一种高初始磁导率非晶薄带合金材料及其制备方法转让专利
申请号 : CN201310700327.5
文献号 : CN103614669B
文献日 : 2015-05-13
发明人 : 张作州
申请人 : 江苏南方永磁科技有限公司
摘要 :
本发明提供一种高初始磁导率非晶薄带合金材料及其制备方法，该材料具有较高的饱和磁导率，并且在制备过程中各组分的含量容易控制，该材料的制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该材料各成分重量百分比含量为：Ce 0.01-0.05%，Pr 0.01-0.05%，Nd 0.01-0.06%，Tb 0.01-0.05%，Sr 0.1-0. 5%，Co 1-5 %，Pb 0.5-2%，Ru 0.5-3%，Si 0.5-1.5%，其余为Fe。
权利要求 :
1.一种高初始磁导率非晶薄带合金材料，其特征是：该材料中各成分的重量百分含量为：Ce 0.01-0.05%，Pr 0.01-0.05%，Nd 0.01-0.06%，Tb 0.01-0.05%，Sr 0.1-0.5%，Co 1-5 %，Pb 0.5-2%，Ru 0.5-3%，Si 0.5-1.5%，其余为Fe。
2.权利要求1所述高初始磁导率非晶薄带合金材料的制备方法，其步骤为：（1）按照上述重量百分比分别取Ce、Pr、Nd、Tb、Sr、Co、Pb、Ru、Si 和Fe进行配料，各原料的纯度均大于99.9％；
（2）将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1560-1570℃，静置5-10分钟得到母合金液体；
（3）再将母合金液体倒入装有感应加热线圈的中间包内，控制中间包温度在
1400-1500℃；中间包本体下部设有喷嘴，喷嘴的下部设有转辊，喷嘴和转辊的间隙为
0.2-0.6mm，打开喷嘴，母合金液体从喷嘴喷出，遇到旋转的转辊，被转辊轮缘拖拽形成非晶薄带合金。
3.根据权利要求2所述的高初始磁导率非晶薄带合金材料的制备方法，其特征是：所述步骤（3）中感应加热线圈的频率为50 kHz -100kHz。
4.根据权利要求2所述的高初始磁导率非晶薄带合金材料的制备方法，其特征是：所述喷嘴为长方形孔，长方形孔的宽度为0.1-0.4mm，长度为10-50mm；转辊轮缘的旋转线速度为22～25m/s。
5.根据权利要求2、3或4所述的高初始磁导率非晶薄带合金材料的制备方法，其特征是：薄带的厚度为18-24μm，宽度为10-50 mm。
说明书 :
一种高初始磁导率非晶薄带合金材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于金属材料领域，具体涉及一种高初始磁导率非晶薄带合金材料及其制备方法。
背景技术
[0002] CN201310158100.2号申请涉及一种铁氮硼纳米晶软磁材料及其制备方法，按如下步骤：(1)按Fe92B8合金成分配置母料，采用真空熔炼制备合金铸锭，然后在真空快淬炉上制备Fe92B8非晶条带；(2)将步骤(1)中所制备的Fe92B8非晶条带置于管式气氛炉中氮化，氮化是在体积分数为92%的NH3与体积分数为8%的H2的混合气体中进行，氮化温度为580～620℃，时间30～90min；(3)580～620℃、30～60min均匀化退火；(4)采用水淬的方法将步骤(3)中的试样冷却到室温；(5)将步骤(4)中水淬试样在150～200℃进行时效处理，时间为1～2h。
[0003] 上述软磁材料在制备过程中，由于气态氮不容易进入合金，从而导致合金体系中的氮含量不易准确控制，制备成的软磁材料的饱和磁导率低。
发明内容
[0004] 本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种高初始磁导率非晶薄带合金材料，该材料具有较高的饱和磁导率，并且在制备过程中各组分的含量容易控制。
