一種超高飽和磁感應強度鐵基納米晶薄帶的製作方法

2023-05-25 03:41:56

專利名稱：：一種超高飽和磁感應強度鐵基納米晶薄帶的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種非晶態合金，特別涉及一種具有超高飽和磁感應強度的鐵基納米晶薄帶。
背景技術：
：通過快速凝固方式製備得到的非晶合金因其不具備長程原子有序結構而導致非晶合金具有獨特的力學性能、磁學性能、耐蝕性能和電性能等。因此，非晶合金材料的研究成為材料研究領域中重要的一個。而非晶合金中的鐵基非晶材料因其優異的磁學性能和低廉的成本使其被廣泛應用於各種變壓器、電磁換能元件等
技術領域：
。目前，電子電力領域使用最為廣泛的是1K107，其具有良好的軟磁性能。但是隨著電力電子器件的不斷發展，人們對於磁性材料的性能要求也越來越高。人們渴望有更優異磁性能及更低廉價格的產品出現。但是傳統的鐵基納米晶其化學成分中多添加有Ga，Co，Ni，Zr，Mo，Nb等貴金屬材料。這無形中增加了產品的製造成本，例如1K107中由於含有Nb成分，大大增加了此產品的製造成本。鑑於上述原因，因此，迫切需要出現一種成本低廉，韌性好，工藝簡單，並且具有超高飽和磁感應強度的鐵基納米晶薄帶。
發明內容本發明所要解決的技術問題在於，提供一種成本低廉，韌性好，工藝簡單，並且具有超高飽和磁感應強度的鐵基納米晶薄帶，來解決現行市面上的產品製造成本過高的問題。為了實現上述目的，本發明提供了一種具有超高飽和磁感應強度的鐵基納米晶薄帶，其中，所述鐵基納米晶薄帶成分按照原子個數百分比計，其化學成分表達方式為FeaCubBcSid，其中a、b、c、d的原子百分比含量分別為80《a《84，0<b《1.5，10《c《16，0《d《5，且a+b+c+d=100。所述鐵基納米晶薄帶的原子百分比和化學成分表達優選為Fe8。.5Cu^B^i5或Fe82A3B12Si4或F^CuA^ioQ所述鐵基納米晶薄帶的高飽和磁感應強度Bs不小於1.76T。所述鐵基納米晶薄帶具有573°C577°C的居裡轉變溫度。所述鐵基納米晶薄帶厚度為1540微米，寬度為820毫米。為更好的實現本發明的目的，本發明還提供了具有超高飽和磁感應強度的鐵基納米晶薄帶的製造方法，其中，包括如下步驟步驟一，按化學成分配比配置母合金，步驟二、熔煉步驟一所得的母合金，步驟三、重熔步驟二所得的合金、並甩帶製成非晶薄帶，步驟四、對步驟三所得非晶薄帶進行熱處理，步驟五、對步驟四獲得產品進行性能檢測。操作所述步驟一時，按照權利要求1所述的鐵基納米晶薄帶的目標成分所需的原子個數計算出與之相應的原料，並使用物理天平進行稱量，配製出FeaCubB。Sid的母合金；操作所述步驟二時，將步驟一所得的母合金投入中頻真空感應爐中熔融，熔融過程中，調節抽真空度至26X10—3pa，充入壓力0.030.08Mpa氬氣保護氣體，調節電流控制熔融溫度在1100160(TC，熔煉時間610分鐘後隨爐冷卻取出即得的FeaCubBcSid母合金合金錠；操作所述步驟三時，將步驟二所得合金錠採用單輥極冷方式製成非晶薄帶，噴帶溫度為12001300°C，輥面線速度為3540m/s，將製得的非晶薄帶在500-55(TC保溫11.2小時；操作所述步驟四時，將步驟三所得非晶薄帶投入熱處理爐中進行熱處理，熱處理後的非晶薄帶上生成晶粒尺寸<100nm的納米晶，即製得鐵基納米晶薄帶；操作所述步驟五時，將步驟四所得鐵基納米晶薄帶採用VSM、BH分析儀進行性能檢測，通過檢測的即得到合格的鐵基納米晶薄帶產品。與現有技術相比，本發明具有以下特點本發明選擇鐵基的原因是鐵元素具有高飽和磁感應強度，Fe的原子百分比含量在8084為最佳，小於80時，達不到所要求的高飽和磁感應強度，而大於原子百分比84時，不易形成非晶態合金。Si和B為非晶形成元素，Si的原子百分比含量在05為最佳，不添加時沒有作用，由於與B共同作用，其含量大於5時對非晶合金的非晶形成能力無明顯幫助，並且對軟磁性能有損傷，且使非晶合金的渦流損耗變大。B的適宜添加量在原子百分比含量1016之間，添加量小於10時，合金形成非晶態困難，添加量大於16時，由於合金的熔點升高形成非晶質相變得困難。