一種用於高頻條件且具有高初始磁導率的軟磁合金的製作方法
2023-05-11 00:58:26 1
一種用於高頻條件且具有高初始磁導率的軟磁合金的製作方法
【專利摘要】一種用於高頻條件且具有高初始磁導率的軟磁合金，由Fe、Co、Cu、Nb、Si和B組成，各組分質量百分比為：Fe15.38％、Cu0.6％、Nb2.5％、Si11％、B9％，餘量為Co；其製備方法是：按質量百分比將各組分均混，在真空感應爐中熔煉成母合金錠，冷卻後用單輥熔體旋轉快淬法製得非晶合金條帶；然後在無磁場的真空管式爐內升溫、保溫、冷卻即可。本發明的優點是：該軟磁軟磁合金製備工藝簡單、成本低；高頻性能優越，其弛豫頻率高達5.03MHz；在1MHz的條件下其品質因數為5.08；在頻率為1kHz-1MHz、磁場為0.05A/m的條件下初始磁導率保持在260恆定不變。
【專利說明】一種用於高頻條件且具有高初始磁導率的軟磁合金
【技術領域】
[0001]本發明涉及磁性功能軟磁材料領域，具體來說就是一種用於高頻條件且具有高初始磁導率的軟磁合金。
【背景技術】
[0002]軟磁材料是指那些具有低矯頑力、高磁導率的金屬磁性材料。它在電力，電子和現代新技術中都有重要和廣泛的應用，特別是隨著高頻技術的發展，對軟磁材料的高頻特性提出了更高的要求，一般對軟磁材料的要求是高的磁導率和低的損耗，在應用於高頻率時，更要求在寬的頻段範圍內具有高磁導率和低損耗，即好的高品質因數。磁導率是軟磁材料的基本參數之一，主要是指初始磁導率μ i是工作點位於磁化曲線初始部分的材料磁導率，對於在弱磁場下應用的軟磁材料，這是最重要的性能指標。
[0003]1988年Yoshizawa等人報導了 FeNbSiBCu納米晶合金,該類合金以其優異的軟磁特性和低廉的製備成本引起了廣泛的關注。非晶合金在退火晶化後形成均勻分布於非晶基體的納米晶粒，晶粒間的交換耦合使磁晶各向異性被平均化，從而有效各向異性常數(K)大大降低，導致納米晶合金獲得優異的軟磁特性。Fe基納米晶軟磁合金以FeNbSiBCu(商品牌號為Finemet)和FeZrBCu(商品牌號為Nanoperm)為典型代表,在低頻條件下具有高的磁導率，低的矯頑力等優異的軟磁特性。但是Fe基納米晶合金的弛豫頻率較低，在高頻下損耗嚴重，因此不能應用於高頻條件下。軟磁合金的弛豫頻率&和品質因數Q是評價其高頻性能的兩個重要參數。較高的弛豫頻率和較大的品質因數說明材料具有較好的高頻性能。在交變磁場條件下，人們希望能將材料低頻下的較高的初始磁導率保持到更高頻率。因此能夠應用於高頻條件下的 高初始磁導率軟磁合金必定會獲得廣泛應用。Miiller等人發現在Finemet非晶態合金中用Co部分替代Fe可以降低飽和磁致伸縮係數，這有利於提高合金的軟磁特性。同時，在FeSiB非晶合金中加入Co後各向異性提高，而較大的各向異性使材料的共振頻率提高，可以擴大材料使用的頻率範圍。
[0004]通過合金化元素配比和適當的退火工藝，可實現控制磁性能，如獲得高弛豫頻率軟磁材料。但是，聞頻軟磁材料除了應具有聞的她豫頻率外，還應有較聞的初始磁導率、聞的品質因數、低的能量損耗以及寬的頻帶等，而傳統的鐵鎳系合金往往只追求單一方面的性能，無法兼顧其他參數，使材料性能未能達到很好的平衡。
[0005]通過分析我們發現在Fe73.SCu1Nb3Si13.5B9納米晶合金中用Co部分代替Fe可以有效提高合金的弛豫頻率:由原來的IO4Hz提高到IO6Hz,提高了 2個數量級。但在Fe73.SCu1Nb3Si 13.5B9合金中用Co部分代替Fe所形成的納米晶合金的品質因數並不高，在IMHz條件下，(Fea5C0a5)7i5Cu1Nb3Si^5B9納米晶合金的品質因數略大於I。
