專利名稱：：具有高居里溫度的納米晶軟磁Fe<sub>44</sub>Co<sub>43-x</sub>Zr<sub>7</sub>B<sub>5</sub>Al<sub>1+x</sub>合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種納米晶軟磁合金材料，更特別地說，是指一種具有高居里溫度的納米晶軟磁FewCo"xZr7B5Alhx合金。
背景技術(shù)：
：在高溫環(huán)境(>600°C)下使用的發(fā)電機(jī)一般要求其具有高居里溫度，并且在高居里溫度環(huán)境還應(yīng)具有軟磁性能，這樣才能保證發(fā)電機(jī)在高溫環(huán)境下的正常工作。軟磁材料是指剩磁(Mr)和矯頑力(He)均很小(Hc〈800A/m-的鐵磁材料。該材料的特點(diǎn)是易磁化、易去磁且磁滯回線較窄。軟磁材料常用來制作發(fā)電機(jī)、變壓器、電磁鐵等電器的鐵心。所謂納米晶軟磁合金是一種新型的軟磁材料，它的晶粒尺寸在l100nm左右，分布在殘余非晶基體中。美國1998年成功研發(fā)的"HITPERM"納米晶軟磁合金，其基本成分為Fe44Co44Zr7B4CUl。該納米晶軟磁Fe44Co"Zr7B4CuL合金的居里溫度(Tc)為980°C，在交流4KHz條件下的矯頑力(He)20e(即159A/m)。Co元素的居里溫度(Tc)一般為1123°C。在FeCo基軟磁材料
技術(shù)領(lǐng)域：
中，一般認(rèn)為Co元素含量的增加一方面有利于提高FeCo基軟磁材料的居里溫度(Tc)，另一方面矯頑力會(huì)隨Co元素的增加而增加。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種具有高居里溫度的納米晶軟磁Fe^Co43《ZivB5AlM合金，該軟磁合金通過添加Al元素取代Cu元素且部分取代Co元素提高了Fe"Co43-xZr7B5AlL+x合金的居里溫度，使得納米晶軟磁FeMCo43-xZr7BsAh+x合金在高溫發(fā)電機(jī)上的環(huán)境適應(yīng)溫度更高，有效地解決高溫發(fā)電機(jī)使用溫度受材料居里點(diǎn)的限制。本發(fā)明是一種具有高居里溫度的納米晶軟磁Fe^Co43-xZr7B5Ah+x合金，納米晶軟磁Fe44Co43-xZr7BsAlL+x合金中X的原子百分比為06。本發(fā)明納米晶軟磁Fe^Co43-xZr7B5Ah+x合金的優(yōu)點(diǎn)(1)通過非晶納米晶兩相結(jié)構(gòu)的組織控制，F(xiàn)e"Co43.xZr7B5Al^合金的矯頑力達(dá)到2100A/m，軟磁性能優(yōu)異；(2)非晶基體納米晶化后，單位飽和磁化強(qiáng)度Ms達(dá)到159178emu/g;(3)對(duì)Fe"Co43-xZr7B5Ali+x合金進(jìn)行溫度穩(wěn)定性測(cè)試時(shí)，本發(fā)明Fe44Co43.xZr7B5Al1+x合金隨溫度的升高，其單位飽和磁化強(qiáng)度Ms下降緩慢，下降幅度小，溫度穩(wěn)定性好;(4)納米晶軟磁Fe44Co43.xZivB5Albx合金的居里溫度為1004~1015°C，比納米晶軟磁Fe44Co^Zr7B4CuL合金的居里溫度(980°C)提高了20。C以上，具有較高的使用溫度；(5)納米晶軟磁Fe44Co"-xZivB5Al^合金采用單輥快淬法制備非晶甩帶,其工藝簡(jiǎn)單，非晶形成能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。圖1是本發(fā)明納米晶軟磁Fe^Co42ZivB5Al2合金的淬火態(tài)的熱分析圖。圖2是納米晶軟磁Fe^Co42Zr7B5Al2合金在50(TC退火態(tài)的磁滯回線。圖3是納米晶軟磁FCo42ZivB5Al2合金的X射線衍射圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明是一種具有高居里溫度的納米晶軟磁Fe44Co43-xZr7BsAlhx合金，其制備步驟有第一步按Fe44Co43《Zr7BsAlL+x原子百分比稱取純度99.99%的鐵Fe、純度99.8%的鈷Co、純度99.5%的鋯Zr、純度99.99%的鋁Al和含硼20%的硼鐵合金塊材；第二步合金熔煉將第一步配制好的Fe-Co-Zr-B-Al塊材用電弧爐(北京物科光電WS-6)熔煉制成鑄錠，熔煉條件為加熱電流200土20A;然后線切割制塊，并將塊體放入95%丙酮溶液中進(jìn)行超聲波清洗520min后，再在99%酒精溶液中進(jìn)行超聲波表面清洗1025min，取出烘干制得干燥塊體，待用；烘干溫度3050。