Cu元素的適量加入能夠提高合金的電阻率，改善鐵基渦流損耗大的缺點。此外，Cu是形成納米晶的重要元素。Cu在基體中作為定扎點，抑制晶粒長大。Cu的添加量以原子百分比01.5為宜，不添加沒有作用，在本合金中元素的添加量大於1.5對於鐵損的降低效果不明顯，且添加元素的量大於1.5時，對軟磁性能的損害變大。與現有技術相比，本發明具有以下優點和積極效果1、配方中捨棄貴重金屬元素Nb，在不影響產品各項性能的基礎上，大大降低了產品的製造成本。2、經本發明製造方法造出的鐵基納米晶薄帶，厚度為1540微米，寬度為820毫米。產品大小形狀遠遠高於現有產品的大小，且韌性好。3、本發明具有超高飽和磁感應強度，其Bs不小於1.76T。圖1為本發明中Bs\P15/5。隨Cu含量變化圖圖2為本發明中Bs\P15/5。隨Si含量變化圖圖3為本發明製造方法的流程圖具體實施例方式下面結合附圖，對本發明進行說明。本發明提供了一種具有超高飽和磁感應強度的鐵基納米晶薄帶，其中，鐵基納米晶薄帶成分按照原子個數百分比計，其化學成分表達方式為FCUbB。Sid，其中a、b、c、d的原子百分比含量分別為80《a《84，0<b《1.5，10《c《16，0《d《5，且a+b+c+d=100。鐵基納米晶薄帶的原子百分比和化學成分表達優選為Fe8。.5Cu,A3Si5或Fe^CuLA2Si4或Fe84CuAsSi。。鐵基納米晶薄帶的高飽和磁感應強度Bs不小於1.76T。鐵基納米晶薄帶具有573°C577t:的居裡轉變溫度。鐵基納米晶薄帶厚度為1540微米，寬度為820毫米。如圖3所示，為本發明製造方法的流程圖，其中，包括如下步驟步驟一，按化學成分配比配置母合金，步驟二、熔煉步驟一所得的母合金，步驟三、重熔步驟二所得的合金、並甩帶製成非晶薄帶，步驟四、對步驟三所得非晶薄帶進行熱處理，步驟五、對步驟四獲得產品進行性能檢測。操作步驟一時，按照權利要求1所述的鐵基納米晶薄帶的目標成分所需的原子個數計算出與之相應的原料，並使用物理天平進行稱量，配製出FeaCubB。Sid的母合金；操作步驟二時，將步驟一所得的母合金投入中頻真空感應爐中熔融，熔融過程中，調節抽真空度至26X10—3pa，充入壓力0.030.08Mpa氬氣保護氣體，調節電流控制熔融溫度在1100160(TC，熔煉時間610分鐘後隨爐冷卻取出即得的FeaCubBeSid母合金合金錠；操作步驟三時，將步驟二所得合金錠採用單輥極冷方式製成非晶薄帶，噴帶溫度為1200130(TC，輥面線速度為3540m/s，將製得的非晶薄帶在500-55(TC保溫11.2小時；操作步驟四時，將步驟三所得非晶薄帶投入熱處理爐中進行熱處理，熱處理後的非晶薄帶上生成晶粒尺寸<100nm的納米晶，即製得鐵基納米晶薄帶；操作步驟五時，將步驟四所得鐵基納米晶薄帶採用VSM、BH分析儀進行性能檢測，通過檢測的即得到合格的鐵基納米晶薄帶產品。具體優選例子如下實施例1:將Fe，Si，B，Nb，Cu按表一中的化學成分原子比進行配置，其中B為硼鐵(17.5%)，並使用物理天平進行稱量，得出母合金，分出發明例與比較例。tableseeoriginaldocumentpage5tableseeoriginaldocumentpage6表一將各個母合金分別投入中頻真空感應爐中熔融，熔融過程中，調節抽真空度至26X10—卞a，充入壓力0.030.08Mpa氬氣保護氣體，調節電流控制熔融溫度在1100160(TC，熔煉時間610分鐘後隨爐冷卻取出即獲得各個發明例和比較例的母合金合金錠；將各合金錠分別採用單輥極冷方式製成非晶薄帶，噴帶溫度為1200130(TC，輥面線速度為3540m/s，將製得的非晶薄帶在500-55(TC保溫11.2小時；將所得各非晶薄帶投入熱處理爐中進行熱處理，熱處理後的非晶薄帶上生成晶粒尺寸<100nm的納米晶，即製得鐵基納米晶薄帶；製成的納米晶薄帶厚度約為20_30微米，寬度約為10mm。