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高饱和磁感应强度FePB系纳米晶软磁材料的制备和表征

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高饱和磁感应强度FePB系纳米晶软磁材料的制备和表征

作者：窦庆亚北京有色金属研究总院

学位级别：硕士

随着电子元器件向高频化,大电流的方向发展,对传统材料软磁材料提出了更高的要求,正是在这种情况下,铁基非晶、纳米晶软磁合金同时兼具高饱和磁感应强度和低损耗等优良特性,在当今电力及电子工业用软磁材料中应用越来越广泛。Fe77P7B13N... 详细信息

随着电子元器件向高频化,大电流的方向发展,对传统材料软磁材料提出了更高的要求,正是在这种情况下,铁基非晶、纳米晶软磁合金同时兼具高饱和磁感应强度和低损耗等优良特性,在当今电力及电子工业用软磁材料中应用越来越广泛。Fe77P7B13Nb2Cr1系合金由于软磁性能优良,常被用作制备功率电感,扼流圈等器件,具有极大的应用前景和价值。但是与传统纳米晶软磁材料相比,该合金非晶相居里温度Tc较低,而且两次晶化峰温度区间△Tx较窄,经过退火后的晶粒尺寸比较粗大,恶化软磁性能,极大限制了材料的高温应用,且目前对该材料制备工艺研究不多。为此,本论文重点从以下几个方面进行了研究:(1)研究了不同轮速(10、20、30、40m/s)条件下制备得到的Fe77P7B13Nb2Cr1淬态合金磁性能的影响规律,并分析了原因;在轮速为30 m/s情况下,分别在不同温度下(400℃,450℃,500℃,550℃,600℃)热处理非晶合金薄带10min,并研究了冷却速度对快淬Fe77P7B13Nb2Cr1合金结构和性能以及随后退火晶化的影响规律。确定了最佳制备工艺:30m/s,500℃-10min。(2)研究了Si元素取代对Fe77(P7-xSix)B13Nb2Cr1合金体系的影响规律,Si元素掺杂不仅可以提高合金的非晶形成能力,还可以提高非晶体系的热稳定性,适当的改变硅磷比例可以增大初生相α-Fe和富硼相的温度间隔,抑制α-Fe的异常长大,利于制备高性能的纳米晶软磁材料。Cu元素的掺杂为α-Fe的析出提供形核质点,改善晶相分布状态。结合DSC测试结果,通过Kissinger方程计算晶化激活能,发现硅铜复合添加,既能有效降低该合金体系一次晶化激活能,又能抑制二次晶化,复合添加效果显著。(3)本课题探究了Co元素掺杂对(Fe77-xCox)P7B13Nb2Cr1合金的影响规律,Co元素的添加改变了合金体系的晶化过程,增大初生相和次生相的温度间隔,提高了合金的高温稳定性,适量的Co添加(x=25)可以提高合金的饱和磁感应强度(Bs为1.5-1.6T),过量Co元素的添加并不利于合金软磁性能的提高。Co元素添加,使合金在常温下的矫顽力增大,软磁性能降低。

关键词：纳米晶高饱和磁感应强度软磁材料晶化激活能工艺参数成分设计

高饱和磁感应强度的无磷铁基软磁非晶合金的制备与性能

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高饱和磁感应强度的无磷铁基软磁非晶合金的制备与性能

作者：王振民大连理工大学

学位级别：硕士

铁基软磁非晶合金具有矫顽力(Hc)低、铁损低、工艺流程短等特点而备受关注,并在节能变压器上得到了广泛的应用。现代电子电力设备朝着节能化,小型化和高效化的方向发展,然而现有的铁基软磁非晶合金的饱和磁感应强度(Bs)仍需进一步提升;... 详细信息