[0006]室溫下FhuCUwNbuSiiA具有更高磁導率和品質因數。在頻率為ΙΚΗζ、磁場強度為0.05A/m的條件下，Fe76.9Cu0.6Nb2.5SinB9納米晶合金的相對磁導率可達20.9X 104。這就為Co替代Fe後進一步提高合金的品質因數提供有利條件。因此我們在Fe^Ci^NbuSiiA合金基礎上用Co部分代替Fe，製備出具有高頻率穩定性的納米晶軟磁合金。[0007]最近Yoshizawa等人在Fe78 8Cu0 6Nb2 6Si9B9合金的基礎上加入Co而製得Fe8.8Co7QCuQ.6Nb2.6Si9B9 納米晶合金，其相對磁導率為 μ (0.05A/m, 100ΚΗz) = 205，品質因數為 Q(IMHz) = 13.4。在高頻條件下(1MHz)，雖然(Fea2Coa8)M9Cuci6NbuSi11B9 納米晶合金的品質因數比Fe8^Co7tlCuci6Nbi6Si9B9納米晶合金的品質因數低，但在IMHz條件下(Fe。.2Co0.8) 76.9Cu0.6Nb2.5SinB9 納米晶合金具有比 Fe8.8Co70Cu0.6Nb2.6Si9B9 納米晶合金高 I 倍的磁導率，而且具有複數磁導率的實部在IMHz範圍內幾乎不隨頻率變化的特性。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是針對上述存在問題，提供一種用於高頻條件且具有高初始磁導率的軟磁合金，該軟磁合金為納米晶合金，在較高頻率下仍具有高的初始磁導率，同時擁有較高的品質因數和弛豫頻率。
[0009]本發明的技術方案:
[0010]一種用於高頻條件且具有高初始磁導率的軟磁合金，由Fe、Co、Cu、Nb、Si和B組成，各組分的質量百分比為:Fel5.38%,Cu0.6%,Nb2.5%、Sill %、B9%，餘量為Co。
[0011]一種所述用於高頻條件且具有高初始磁導率的軟磁合金的製備方法，步驟如下:
[0012]I)非晶合金的製備 [0013]按質量百分比將純度均不低於99.9%的Fe、Co、Cu、Nb、Si和B各組分混合均勻，在真空感應爐中熔煉成母合金錠，失重低於5%，冷卻至室溫後採用單輥熔體旋轉快淬法製備出成分為FeujCoewCu^NbuSiiA的非晶合金條帶，寬度為5mm，厚度為25 μ m ;
[0014]2)納米晶合金樣品的製備
[0015]將上述非晶合金條帶置於無磁場的真空管式爐內，在爐內真空度達到I X 10 一 3Pa條件下，以15K/min的加熱速度升溫至723K並保溫30min，然後隨爐冷卻至室溫，即可製得用於高頻條件且具有高初始磁導率的納米晶軟磁合金。
[0016]本發明的優點和有益效果是:
[0017]該軟磁軟磁合金製備工藝簡單、成本低；高頻性能優越，其弛豫頻率高達
5.03MHz ；在IMHz的條件下其品質因數為5.08 ;在頻率為IkHz-1MHz的範圍內、磁場為0.05A/m的條件下初始磁導率保持在260恆定不變。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1 為(Fe1^xCox) 76.9Cu0.6Nb2.5SinB9 中，x 分別為 0,0.1,0.3,0.5,0.8 條件下製備的納米晶軟磁合金複數初始磁導率隨頻率變化曲線(H = 0.05A/m)，其中:(a)為實部，(b)為虛部。
[0019]圖2 為(Fe1-XCox)7a9Cua6NbuSi11B9 中，x 分別為 0、0.1、0.3、0.5、0.8 條件下製備的納米晶軟磁合金的複數磁導率的實部μ '、弛豫頻率&、品質因數Q、及電阻率P隨Co
含量變化關係。
【具體實施方式】
[0020]實施例:
[0021]一種用於高頻條件且具有高初始磁導率的軟磁合金，由Fe、Co、Cu、Nb、Si和B組成，各組分的質量百分比為:Fel5.38%、Cu0.6%、Nb2.5%、Sill %、B9%，餘量為Co ;該軟磁合金用化學通式表示即為(FehCox)7f^9Cua6Nbi5Si11B9,式中:x = 0.8。