最後將所得鐵基納米晶薄帶製成鐵芯後採用VSM、BH等分析儀進行性能檢測，本發明例與比較例的各性能測量結果見表二tableseeoriginaldocumentpage6表二其中比較例為市面上常用的1K107，是添加適量Nb元素的納米晶薄帶，及不含Cu成分的納米晶薄帶。從表一表二的數據中看出，Fe的原子百分比含量在8084為最佳，小於80時，達不到所要求的高飽和磁感應強度，而大於原子百分比84時，不易形成非晶態合金。Si和B為非晶形成元素，Si的原子百分比含量在05為最佳，不添加時沒有作用，由於與B共同作用，其含量大於5時對非晶合金的非晶形成能力無明顯幫助，並且對軟磁性能有損傷，且使非晶合金的渦流損耗變大。B的適宜添加量在原子百分比含量1016之間，添加量小於10時，合金形成非晶態困難，添加量大於16時，由於合金的熔點升高形成非晶質相變得困難。Cu元素的適量加入能夠提高合金的電阻率，改善鐵基渦流損耗大的缺點。此外，Cu是形成納米晶的重要元素。Cu在基體中作為定扎點，抑制晶粒長大。Cu的添加量以原子百分比01.5為宜，不添加沒有作用，在本合金中元素的添加量大於1.5對於鐵損的降低效果不明顯，且添加元素的量大於1.5時，對軟磁性能的損害變大。而且，表一和表二也顯示本發明所述的鐵基納米晶薄帶有優異的軟磁性能，其飽和Bs值不小於1.76T。同添加Nb元素的納米晶合金相比，本發明所述的納米晶薄帶的軟磁性能毫不遜色，且價格低廉。實施例2:將Fe，Si，硼鐵(17.5%)，Cu按Fe83CuxBbalSi2(X=0.5，1.0，1.3，1.5，1.7)化學成分原子百分比配置，在中頻真空感應爐中熔融，將熔煉好的合金錠採用單輥極冷方式製成非晶薄帶，噴帶溫度為1200130(TC，輥面線速度為40m/s，將製得的非晶薄帶在500-55(TC保溫l小時，得到納米晶薄帶，厚度約為20-30微米，寬度約為10mm。將得到的納米晶薄帶製成鐵芯。測量其磁性能，其磁性能隨Cu含量的變化如說明書附l所示，其晶粒大小隨Cu含量的變化見表三。Cu的原子百分含量區分晶粒大小(nm)0.5發明例561.0發明例451.3發明例381.5發明例361.7比較例31表三如圖l所示，圖l為本發明中BsV^^隨Cu含量變化圖，從說明書附l和表三中可以看出，隨著Cu含量的增加，飽和磁化強度呈現出增加的趨勢，當Cu含量超過1.5at%時，磁性能迅速下降。其損耗P15/50隨著Cu含量的增加減少。因為Cu的添加使合金的電阻率增大，鐵損下降；從表三中可以看出，隨著Cu含量的增加，晶粒得到細化。實施例3:將Fe，Si，硼鐵(17.5%)，Cu按表四中化學成分原子百分比配置，在中頻真空感應爐中熔融，將熔煉好的合金錠採用單輥極冷方式製成非晶薄帶，噴帶溫度為1200130(TC，輥面線速度為35m/s，將製得的非晶薄帶在500-55(TC保溫1小時，得到納米晶薄帶厚度約為20-30微米，寬度約為10mm。將得到的納米晶薄帶製成鐵芯，測量其磁性能。其成分及其磁性能見表四成分區分Bs(T)P咖(W/kg)FebalCuL3B13.7發明例i.790.39FebalCuL3B13.發明例1.830.36FebalCuL3B13.7Si2發明例1.840.30FebalCuL3B13.7Si3發明例1.840.30發明例1.820.29FebalCuL3B13.7Si5發明例1.780.29FebalCuL3B13.7Si7比較例1.680.28表四如圖2所示，圖2為本發明中Bs\P15/5。隨Si含量變化圖，從說明書附2和表四中可以看出，隨著Si含量的增加，飽和磁化強度呈現出增加的趨勢，當Si含量超過5at^7時，磁性能迅速下降。其損耗P15/50隨著Si含量的增加減少。因為Si的添加使合金的電阻率增大，鐵損下降。實施例4:將Fe，Si，硼鐵(17.5%)，Cu按本發明實施例1中所述的發明例7、8、9、10項目的化學成分原子百分比配置，並按實施例1中第l項化學成分原子百分比配置比較例進行比較。在中頻真空感應爐中熔融，將熔煉好的合金錠採用單輥極冷方式製成非晶薄帶，噴帶溫度為1200130(TC，輥面線速度為35m/s，將製得的非晶薄帶在500-55(TC保溫1小時，得到納米晶寬度約為10mm。將得到的納米晶薄帶製成鐵芯，其居裡溫度見表五。