铁基软磁非晶合金具有矫顽力(Hc)低、铁损低、工艺流程短等特点而备受关注,并在节能变压器上得到了广泛的应用。现代电子电力设备朝着节能化,小型化和高效化的方向发展,然而现有的铁基软磁非晶合金的饱和磁感应强度(Bs)仍需进一步提升;同时部分合金成分中包含易挥发且易与熔炼坩埚反应的P元素,不利于工业化生产。开发出一种具有高Bs、无P的铁基软磁非晶合金具有重大的意义。因此,本文以铁含量高达86 at%的Fe-B-Si-C系合金为基础,采用微合金化和相似元素添加的方法,通过添加Cu、Co等合金元素,成功研制出具有较大非晶形成能力,优良磁性能以及良好韧性的高饱和磁感应强度铁基软磁非晶合金,并调查了不同热处理温度对其磁性能的影响。本论文的主要内容如下:1.添加0.25-1 at.%的Cu元素能够有效地改善FeBSiC合金的非晶形成能力,其临厚度由13μm可提高到35μm;Cu元素的添加会稍许降低合金的Bs,而对Hc的影响不大。其中,FeBSiCCu合金的临界厚度达到35μm,Bs与Hc分别为1.62 T和12.3 A/m;2.2.5-7.5 at.%的Co替代Fe元素对FeBSiC合金非晶形成能力的影响不大,其临界厚度均为13μm;Co元素的添能够使合金的Bs由基础合金的1.63 T上升到1.80 T,Hc也出现了上升。其中,FeCoBSiC合金的Bs与Hc分别为1.80 T和21.3 A/m;3.共同添加Cu和Co在改善FeBSiC合金非晶形成能力的同时,也有效地提高了合金的Bs。其中,Fe)(80.5)CoBSiCCu具有最优的综合性能,临界厚度达到35μm,Bs与Hc分别为1.78 T和21.1 A/m;4.随热处理温度升高,含Co非晶合金的Bs逐渐上升,其结构仍保持为非晶态结构,并具有良好的韧性。

关键词：铁基软磁非晶合金高饱和磁感应强度非晶形成能力合金化

Fe-Si-B-P-Mo 系高饱和磁感应强度非晶软磁合金

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功能材料 2015年第4期46卷 4061-4065页

作者：孙皓王安定常春涛门贺王新敏潘登上海理工大学机械工程学院上海200082 上海理工大学材料科学与工程学院上海200082 中国科学院宁波材料技术与工程研究所磁性材料与器件重点实验室浙江宁波315000 宁波韵升集团浙江宁波315201

通过在 Fe-Si-B-P 合金体系中微合金化添加Mo 元素,并提高铁含量,成功制备了具有较强非晶形成能力和优异软磁性能的非晶软磁合金.研究发现, Mo 元素微合金化能有效提高合金的非晶形成能力,1％的 Mo 可以将该非晶合金体系的 Fe 含量极限... 详细信息

通过在 Fe-Si-B-P 合金体系中微合金化添加Mo 元素,并提高铁含量,成功制备了具有较强非晶形成能力和优异软磁性能的非晶软磁合金.研究发现, Mo 元素微合金化能有效提高合金的非晶形成能力,1％的 Mo 可以将该非晶合金体系的 Fe 含量极限提高到84％以上,从而得到了饱和磁感应强度（Bs ）高达1．63 T的非晶合金.其中 Fe80 Si4．75 B 9．5 P4．75Mo1非晶合金可以铸造形成非晶块体样品,临界直径达到1mm,饱和磁感应强度达到1．54 T,矫顽力为1．9 A/m.在整个成分范围内,该合金体系都具有1．9～5．1 A/m 的低矫顽力和高于传统 Fe-Si-B 合金的饱和磁感应强度（Bs ）,具有较好的应用前景.

关键词：非晶合金非晶形成能力软磁性能高饱和磁感应强度

高饱和磁感应强度Fe-Cu-Si-B型纳米晶合金软磁性能研究

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高饱和磁感应强度Fe-Cu-Si-B型纳米晶合金软磁性能研究

作者：段宏俊天津大学

学位级别：硕士

非晶纳米晶合金自发明以来,对其研究就一直保持着高度兴趣。尽管非晶纳米晶软磁合金拥有优异的软磁特性和较高的饱和磁感应强度,但由于科技的发展对高饱和磁化强度和低磁损耗的进一步需求,人们亟须更高饱和磁感应强度的新型纳米晶合金... 详细信息

