CN102925823A - 具有高饱和磁通密度的铁钴基软磁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高饱和磁通密度的铁钴基软磁合金及其制备方法。其组成满足如下分子式：FeaCobSicBdCueMf，式中M为C、P、Cr、Mn中的一种或几种，下标a、b、c、d、e、f分别为相应的元素的原子百分数，且满足5≤a≤82，5≤b≤82，3≤c≤15，4≤d≤13，0.4≤e≤1.5，2≤f≤8；且a+b+c+d+e+f=100；与现有纳米晶软磁合金相比该合金在保证具有较高的饱和磁通密度、优异的软磁性能的基础上，还具有较高的居里温度，使得合金在较高的温度下也能够得以应用。
Description
技术领域
本发明涉及功能材料中软磁合金材料的领域，尤其涉及一种具有高饱和磁通密度的铁钴基软磁合金及其制备方法。
背景技术
自19世纪电工纯铁发明以来，软磁材料得到了广泛的关注及应用，特别是电机、电工和电子领域，软磁材料有着不可或缺的地位，经过无数研究人员的不懈努力，一代代的软磁材料不断地推陈出新，不断的满足工业化的需求，特别是1988年纳米晶软磁合金的发明在软磁材料史上起着里程碑式的作用。到目前为止，纳米晶软磁主要有三大体系：Finemet体系（Fe-Si-B-Nb-Cu）、Nanoperm体系（Fe-M-B-Cu，其中，M=Zr、Hf、Nb等）、Hitperm体系（（Fe，Co）-M-B-Cu，其中，M=Zr、Hf、Nb）。其中，Finemet合金因为成本低、易制备、具有优良的软磁性能，在工业生产中得到了一定的应用，但是合金的饱和磁通密度较小，在相同的工作条件下应用时需具有较大的体积，因而极大的限制了其应用范围；Nanoperm合金具有较高的饱和磁通密度，但是软磁性能较差。以上两种合金由于居里温度较低，导致其在高温下变为顺磁性，故不能在高温下应用，Hitperm合金在一定程度上解决了这个问题，该合金中由于钴元素的加入，导致居里温度上升，使得合金在较高的温度下得以应用，但是，该合金的软磁性能较差，其矫顽力高达200A/m，铁损也较高，限制了该合金的应用。
近年来，高饱和磁通密度铁基软磁合金Fe-Si-B-P-Cu和Fe-Si-B-C-Cu的发明解决了Finemet合金饱和磁通密度低的问题，该合金的饱和磁通密度可达1.8T，但是与Finemet合金相似，该合金的居里温度较低，限制了其在高温下的应用，为解决这一问题，开发一种具有高居里温度、高饱和磁通密度、较好的软磁性能的软磁合金是至关重要的。
发明内容
本发明的目的是针对上述现象，提供一种具有高饱和磁通密度的铁钴基软磁合金及其制备方法。
实现上述技术目的所采用的技术方案为：
具有高饱和磁通密度的铁钴基软磁合金分子式为FeaCobSicBdCueMf，式中M为C、P、Cr、Mn中的一种或几种，下标a、b、c、d、e、f分别为相应元素的原子百分数，且满足5≤a≤82，5≤b≤82，3≤c≤15，4≤d≤13，0.4≤e≤1.5，2≤f≤8；且a+b+c+d+e+f=100，该合金中，各个成分的纯度均为99.9%以上，其中，M优选为P，且以Fe-P合金的形式加入。
具有高饱和磁通密度的铁钴基软磁合金的制备方法的步骤如下：
1.按FeaCobSicBdCueMf所需的比例配置原料，其中a、b、c、d、e、f分别为相应的元素的原子百分数，且满足5≤a≤82，5≤b≤82，3≤c≤15，4≤d≤13，0.4≤e≤1.5，2≤f≤8；且a+b+c+d+e+f=100；
2. 将配好的原料装入熔炼炉中进行充分熔炼，以形成成分均匀的合金锭；
3. 将合金锭出去表面氧化层及其他杂质，并进行破碎处理；