[0005] 本发明的另一个目的是提供一种高初始磁导率非晶薄带合金材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] 一种高初始磁导率非晶薄带合金材料，其特征在于，该材料各成分重量百分比含量为：Ce 0.01-0.05%，Pr 0.01-0.05%，Nd 0.01-0.06%，Tb 0.01-0.05%，Sr 0.1-0. 5%，Co1-5 %，Pb 0.5-2%，Ru 0.5-3%，Si 0.5-1.5%，其余为Fe。
[0008] 上述高初始磁导率非晶薄带合金材料的制备方法，其步骤为：
[0009] （1）按照上述重量百分比分别取Ce、Pr、Nd、Tb、Sr、Co、Pb、Ru、Si 和Fe进行配料，各原料的纯度均大于99.9％；
[0010] （2）将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1560-1570℃，静置5-10分钟得到母合金液体；
[0011] （3）再将母合金液体倒入装有感应加热线圈的中间包内，控制中间包温度在1400-1500℃；中间包本体下部设有喷嘴，喷嘴的下部设有转辊，喷嘴和转辊的间隙为
0.2-0.6mm，打开喷嘴，母合金液体从喷嘴喷出，遇到旋转的转辊，被转辊轮缘拖拽形成非晶薄带合金。
0.2-0.6mm，打开喷嘴，母合金液体从喷嘴喷出，遇到旋转的转辊，被转辊轮缘拖拽形成非晶薄带合金。
[0012] 所述步骤（3）中感应加热线圈的频率为50-100kHz；所述喷嘴为长方孔，长方形孔的宽度为0.1-0.4mm，长度为10-50mm；转辊轮缘的旋转线速度为22～25m/s；薄带的厚度为18-24μm，宽度为10-50 mm。
[0013] 本发明相比现有技术具有如下有益效果：
[0014] 本发明的非晶软磁带合金材料采用Ce、Pr和Nd元素，这些元素原子的存在都可使铁原子在合金中扩散困难，从而使非晶不容易晶化，掺入可提高材料中非晶形成能力和热稳定性。
[0015] 材料中加入Pb元素有助于非晶形成能力增加，可以提高非晶相的稳定性。材料中的Si成份是合金主要非晶形成元素，含量多会增加材料脆性，饱和磁化强度要降低，因此本发明选择了合适的Si含量。
[0016] 材料中的Ru和Tb元素含量的增加，会使合金材料的非晶形成能力和强度增加，可以提高材料的强度和塑形，并可以有效降低Si的使用量。Co具有较好的软磁性能，磁导率和电阻率高。Co、Tb和Sr联合作用能够显著提高材料初始磁导率。
[0017] 本发明的制备方法，采用了中间包带有感应加热圈的加热方式，一方面保证了合金液体的温度稳定，另一方面保证了制备过程中合金的成分均匀化。本发明采用浇注控制和合金化结合，可以有效保证化学成分的均匀分布，既保证了合金的磁性能，也保证了合金的内、外在质量。
[0018] 本发明材料具有优异的软磁性能和非晶形成能力，在制备过程中，各组分含量易于控制，同时只使用了微量的稀有元素，成本较低；另外合金经过拖拽成带的快速冷却方式，保证了合金成分、组织和性能的均匀性；同时本方法制备工艺简单，生产的合金具有良好的性能，非常便于工业化生产。本发明制备的高初始磁导率非晶薄带合金材料主要应用于变压器互感器。
附图说明
[0019] 图1为本发明高初始磁导率非晶薄带合金材料的组织图。
[0020] 由图1可以看出，本发明高初始磁导率非晶薄带合金材料的组织致密均匀。
具体实施方式
[0021] 实施例一：
[0022] 本发明高初始磁导率非晶薄带合金材料的制备方法，具体步骤如下：
[0023] （1）首先按照各成分重量百分含量Ce 0.01%，Pr 0.01%，Nd 0.01%，Tb 0.01%，Sr0.1%，Co 1%，Pb 0.5%，Ru 0.5%，Si 0.5%，其余为Fe进行配料；其中Ce、Pr、Nd、Tb、Sr、Co、Pb、Ru、Si 和Fe的纯度均大于99.9％；
[0024] （2）将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1560℃，静置5分钟得到母合金液体；
[0025] （3）再将母合金液体倒入装有感应加热线圈的中间包内，控制中间包温度在1400℃；中间包本体下部设有喷嘴，喷嘴的下部设有转辊，喷嘴和转辊的间隙为0.2mm，打开喷嘴，母合金液体从喷嘴喷出，遇到旋转的转辊，被转辊轮缘拖拽形成非晶薄带合金材料。