非晶纳米晶合金自发明以来,对其研究就一直保持着高度兴趣。尽管非晶纳米晶软磁合金拥有优异的软磁特性和较高的饱和磁感应强度,但由于科技的发展对高饱和磁化强度和低磁损耗的进一步需求,人们亟须更高饱和磁感应强度的新型纳米晶合金。本论文选取高Fe含量、高B特性的Fe-Cu-Si-B型纳米晶合金进行研究。此类合金与Finemet型合金和Nanomet型合金相比,具有高的饱和磁感应强度(B>1.80 T),同时具有较低的矫顽力(H～20 A/m)和磁损耗。此外,Fe-Cu-Si-B型合金不含易氧化元素(比如P,Zr等元素),因此不需要过于苛刻的退火环境;且不含较昂贵的元素(比如前过渡金属元素Nb,Mo,V等),因此原材料价格较低廉,利于市场化发展。为了进一步提升Fe-Cu-Si-B型纳米晶合金的软磁性能和非晶形成能力,并探究结晶过程中Cu簇的作用机理。本论文在FeSiBCu合金的基础上,分别添加了Al元素和Co元素,其中Al元素替代合金成分中的B元素,Co元素替代合金成分中的Fe元素。实验采用熔体急冷法制备淬态非晶条带,使用真空退火系统在设定的温度下对淬态合金进行纳米晶化退火,得到纳米晶合金。其中用Al替代FeSiBCu合金中的B元素后发现,合金的非晶形成能力随Al的过度添加会略有恶化。当Al含量超过2 at.%时,合金的结晶过程发生改变——不同于无Al成分和少量Al掺杂成分合金在淬态含有大量结晶核,第一结晶过程经历时间漫长——过多Al的掺杂会使合金在淬态时结晶核数量密度较低,第一结晶过程发生较短暂。实验中还观察到适度的添加Al使纳米晶尺寸和矫顽力都小于不含Al的合金。当合金成分为FeCuSiBAl时,合金表现出出色的软磁性能。经过370℃退火后的FeCuSiBAl合金具有高达1.84 T的饱和磁感应强度和低至10.2 A/m的矫顽力。在FeCoSiBCu(x=0,1,2,4,10 at.%)系列合金中发现,除了Co含量为4和10 at.%成分的合金外,其余成分合金的软磁性能表现良好。研究发现Co含量超过2 at.%之后会对Cu簇的形成产生不利的影响,从而导致纳米晶结晶时没有高数量密度的结晶核。这造成纳米晶尺寸过大,矫顽力恶化,软磁性能下降。在对不同成分进行不同温度退火后,本文分别从Co含量和退火温度角度对比了合金矫顽力与晶粒尺寸的关系。分析数据得到纳米晶尺寸与矫顽力成正比关系,这也与***的有效各向异性模型理论相一致。

关键词：软磁性能纳米晶合金高饱和磁感应强度低矫顽力

高饱和磁感应强度Fe基纳米晶软磁材料的制备及性能研究

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高饱和磁感应强度Fe基纳米晶软磁材料的制备及性能研究

作者：李宇明华南理工大学

学位级别：硕士

FeCuSiB纳米晶软磁合金是当今饱和磁感应强度Bs最高的材料之一,具有极大的应用前景和价值。但是与传统纳米晶软磁材料相比,该合金两次晶化温度区间?Tx较窄,经过退火后的晶粒尺寸比较粗大,非晶相居里温度Tc较低,材料的高温应用受到了限制... 详细信息

FeCuSiB纳米晶软磁合金是当今饱和磁感应强度Bs最高的材料之一,具有极大的应用前景和价值。但是与传统纳米晶软磁材料相比,该合金两次晶化温度区间?Tx较窄,经过退火后的晶粒尺寸比较粗大,非晶相居里温度Tc较低,材料的高温应用受到了限制,且目前对该材料制备工艺研究不多。为此,本论文重点从以下几个方面进行了研究: (1)在冷却辊转速保持50m/s的情况下,研究了熔体温度(1200、1300、1400℃)对FeCuSiB淬态合金磁性能的影响规律,并分析了原因;在熔体温度保持1200℃不变的情况下,分别以四种不同的轮辊转速(50、40、30、25 m/s)制备非晶合金薄带,并研究了冷却速度对快淬FeCuSiB合金结构和性能以及随后退火晶化的影响规律。结果表明,淬态结构对退火后纳米晶合金的磁性能影响较小。 (2)通过比较FeCuSiB与FeSiB合金的晶化行为发现,前者的两次晶化温度(T、Tx2)均比后者低。使用Kissinger方法计算了两合金的激活能,前者的两次晶化激活能均小于后者,这说明Cu元素的存在促进了晶化的进行,而且有利于软磁性能的提高。在FeCuSiB合金基础上,使用1at%的Nb、Zr和Ta元素替代合金中的Fe元素,扩大了两次晶化温度的温度区间?Tx。其中,Zr元素的作用最明显,?Tx从原来的91℃增加到155.2℃。在晶化过程中,Nb、Zr和Ta元素的加入均可有效地抑制晶粒的长大,但淬态和退火态的饱和磁化强度Ms均降低。Ta元素抑制晶粒长大的效果最明显,在450℃以下退火,晶粒尺寸始终控制在30nm以下。掺杂Zr元素的合金热稳定性最好,在500℃退火后仍然保持较好的软磁性能。 (3)研究了Co含量对(FeCo)CuSiB(x=0、0.3、0.5、0.7)纳米晶合金结构和磁性随的影响规律。结果表明,FeCuSiB非晶合金加入Co元素后,一次晶化温度T降低,饱和磁化强度Ms下降,矫顽力Hc略有上升,但非晶相居里温度Tc明显提高。x=0.5的合金具有最佳的高温稳定性,在550℃退火后仍然保持较好的软磁性能。

