器件，可以有效提高能量传输、转换效率，减少损耗，降低温升进而延长电子器件使用寿命。此外，铁基纳米晶材料还有较低的磁各向异性和磁致伸缩系数，在外加磁场的作用下，晶粒磁化过程中，形状和尺寸变化较小，能够有效降低电磁噪声。因此开发新型铁基非晶纳米晶材料对于推动新能源汽车、高铁、光伏、家电、无线充电等领域的电子器件的升级换代具有重要意义。

2、在电子电力领域中，铁基非晶纳米晶合金的应用广泛。finemet等具有高磁导率的铁基纳米晶合金，在光伏发电和电力传动行业中用到的滤波器、变压器、精密电流互感器、高频变压器以及共模电感等电子器件，可能因为工作环境中存在的直流成分，在磁场作用下迅速达到饱和，有效磁导率将快速下降，以及直流成分导致的铁芯损耗增加、产生设备局部过热等问题。某些共模电感还要求在较宽的频率范围内保持恒磁导的特性。因此在上述器件中使用的铁芯需要具有较低的初始磁导率、良好的磁滞回线的线性度、尽可能低的矫顽力，以及在外部电流的磁场作用下能保持稳定的磁导率，以实现电力变换或电力测量仪器的需求。

3、目前主流的低磁导软磁合金以co基合金或是掺杂大量co元素的fe基合金为主。co基非晶合金具有低矫顽力、低损耗、较好的抗直流能力、良好的高温磁性能以及巨磁阻抗效应等优点，但是co元素的大量使用会极大地提高合金的生产成本。而成本相对较低的fe基纳米晶合金的磁导率较高且线性度较差。

技术实现思路

1、本发明提供一种软磁铁基纳米晶合金带材及其制备方法和应用，其目的是为了解决现有技术中，fe基纳米晶合金的磁导率较高且线性度较差的问题。

2、针对上述技术缺陷，本发明的目的之一是提供一种软磁铁基纳米晶合金带材的制备方法，本发明的目的之二是提供所述制备方法制备的软磁铁基纳米晶合金带材，本发明的目的之三是提供一种铁芯，本发明的目的之四是提供所述软磁铁基纳米晶合金带材的应用。

3、为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

4、第一方面，本发明提供了一种软磁铁基纳米晶合金带材的制备方法，包括以下步骤：

5、一次熔炼：将合金原料进行真空熔炼，得到合金铸锭；

6、非晶条带的制备：将所述合金铸锭进行二次熔炼并通过单辊甩带法制备得到非晶条带；

7、退火处理：将所述非晶条带进行退火处理、空冷，得到所述软磁铁基纳米晶合金带材；

8、其中，在所述退火处理步骤中，退火处理的温度为420-480℃；

9、所述软磁铁基纳米晶合金带材的成分表达式为feanibsicbdpemfcugxh，m为mo或m为mo和nb，x为c和/或ge；

10、其中，a、b、c、d、e、f、g和h分别表示各对应成分的原子百分含量，且0＜b≤20，6≤c≤15，6≤d≤10，0≤e≤6，1≤f≤5，0.5≤g≤2，0≤h≤0.5，a=100-b-c-d-e-f-h。

11、在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，6≤b≤15，11≤c≤13.5，7≤d≤9，0≤e≤3，1.5≤f≤3.5，0.8≤g≤1.2，0≤h≤0.5，c+d+e≤20。

12、在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述带材具有非晶纳米晶双相结构；

13、所述纳米晶的平均晶粒尺寸不大于10nm；

14、和/或，所述带材的厚度小于35μm。

15、在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述带材的厚度20-35μm；

16、和/或，所述带材的矫顽力小于10a/m；

17、和/或，所述带材的相对初始磁导率大于6000且小于16000。

18、在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述带材的最大磁通密度在0.9t-1.1t之间；

19、和/或，所述带材的剩磁小于150mt；

20、和/或，所述带材的矩形比小于10%。

21、在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述一次熔炼步骤中，所述真空熔炼的设备为高频真空感应冶炼炉；

22、和/或，在所述真空熔炼前，将合金原料放入坩埚中，将坩埚放在冶炼炉的感应线圈内；

23、和/或，所述真空熔炼的温度为1400-1500℃；

24、和/或，所述真空熔炼的真空度在10pa以下。

25、在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述退火处理步骤中，所述退火处理的时间为5-20分钟，优选的，所述退火处理的温度为440-460℃，时间为10-15分钟；

26、和/或，所述退火处理时从室温升温至退火处理的温度的升温速率为10-20k/min；

27、和/或，所述退火处理在惰性气体或真空环境中进行。

28、第二方面，本发明还提供了一种上述制备方法制备的软磁铁基纳米晶合金带材。

29、第三方面，本发明还提供了一种铁芯，所述铁芯由上述软磁铁基纳米晶合金带材或者由上述方法制备的合金带材制成。

30、第四方面，本发明还提供了一种上述软磁铁基纳米晶合金带材或者上述方法制备的合金带材在制备电子器件中的应用，其中，所述电子器件选自变压器、继电器、共模电感、滤波器、电流互感器。

31、本发明与现有技术相比，至少具有如下有益效果之一：

32、1.本发明通过调整退火处理的温度，使退火处理的温度低于合金一次晶化的起始温度或刚达到一次晶化的起始温度，使合金形成平均晶粒尺寸≤10nm、更优选＜5nm的纳米晶显微结构，从而在不恶化带材其他软磁性能的前提下，降低合金的相对磁导率，并且可以在不加外场及外应力的作用下得到中低磁导率纳米晶合金带材，减少了因应力退火导致的合金矫顽力恶化的情况。

33、2.本发明通过在合金中加入mo元素和nb元素，可以有效降低软磁铁基纳米晶合金带材的磁导率。通过控制合金中b元素和si元素的含量，降低了合金的磁导率。通过在合金中加入少量的ni元素，增大了合金的磁晶各向异性，能有效降低带材的磁导率，同时也能降低带材使用过程中的交流损耗，少量添加ni元素的fe基纳米晶合金的抗直流特性明显加强。

34、3.经本发明所描述热处理工艺生产的带材在降低磁导率的同时，保持矫顽力处在较低的范围小于10a/m；降低了合金的剩磁以及剩磁比，剩磁br小于150mt。矩形比br/bm小于10%，简化了生产工艺，使本发明在制备中低磁导率合金的工作中具有一定优势。