tableseeoriginaldocumentpage8表五由表中可以看出，本發明權利所述範圍內的合金成分的居裡溫度高於比較例的居裡溫度。居裡溫度可以從一個側面反應材料的溫度性能，說明，本發明在高溫下較穩定。綜上所述，可以看出本發明配方中捨棄貴重金屬元素Nb，在不影響產品各項性能的基礎上，大大降低了產品的製造成本。且經本發明製造方法造出的鐵基納米晶薄帶，厚度為1540微米，寬度為820毫米。產品大小形狀遠遠高於現有產品的大小，且韌性好。此外，本發明具有超高飽和磁感應強度，其Bs不小於1.76T。權利要求一種具有超高飽和磁感應強度的鐵基納米晶薄帶，其特徵在於，所述鐵基納米晶薄帶成分按照原子個數百分比計，其化學成分表達方式為FeaCubBcSid，其中a、b、c、d的原子百分比含量分別為80≤a≤84，0＜b≤1.5，10≤c≤16，0≤d≤5，且a+b+c+d＝100。2.根據權利要求1所述具有超高飽和磁感應強度的鐵基納米晶薄帶，其特徵在於，所述鐵基納米晶薄帶的原子百分比和化學成分表達優選為Fe8。.5CuuB^Si5或Fe^CuuB^i4或Fe^CuAsSioo3.根據權利要求1所述具有超高飽和磁感應強度的鐵基納米晶薄帶，其特徵在於，所述鐵基納米晶薄帶的高飽和磁感應強度Bs不小於1.76T。4.根據權利要求1所述具有超高飽和磁感應強度的鐵基納米晶薄帶，其特徵在於，所述鐵基納米晶薄帶具有573°C577t:的居裡轉變溫度。5.根據權利要求1所述具有超高飽和磁感應強度的鐵基納米晶薄帶，其特徵在於，所述鐵基納米晶薄帶厚度為1540微米，寬度為820毫米。6.—種如權利要求l-5任一所述具有超高飽和磁感應強度的鐵基納米晶薄帶的製造方法，其特徵在於，包括如下步驟步驟一，按化學成分配比配置母合金，步驟二、熔煉步驟一所得的母合金，步驟三、重熔步驟二所得的合金、並甩帶製成非晶薄帶，步驟四、對步驟三所得非晶薄帶進行熱處理，步驟五、對步驟四獲得產品進行性能檢測。7.根據權利要求6所述具有超高飽和磁感應強度的鐵基納米晶薄帶的製造方法，其特徵在於，操作所述步驟一時，按照權利要求1所述的鐵基納米晶薄帶的目標成分所需的原子個數計算出與之相應的原料，並使用物理天平進行稱量，配製出FeaCubB。Sid的母合金；操作所述步驟二時，將步驟一所得的母合金投入中頻真空感應爐中熔融，熔融過程中，調節抽真空度至26X10—3pa，充入壓力0.030.08Mpa氬氣保護氣體，調節電流控制熔融溫度在1100160(TC，熔煉時間610分鐘後隨爐冷卻取出即得的FeaCubBeSid母合金合金錠；操作所述步驟三時，將步驟二所得合金錠採用單輥極冷方式製成非晶薄帶，噴帶溫度為1200130(TC，輥面線速度為3540m/s，將製得的非晶薄帶在500-55(TC保溫11.2小時；操作所述步驟四時，將步驟三所得非晶薄帶投入熱處理爐中進行熱處理，熱處理後的非晶薄帶上生成晶粒尺寸<100nm的納米晶，即製得鐵基納米晶薄帶；操作所述步驟五時，將步驟四所得鐵基納米晶薄帶採用VSM、BH分析儀進行性能檢測，通過檢測的即得到合格的鐵基納米晶薄帶產品。全文摘要本發明公開了一種具有超高飽和磁感應強度的鐵基納米晶薄帶，其中，鐵基納米晶薄帶成分按照原子個數百分比計，其化學成分表達方式為FeaCubBcSid，其中a、b、c、d的原子百分比含量分別為80≤a≤84，0＜b≤1.5，10≤c≤16，0≤d≤5，且a+b+c+d＝100。鐵基納米晶薄帶的原子百分比優選為Fe80.5Cu1.5B13Si5或Fe82.7Cu1.3B12Si4或Fe84Cu1B15Si0。鐵基納米晶薄帶的高飽和磁感應強度Bs不小於1.76T。鐵基納米晶薄帶具有573℃～577℃的居裡轉變溫度。鐵基納米晶薄帶厚度為15～40微米，寬度為8～20毫米。本發明製造工藝簡單，且成本低廉，得到的產品韌性好，並且具有超高飽和磁感應強度。文檔編號C22C45/02GK101792890SQ200910250710公開日2010年8月4日申請日期2009年12月9日優先權日2009年12月9日發明者龐靖,李楠,秦振武,鄒永清申請人:青島雲路新能源科技有限公司