关键词：高饱和磁感应强度纳米晶软磁工艺参数合金成分

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晶粒取向纯铁研究现状及技术分析

钢铁 2016年第12期51卷 1-7页

作者：仇圣桃王海军荣哲项利付兵钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心北京100081

晶粒取向纯铁是一种具有（110）[001]织构的电磁纯铁,因具有高饱和磁感应强度、低矫顽力的直流磁性,常被用于制作磁屏蔽、电磁铁,特别是高磁场下工作的变压器和电机。总结了国内外研究及生产晶粒取向纯铁的技术情况,分析了不同研究者及... 详细信息

晶粒取向纯铁是一种具有（110）[001]织构的电磁纯铁,因具有高饱和磁感应强度、低矫顽力的直流磁性,常被用于制作磁屏蔽、电磁铁,特别是高磁场下工作的变压器和电机。总结了国内外研究及生产晶粒取向纯铁的技术情况,分析了不同研究者及生产厂家的生产技术特点。综合目前关于晶粒取向纯铁的报道,其磁感应强度B800=1.80～1.91 T,仅新日铁的几篇专利B800达到1.92～2.03 T,相比纯铁的饱和磁感应强度2.16 T（纯铁理论饱和磁感应强度值）仍有较大的提升空间。同时,缺乏关于晶粒取向纯铁二次再结晶行为和抑制剂控制的系统研究。

关键词：晶粒取向纯铁高饱和磁感应强度低矫顽力生产技术

碳添加以及退火处理对Fe_(84)Si_(2)P_(3)B_(10.5-x)C_(x)Cu_(0.5)(x=0、0.5、1、1.5、2、2.5)非晶合金非晶形成能力和软磁性能的影响

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功能材料 2022年第9期53卷 9226-9230页

作者：万媛张聪唐一川梁晓晗黄靖骞唐成颖桂林电子科技大学材料科学与工程学院广西桂林541004

在不损坏软磁特性的前提下增强非晶形态形成能力,并研究生产新型Fe_(84)Si_(2)P_(3)B_(10.5-x)C_(x)Cu_(0.5)(x=0、0.5、1、1.5、2、2.5)软磁合金。研究Fe_(84)Si_(2)P_(3)B_(10.5-x)C_(x)Cu_(0.5)软磁合金的热稳定性以及磁性能,结果分析显示,随着C含量的增加,合金的非晶态形成能力逐渐增强,饱和磁感应强度(Bs)明显提升,软磁特性也有了明显提高。在x=1.5时,Fe_(84)Si_(2)P_(3)B_(10.5-x)C_(x)Cu_(0.5)性能最佳,Bs为1.75T,矫顽力为2.1A/m。在653K温度下等温退火300s后,随着α-Fe相的析出,整个合金体系的Bs增加,从1.48T-1.75T增加到1.64T-1.83T。在773K等温退火300S后,Bs从1.48T~1.75T增加到1.67T~1.80T。晶化处理后,Fe-(B,P)硬磁相析出,Hc也有所升高。