C，烘干時(shí)間1545min;第三步甩帶將第二步制得的干燥塊體放入單輥甩帶機(jī)(HVDS-n)中的石英管內(nèi)，調(diào)節(jié)單輥的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速5070m/s，制得非晶條帶；第四步晶化將非晶條帶放入真空熱處理爐中，抽真空至4X10_3Pa,并用氬氣冼爐24次;然后再抽真空至4X10-3Pa，升溫至450680匸，保溫20120min,隨爐冷卻，即制得非晶納米晶軟磁Fe^Co43-xZr7B5Al^合金。實(shí)施例1制備70um厚，3mm寬的非晶納米晶軟磁Fe44Co42Zr7B5Al2合金第一步:按Fe44Co42Zr7B5Al2原子百分比稱取純度99.99%的鐵Fe、純度99.8%的鈷Co、純度99.5。/。的鋯Zr、純度99.99%的鋁Al和含硼20%的硼鐵合金塊材；用電子天平稱量；第二步合金熔煉將第一步配制好的Fe-Co-Zr-B-Al塊材用電弧爐(北京物科光電WS-6)熔煉制成鑄錠，熔煉條件加熱電流200A;然后線切割成5x5x10mn^小塊，并將塊體放入95%丙酮溶液中進(jìn)行超聲波清洗lOmin后，再在99%酒精溶液中進(jìn)行超聲波表面清洗lOmin，取出烘干制得干燥塊體，待用；烘干溫度30°C，烘干時(shí)間30min;第三步甩帶將第二步制得的干燥塊體放入單輥甩帶機(jī)(HVDS-n)中的石英管內(nèi)，調(diào)節(jié)單輥的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為68m/s，制得非晶條帶；第四步晶化將非晶條帶放入真空熱處理爐中，抽真空至4XlO-spa，并用氬氣洗爐2次；然后再抽真空至4Xl03Pa，升溫至500。C,保溫20min，隨爐冷卻，即制得非晶納米晶軟磁Fe"Co42Zr7BsAl2合金。參見圖3所示，圖中"B號(hào)"曲線為淬火態(tài)X射線衍射分析圖，說明Fe44C042ZivB5Al2合金此時(shí)為非晶態(tài)，"A號(hào)"曲線為50CTC退火態(tài)的X射線衍射分析圖，說明Fe44Co42ZivB5Al2合金退火后析出FeCo相納米晶，晶粒尺寸為12.6nm的納米晶相。分析儀器釆用日本理學(xué)RigakuD-MAX2200TC,Cu耙，40KV，40mA，掃描速率6度/分。'采用儀器差示掃描量熱儀(NetzschSta449C)測(cè)非晶納米晶軟磁FCo42Zr7B5Al2合金的各種轉(zhuǎn)變溫度，參見圖1所示，圖中"I號(hào)"曲線表示差示掃描量熱的升溫曲線，"n號(hào)"曲線表示熱重分析的升溫曲線。其中，第一起始晶化溫度為512.2°C，第二起始晶化溫度為701.0°C，y結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變峰值溫度為1004.3°C，熱重(TG)分析曲線上反映出升溫時(shí)居里溫度為1004.6°C,此試驗(yàn)升降溫速率為20°C/min。本發(fā)明制得的納米晶軟磁Fe"Co42Zr7B5Al2合金的居里溫度為1004°C，比納米晶軟磁Fe44C044Zr7B4O^合金的居里溫度(980°C)提高了24°C。采用本發(fā)明的納米晶軟磁Fe44C042Zr7BsAl2合金制作發(fā)電機(jī)的鐵心，使發(fā)電機(jī)具有了更高的使用溫度。為了獲得Fe"Co42Zr7BsAl2合金的軟磁性能，釆用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)(Lakeshore7307型號(hào))對(duì)其進(jìn)行軟磁性能測(cè)試，參見圖2所示，表明Fe44Co42Zr7BsAl2合金矯頑力為44A/m，單位質(zhì)量飽和磁化強(qiáng)度為159.37emu/g。實(shí)施例2制備70um厚，3mm寬的非晶納米晶軟磁Fe"Co39ZrvBsAl5合金第一步:按Fe"Co39Zr7BsAl5原子百分比稱取純度99.99%的鐵Fe、純度99.8%的鈷Co、純度99.5。/。的鋯Zr、純度99.99%的鋁Al和含硼20%的硼鐵合金塊材；用電子天平稱量；第二步合金熔煉將第一步配制好的Fe-Co-Zr-B-Al塊材用電弧爐(北京物科光電WS-6)熔煉制成鑄錠，熔煉條件加熱電流220A;然后線切割成5X5X10mms小塊，并將塊體放入95。/。丙酮溶液中進(jìn)行超聲波清洗20min后，再在99。/。酒精溶液中進(jìn)行超聲波表面清洗25min，取出烘干制得干燥塊體，待用；烘干溫度45。C，烘干時(shí)間15min;第三步甩帶將第二步制得的干燥塊體放入單輥甩帶機(jī)(HVDS-n)中的石英管內(nèi)，調(diào)節(jié)單輥的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為50m/s，制得非晶條帶；第四步晶化將非晶條帶放入真空熱處理爐中，抽真空至4X10-3Pa，并用氬氣洗爐4次；然后再抽真空至4X10-3Pa，升溫至68CTC，保溫lOOmin，隨爐冷卻，即制得非晶納米晶軟磁Fe"Co39ZrvBsAl5合金。