感应加热线圈的频率为50kHz；所述喷嘴为长方孔，长方形孔的宽度为0.1mm，长度为10mm；
转辊轮缘的旋转线速度为22m/s；薄带的厚度为18μm，宽度为10mm。
感应加热线圈的频率为50kHz；所述喷嘴为长方孔，长方形孔的宽度为0.1mm，长度为10mm；
转辊轮缘的旋转线速度为22m/s；薄带的厚度为18μm，宽度为10mm。
[0026] 实施例二：
[0027] 本发明高初始磁导率非晶薄带合金材料的制备方法，具体步骤如下：
[0028] （1）首先按照各成分重量百分含量Ce 0.05%，Pr 0.05%，Nd 0.06%，Tb 0.05%，Sr0.5%，Co 5%，Pb 2%，Ru 3%，Si 1.5%，其余为Fe进行配料；其中Ce、Pr、Nd、Tb、Sr、Co、Pb、Ru、Si 和Fe的纯度均大于99.9％；
[0029] （2）将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1565℃，静置8分钟得到母合金液体；
[0030] （3）再将母合金液体倒入装有感应加热线圈的中间包内，控制中间包温度在1450℃；中间包本体下部设有喷嘴，喷嘴的下部设有转辊，喷嘴和转辊的间隙为0.4mm，打开喷嘴，母合金液体从喷嘴喷出，遇到旋转的转辊，被转辊轮缘拖拽形成非晶薄带合金材料。
感应加热线圈的频率为75kHz；所述喷嘴为长方孔，长方形孔的宽度为0.3mm，长度为35mm；
转辊轮缘的旋转线速度为23m/s；薄带的厚度约为21μm，宽度约为35 mm。
感应加热线圈的频率为75kHz；所述喷嘴为长方孔，长方形孔的宽度为0.3mm，长度为35mm；
转辊轮缘的旋转线速度为23m/s；薄带的厚度约为21μm，宽度约为35 mm。
[0031] 实施例三：
[0032] 本发明高初始磁导率非晶薄带合金材料的制备方法，具体步骤如下：
[0033] （1）首先按照各成分重量百分含量：Ce 0.03%，Pr 0.02%，Nd 0.04%，Tb 0.04%，Sr0.3%，Co 4%，Pb 1.5%，Ru 2.5%，Si 1%，其余为Fe进行配料；其中Ce、Pr、Nd、Tb、Sr、Co、Pb、Ru、Si 和Fe的纯度均大于99.9％；
[0034] （2）将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1570℃，静置10分钟得到母合金液体；
[0035] （3）再将母合金液体倒入装有感应加热线圈的中间包内，控制中间包温度在1500℃；中间包本体下部设有喷嘴，喷嘴的下部设有转辊，喷嘴和转辊的间隙为0.6mm，打开喷嘴，母合金液体从喷嘴喷出，遇到旋转的转辊，被转辊轮缘拖拽形成非晶薄带合金材料。
感应加热线圈的频率为100kHz；喷嘴为长方孔，长方形孔的宽度为0.4mm，长度为50mm；转辊轮缘的旋转线速度为25m/s；薄带的厚度约为24μm，宽度约为50 mm。
感应加热线圈的频率为100kHz；喷嘴为长方孔，长方形孔的宽度为0.4mm，长度为50mm；转辊轮缘的旋转线速度为25m/s；薄带的厚度约为24μm，宽度约为50 mm。
[0036] 实施例四：（成分配比不在本发明涉及比例范围内）
[0037] 高初始磁导率非晶薄带合金材料中各成分重量百分含量：Ce 0.005%，Pr 0.005%，Nd 0.006%，Tb 0.005%，Sr 0.5%，Co 0.5%，Pb 0.3%，Ru 0.2%，Si 0.2%，其余为Fe进行配料；其制备过程同实施例一。
[0038] 实施例五：（成分配比不在本发明涉及比例范围内）
[0039] 高初始磁导率非晶薄带合金材料中各成分重量百分含量：Ce 0.06%，Pr 0.07%，Nd0.08%，Tb 0.06%，Sr 0.7%，Co 7%，Pb 3%，Ru 4%，Si 2%，其余为Fe进行配料；其制备过程同实施例一。
[0040] 表一
[0041]
[0042] 由上表可以看出，本发明的材料中各成份Ce、Pr、Nd、Tb、Sr、Co、Pb、Ru、Si有助于合金具有初始磁导率的提高。但是超出本申请规定的范围，初始磁导率非但没提高，反而降低，原因是这些元素会和Fe相互反应形成非磁性化合物，降低了元素本身的有效作用。