关键词：铁基非晶合金热处理工艺非晶形成能力高饱和磁感应强度矫顽力

新型Fe_(80.5)Si_(7.2)B_(12.3)非晶合金带材的退火工艺与磁性能

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金属热处理 2021年第1期46卷 104-108页

作者：宋苏陈文智张广强郑伟张迁邢彦兴周少雄钢铁研究总院北京100081 安泰科技股份有限公司北京100081 江苏集萃安泰创明先进能源材料研究院有限公司江苏常州213000

研究了新型Fe_(80.5)Si_(7.2)B_(12.3)非晶合金带材在不同退火工艺下的磁性能及磁损耗特性,并与传统的铁基非晶合金Fe_(80)Si_(9)B_(11)进行了对比。结果表明:新型Fe_(80.5)Si_(7.2)B_(12.3)非晶合金带材比Fe_(80)Si_(9)B_(11)具有更高的饱和磁感应强度,在励磁磁场强度为3500 A/m下其磁通密度值为1.607 T;在f=50 Hz、Bm=1.4 T下,经无磁场退火处理后其磁损耗高于Fe_(80)Si_(9)B_(11),达到0.411 W/kg;经纵磁退火后磁损耗与Fe_(80)Si_(9)B_(11)基本相当,其值为0.197 W/kg;经横磁退火后损耗仅为0.175 W/kg低于Fe_(80)Si_(9)B_(11),而且初始磁导率和恒磁导率均优于Fe_(80)Si_(9)B_(11);新型Fe_(80.5)Si_(7.2)B_(12.3)非晶合金带材的最佳退火温度区间(360~400℃)与Fe_(80)Si_(9)B_(11)相当。

关键词：高饱和磁感应强度非晶合金磁场退火软磁性能磁损耗

高饱和磁感Fe_(82)Si_(3.8)B_(13.9)C_(0.3)非晶铁芯的退火及浸漆工艺

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金属热处理 2021年第2期46卷 61-66页

作者：宋苏陈文智张广强刘洋郑伟张迁周少雄钢铁研究总院北京100081 江苏集萃安泰创明先进能源材料研究院有限公司江苏常州213000 安泰科技股份有限公司北京100081 非晶节能材料产业技术创新战略联盟北京100081

研究了不同磁场退火和浸漆固化工艺对Fe_(82)Si_(3.8)B_(13.9)C_(0.3)非晶合金环形铁芯损耗和磁性能的影响,并与1K101合金铁芯进行了对比。结果表明:与1K101合金相比,Fe82Si3.8B(13.9C0.3合金铁芯的最佳退火温度低于1K101合金,其中纵磁... 详细信息

研究了不同磁场退火和浸漆固化工艺对Fe_(82)Si_(3.8)B_(13.9)C_(0.3)非晶合金环形铁芯损耗和磁性能的影响,并与1K101合金铁芯进行了对比。结果表明:与1K101合金相比,Fe82Si3.8B(13.9C0.3合金铁芯的最佳退火温度低于1K101合金,其中纵磁退火时达到最低,为330℃。纵磁退火Fe_(82)Si_(3.8)B_(13.9)C_(0.3)合金铁芯有着更高的饱和磁感应强度,B_(3500 A/m)=1.611 T。经350℃无磁场退火处理后,Fe_(82)Si_(3.8)B_(13.9)C_(0.3)合金铁芯的损耗P50 Hz,1.4 T=0.360 W/kg,稍高于1K101合金;经330℃纵磁退火处理后,Fe_(82)Si_(3.8)B_(13.9)C_(0.3)合金铁芯的损耗P50 Hz,1.4 T=0.257 W/kg,也高于1K101合金;经350℃横磁退火处理后损耗P50 Hz,1.4 T=0.163 W/kg,低于1K101合金。纵磁退火Fe-82Si3.8B-13.9C0.3合金铁芯经浸漆固化处理后,磁通密度B800 A/m=1.341 T,比纵磁退火1K101合金浸漆固化铁芯高15%;纵磁退火且浸漆的Fe_(82)Si_(3.8)B_(13.9)C_(0.3)合金铁芯损耗低于1K101合金浸漆铁芯,且随着频率升高优势更加明显;当频率大于1000 Hz时,纵磁退火且浸漆的Fe_(82)Si_(3.8)B_(13.9)C_(0.3)合金铁芯的损耗值低于未浸漆铁芯。

关键词：高饱和磁感应强度非晶铁芯磁场退火浸漆固化软磁性能损耗