[0022]所述用於高頻條件且具有高初始磁導率的軟磁合金的製備方法，步驟如下:
[0023]I)非晶合金的製備
[0024]按質量百分比將純度均不低於99.9%的Fe、Co、Cu、Nb、Si和B各組分混合均勻，在真空感應爐中熔煉成母合金錠，失重為3%，冷卻至室溫後採用單輥熔體旋轉快淬法製備出成分為Fei5.38C061.52CuQ.6Nb2.5SinB9的非晶合金條帶，寬度為5mm，厚度為25 μ m ;
[0025]2)納米晶合金樣品的製備
[0026]將上述非晶合金條帶置於無磁場的真空管式爐內，在爐內真空度達到I X 10 — 3Pa條件下，以15K/min的加熱速度升溫至723K並保溫30min，然後隨爐冷卻至室溫，即可製得用於高頻條件且具有高初始磁導率的納米晶軟磁合金。
[0027]高頻性能檢測:
[0028]對比樣品設定:共選擇五個不同Co含量的軟磁合金樣品，用化學通式表示(Fei_xC0x)76.9CuQ.6Nb2.5SinB9，式中:x 分別為 0、0.1,0.3,0.5,0.8，納米晶軟磁合金樣品的製備方法相同。
[0029]檢測方法:將合金薄帶製備成環狀樣品，環狀樣品上纏繞漆包線，漆包線兩端須用砂紙打磨後與阻抗分析 儀連接，分別檢測各納米晶軟磁合金樣品在頻率為1kHz，磁場為
0.05A/m條件下初始磁導率μ、弛豫頻率&和IMHz條件下的品質因數Q。
[0030]表1為各樣品在頻率為1kHz，磁場為0.05A/m條件下初始磁導率μ、弛豫頻率&和IMHz條件下的品質因數Q。
[0031]表2為各樣品在磁場為0.05A/m條件下的初始磁導率μ (實部)。
[0032]圖1 為(Fe1^xCox) 76.9Cu0.6Nb2.5SinB9 中，x 分別為 0,0.1,0.3,0.5,0.8 條件下製備的納米晶軟磁合金複數初始磁導率隨頻率變化曲線(H = 0.05A/m)，其中:(a)為實部，(b)為虛部。
[0033]圖2 為(Fe1-XCox)7a9Cua6NbuSi11B9 中，x 分別為 0、0.1、0.3、0.5、0.8 條件下製備的納米晶軟磁合金的複數磁導率的實部μ '、弛豫頻率&、品質因數Q、及電阻率P隨Co
含量變化關係。
[0034]檢測結果表明:當Co含量為X = 0.8時合金的高頻性能最優。
[0035]表1
[0036]
【權利要求】
1.一種用於高頻條件且具有高初始磁導率的軟磁合金，其特徵在於:由Fe、Co、Cu、Nb、Si和B組成，各組分的質量百分比為:Fel5.38%,Cu0.6%,Nb2.5%、Sill%、B9%，餘量為Co。
2.一種如權利要求1所述用於高頻條件且具有高初始磁導率的軟磁合金的製備方法，其特徵在於步驟如下: 1)非晶合金的製備 按質量百分比將純度均不低於99.9%的Fe、Co、Cu、Nb、Si和B各組分混合均勻，在真空感應爐中熔煉成母合金錠，失重低於5%，冷卻至室溫後採用單輥熔體旋轉快淬法製備出成分為Fe15.38Co61.52CuQ.6Nb2.5SinB9的非晶合金條帶，寬度為5mm,厚度為25 μ m ; 2)納米晶合金樣品的製備 將上述非晶合金條帶置於無磁場的真空管式爐內，在爐內真空度達到I X 10 — 3Pa條件下，以15K/min的加熱速度升溫至723K並保溫30min，然後隨爐冷卻至室溫，即可製得用於高頻條件且具有高 初始磁導率的納米晶軟磁合金。
【文檔編號】H01F1/153GK104021910SQ201410298274
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】丁燕紅, 田瑞潔, 薛珂, 蘇永志, 馬敘, 王曉奼 申請人:天津理工大學