4. 将破碎后的合金用甩带法制成非晶合金；
5. 将非晶合金在热处理炉中并在高真空条件下，在420oC-550oC下热处理3-60min，再淬火至室温，得到铁钴基纳米晶软磁合金。
与现有的合金相比，本发明的合金成分及其制备方法制成的合金同时具有高饱和磁通密度、高居里温度和优异的软磁性能的优点。
具体实施方式
具有高饱和磁通密度的铁钴基软磁合金分子式为FeaCobSicBdCueMf，式中M为C、P、Cr、Mn中的一种或几种，下标a、b、c、d、e、f分别为相应元素的原子百分数，且满足5≤a≤82，5≤b≤82，3≤c≤15，4≤d≤13，0.4≤e≤1.5，2≤f≤8；且a+b+c+d+e+f=100，该合金中，各个成分的纯度均为99.9%以上，其中，M优选为P，且以Fe-P合金的形式加入。
具有高饱和磁通密度的铁钴基软磁合金的制备方法的步骤如下：
1.按FeaCobSicBdCueMf所需的比例配置原料，其中a、b、c、d、e、f分别为相应的元素的原子百分数，且满足5≤a≤82，5≤b≤82，3≤c≤15，4≤d≤13，0.4≤e≤1.5，2≤f≤8；且a+b+c+d+e+f=100；
2. 将配好的原料装入熔炼炉中进行充分熔炼，以形成成分均匀的合金锭；
3. 将合金锭出去表面氧化层及其他杂质，并进行破碎处理；
4. 将破碎后的合金用甩带法制成非晶合金；
5. 将非晶合金在热处理炉中并在高真空条件下，在420oC-550oC下热处理3-60min，再淬火至室温，得到铁钴基纳米晶软磁合金。
以下结合实例对本发明作进一步详细描述：
实施例1
本实施例中，高饱和磁通密度铁钴基纳米晶软磁合金的分子式为：Fe42Co42Si3B8Cu1P4，制备步骤如下：
1.选取纯度在99.9%以上的铁、钴、硅、硼铁、铜、磷铁按上述合金要求进行配制；
2. 将配好的原料装入熔炼炉中进行充分熔炼3次，以形成成分均匀的合金锭；
3.将上步得到的合金锭除去表面氧化层及杂质，并将合金锭进行破碎形成较小的合金块；
4.将合金块放入石英管下端有窄缝隙中，在氩气保护下进行甩带处理以得到非晶合金带材，铜辊的转速为40m/s，制得的带材宽2mm，厚25μm；
5.将非晶带材置于石英管中，抽真空后封闭石英管，将石英管放入热处理炉中以5oC/s的速度升温至450 oC后保温5min，取出石英管在冷水中淬火至室温；
6.将热处理后的带材用VSM测量其饱和磁通密度，再用软磁直流测量装置测出其矫顽力，合金的饱和磁通密度为1.75T，矫顽力为8.2A/m，用DSC测合金的居里温度为950 oC。
实施例2
本实施例中，高饱和磁通密度铁钴基纳米晶软磁合金的分子式为：Fe41Co41Si5B8Cu1P4，制备步骤如下：
1.选取纯度在99.9%以上的铁、钴、硅、硼铁、铜、磷铁按上述合金要求进行配制；
2. 将配好的原料装入熔炼炉中进行充分熔炼3次，以形成成分均匀的合金锭；
3. 将上步得到的合金锭除去表面氧化层及杂质，并将合金锭进行破碎形成较小的合金块；
4.将合金块放入石英管下端有窄缝隙中，在氩气保护下进行甩带处理以得到非晶合金带材，铜辊的转速为40m/s，制得的带材宽2.2mm，厚24μm；
5.将非晶带材置于石英管中，抽真空后封闭石英管，将石英管放入热处理炉中以5oC/s的速度升温至430 oC后保温5min，取出石英管在冷水中淬火至室温；
6.将热处理后的带材用VSM测量其饱和磁通密度，再用软磁直流测量装置测出其矫顽力，合金的饱和磁通密度为1.72T，矫顽力为8.0A/m，用DSC测合金的居里温度为940 oC。
实施例3
本实施例中，高饱和磁通密度铁钴基纳米晶软磁合金的分子式为：Fe40Co40Si7B8Cu1P4，制备步骤如下：