采用儀器差示掃描量熱儀(NetzschSta449C)測(cè)非晶納米晶軟磁Fe44Co39ZrvB5Al5合金的轉(zhuǎn)變溫度在"-;"結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變峰值溫度為1014.7°C，熱重(TG)分析曲線上反映出升溫時(shí)居里溫度為1014.6°C，此試驗(yàn)升降溫速率為20°C/min。Fe44Co39Zr7B5Al5合金矯頑力為100A/m，單位質(zhì)量飽和磁化強(qiáng)度為177.57emu/g。下表所列為不同組份在不同晶化條件下晶化處理后的磁性能:<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本發(fā)明釆用單輥快淬法制備的納米晶軟磁Fe44Co43—xZrvB5A"+x合金與納米晶軟磁Fe"Co"Zr7B4Ci^合金相比，雖然降低了Co元素的使用，但并未降低其居里溫度(Tc)，反而，由于Al元素對(duì)Cu元素以及部分Co元素的替代，使得本發(fā)明納米晶軟磁Fe44Co43-xZr7B5Ali+x合金在保持了原有優(yōu)異軟磁性能的同時(shí)，其居里溫度(Tc)比納米晶軟磁Fe44Co44Zr7B4CUl合金的居里溫度(980°C)提高了20。C以上。權(quán)利要求1、一種具有高居里溫度的納米晶軟磁Fe44Co43-XZr7B5Al1+X合金，其特征在于納米晶軟磁Fe44Co43-XZr7B5Al1+X合金中X的原子百分比為0～6。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米晶軟磁Fe44Co43—xZr7B5Al1+x#*，其特征在于納米晶軟磁合金組份是Fe44Co42Zr7B5Al2或Fe^CocZivBsAlt或Fe"Co39Zr7B5Al5。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米晶軟磁Fe^Co43-xZr7B5Al^合金，其特征在于矯頑力為2100A/m，居里溫度為1004~1015°C，磁化強(qiáng)度為159178emu/g。4、一種制備如權(quán)利要求1所述納米晶軟磁Fe44Co43—xZr7BsA、+x合金的方法，其特征在于有如下步驟第一步按Fe44Co43.xZr7BsAli+x的原子百分比稱取純度99.99。/。的鐵Fe、純度99.8%的鈷Co、純度99.5%的鋯Zr、純度99.99%的鋁Al和含硼20%的硼鐵合金塊材；第二步合金熔煉將第一步配制好的Fe-Co-Zr-B-Al塊材用電弧爐熔煉制成鑄f定，熔煉條件為加熱電流200土20A;然后線切割制塊，并將塊體放入95%丙酮溶液中進(jìn)行超聲波清洗520min后,再在99%酒精溶液中進(jìn)行超聲波表面清洗1025min，取出烘干制得干燥塊體，待用；烘千溫度305CrC，烘干時(shí)間1545min;第三步甩帶將第二步制得的千燥塊體放入單輥甩帶機(jī)中的石英管內(nèi)，調(diào)節(jié)單輥的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速50~70m/s，制得非晶條帶；第四步晶化將非晶條帶放入真空熱處理爐中，抽真空至4X103Pa，并用氬氣洗爐24次;然后再抽真空至4xl03pa，升溫至450680。C，保溫20120min，隨爐冷卻，即制得非晶納米晶軟磁Fe44Co43-xZivB5Alpx合金。全文摘要本發(fā)明公開了一種具有高居里溫度的納米晶軟磁Fe<sub>44</sub>Co<sub>43-X</sub>Zr<sub>7</sub>B<sub>5</sub>Al<sub>1+X</sub>合金，納米晶軟磁Fe<sub>44</sub>Co<sub>43-X</sub>Zr<sub>7</sub>B<sub>5</sub>Al<sub>1+X</sub>合金中X的原子百分比為0～6。通過采用單輥快淬法制備的納米晶軟磁Fe<sub>44</sub>Co<sub>43-X</sub>Zr<sub>7</sub>B<sub>5</sub>Al<sub>1+X</sub>合金具有矯頑力為2～100A/m，居里溫度為1004～1015℃，磁化強(qiáng)度為159～178emu/g。文檔編號(hào)H01F1/147GK101104907SQ20071011812公開日2008年1月16日申請(qǐng)日期2007年6月29日優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日發(fā)明者瑤孫,畢曉昉申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)