1.选取纯度在99.9%以上的铁、钴、硅、硼铁、铜、磷铁按上述合金要求进行配制；
2. 将配好的原料装入熔炼炉中进行充分熔炼3次，以形成成分均匀的合金锭；
3. 将上步得到的合金锭除去表面氧化层及杂质，并将合金锭进行破碎形成较小的合金块；
4.将合金块放入石英管下端有窄缝隙中，在氩气保护下进行甩带处理以得到非晶合金带材，铜辊的转速为40m/s，制得的带材宽2.4mm，厚25μm；
5.将非晶带材置于石英管中，抽真空后封闭石英管，将石英管放入热处理炉中以5oC/s的速度升温至400 oC后保温5min，取出石英管在冷水中淬火至室温；
6.将热处理后的带材用VSM测量其饱和磁通密度，再用软磁直流测量装置测出其矫顽力，合金的饱和磁通密度为1.68T，矫顽力为7.5/m。
实施例4
本实施例中，高饱和磁通密度铁钴基纳米晶软磁合金的分子式为：Fe5Co80Si4B7Cu1C3，制备步骤如下：
1.选取纯度在99.9%以上的铁、钴、硅、硼铁、铜、碳铁合金按上述合金要求进行配制；
2. 将配好的原料装入熔炼炉中进行充分熔炼3次，以形成成分均匀的合金锭；
3. 将上步得到的合金锭除去表面氧化层及杂质，并将合金锭进行破碎形成较小的合金块；
4.将合金块放入石英管下端有窄缝隙中，在氩气保护下进行甩带处理以得到非晶合金带材，铜辊的转速为40m/s，制得的带材宽2.3mm，厚26μm；
5.将非晶带材置于石英管中，抽真空后封闭石英管，将石英管放入热处理炉中以5oC/s的速度升温至410 oC后保温5min，取出石英管在冷水中淬火至室温；
6.将热处理后的带材用VSM测量其饱和磁通密度，再用软磁直流测量装置测出其矫顽力，合金的饱和磁通密度为1.57T，矫顽力为6.8A/m。
实施例5
本实施例中，高饱和磁通密度铁钴基纳米晶软磁合金的分子式为：Fe80Co5Si4B7Cu1P3，制备步骤如下：
1.选取纯度在99.9%以上的铁、钴、硅、硼铁、铜、磷铁按上述合金要求进行配制；
2. 将配好的原料装入熔炼炉中进行充分熔炼3次，以形成成分均匀的合金锭；
3. 将上步得到的合金锭除去表面氧化层及杂质，并将合金锭进行破碎形成较小的合金块；
4.将合金块放入石英管下端有窄缝隙中，在氩气保护下进行甩带处理以得到非晶合金带材，铜辊的转速为40m/s，制得的带材宽2.7mm，厚25μm；
5.将非晶带材置于石英管中，抽真空后封闭石英管，将石英管放入热处理炉中以5oC/s的速度升温至445 oC后保温5min，取出石英管在冷水中淬火至室温；
6.将热处理后的带材用VSM测量其饱和磁通密度，再用软磁直流测量装置测出其矫顽力，合金的饱和磁通密度为1.78T，矫顽力为8.5A/m。
Claims (2)
1.一种具有高饱和磁通密度的铁钴基软磁合金，其特征在于其组成满足如下分子式：FeaCobSicBdCueMf，式中M为C、P、Cr、Mn中的一种或几种，下标a、b、c、d、e、f分别为相应的元素的原子百分数，且满足5≤a≤82，5≤b≤82，3≤c≤15，4≤d≤13，0.4≤e≤1.5，2≤f≤8；且a+b+c+d+e+f=100。
2.一种如权利要求1所述的具有高饱和磁通密度的铁钴基软磁合金的制备方法，其特征在于它的步骤如下：
按分子式FeaCobSicBdCueMf配制原料，式中M为C、P、Cr、Mn中的一种或几种，下标a、b、c、d、e、f分别为相应元素的原子百分比，满足以下条件：5≤a≤82，5≤b≤82，3≤c≤15，4≤d≤13，0.4≤e≤1.5，2≤f≤8；且a+b+c+d+e+f=100；
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