Fe基纳米晶软磁合金的制备与性能研究

采用单辊快淬法制备成分为Fe_(73.5)CulNb_3Si_(13.5)B_9与Fe_(71.9)Cu_1Nb_1V_2Si_(13.5)B_9N_(1.6)两种非晶合金带材,经540℃晶化退火热处理后得到Fe基纳米晶软磁合金带材。利用差热分析(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和振动样品磁强计(VSM)分别研究非晶合金的晶化温度以及纳米晶软磁合金的表面形貌和磁性能。实验结果表明,添加N元素后非晶合金的晶化温度降低,经过同一温度退火后,纳米晶合金B(Fe_(71.9)Cu_1Nb_1V_2Si_(13.5)B9N_(1.6))的饱和磁感强度Bs为142.8 emu/g,比合金A(Fe_(73.5)Cu_lNb_3Si_(13.5)B_9)的饱和磁感强度(Bs=101.2 emu/g)提高了41%。     

二次横磁场热处理对Fe75.5Si12.9B7Cu1Nb1.8V1.4Co0.4纳米晶磁芯恒电感的影响

采用单辊熔融旋淬工艺制备了Fe_(75.5)Si_(12.9)B_7Cu_1Nb_(1.8)V_(1.4)Co_(0.4)非晶合金薄带,分析了二次横磁场热处理对铁基纳米晶磁芯电感的电感值的影响。结果表明,二次横磁场热处理工艺可以显著改善纳米晶磁芯的恒导磁特性,经过热处理后,纳米晶磁芯电感的电感值在较宽频率范围内保持稳定;在380～510℃对磁芯进行二次横磁场退火,磁芯电感的电感值随着退火温度的升高呈现先增大后减小的趋势;在20～100 A的外加直流电流下,磁芯电感的电感值稳定性随着电流的增大呈现先增大后减小的趋势。控制变量法试验分析得出影响磁芯恒导磁特性的主要因素是二次退火温度和外加的磁场强度,最佳热处理工艺为:二次退火温度410℃,保温时间120 min,外加直流电流60 A。     

退火温度对Fe_(73.5)Ni_(0.3)Cu_1Nb_3Si_(14.2)B_8合金带材软磁性能的影响

用单辊法制备的宽20 mm、厚25μm的Fe_(73.5)Ni_(0.3)Cu_1Nb_3Si_(14.2)B_8合金带材,绕制成外径为40 mm,内径为25 mm的环型磁芯。分析了合金带材的晶化行为,研究了退火温度对合金磁芯软磁性能的影响。结果表明,淬火态Fe_(73.5)Ni_(0.3)Cu_1Nb_3Si_(14.2)B_8合金带材为非晶态,一级起始晶化温度Tx1为513.2℃,二级起始晶化温度Tx2为676.9℃,当退火温度升高到550℃,在非晶基体中析出Fe(Si)软磁相,形成了非晶和纳米晶双相共存结构。当退火温度低于550℃时,随着退火温度的升高,合金磁芯的起始磁导率μ_i和饱和磁感应强度B_s增大,矫顽力Hc减小;当最大磁感应强度B_m不变时,合金磁芯的有效幅值磁导率μ_a增大,比总损耗P_s和矫顽力H_c减小;当测试频率f不变时,合金磁芯的电感L_s和品质因数Q增大。     

Ni取代对FeCuNbSiB纳米晶磁芯软磁性能的影响

用单辊法制备了宽20 mm、厚25μm的Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9和Fe_(73.5)Ni_(0.3)Cu_1Nb_3Si_(14.2)B_8合金带材,然后绕制成外径为40 mm、内径为25 mm的环型磁芯,并在不同温度下进行退火处理,研究了Ni取代对合金带材的晶化行为以及纳米晶磁芯软磁性能的影响。结果表明,与FeCuNbSiB合金带材相比,Ni取代的FeNiCuNbSiB合金带材,其一级起始晶化温度Tx1和一级晶化峰温度Tp1降低,其二级起始晶化温度Tx2和二级晶化峰温度Tp2升高,两级起始晶化温度之间的差值ΔTx增大。与FeCuNbSiB纳米晶磁芯相比,Ni取代的FeNiCuNbSiB纳米晶磁芯的起始磁导率μi、饱和磁感应强度Bs减小,矫顽力Hc增大;当测试频率f和最大磁感应强度Bm不变时,有效幅值磁导率μa增大,比总损耗Ps和矫顽力Hc减小;当测试频率f不变时,电感Ls和品质因数Q增大。     

水雾化法制备的Fe-Si-B-Nb(-C)铁基非晶软磁合金粉末的性能

采用水雾化法制备了Fe_(75)Si_(8.4)B_(12.6)Nb_4及Fe_(75)Si_(8.4)B_(12.6)Nb_2C_2两种铁基非晶软磁合金粉末。通过XRD、DSC、SEM及VSM等研究了C添加对Fe-Si-B-Nb非晶合金的相结构、非晶形成能力、粉末颗粒的形貌及粒度分布以及软磁性能的影响。结果表明,C元素的添加虽然在一定程度上削弱了合金的非晶形成能力,但仍然能通过水雾化制备出非晶态合金粉末,且粉末形貌得到改善,粒度分布亦趋于合理。同时,添加C元素后,Fe_(75)Si_(8.4)B_(12.6)Nb_4及Fe_(75)Si_(8.4)B_(12.6)Nb_2C_2合金的饱和磁化强度及矫顽力分别为136.71 A·m2/kg、79.04A/m,较Fe75Si8.4B12.6Nb4合金的软磁性能得到大幅度提高。     

Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶磁粉芯制备及性能

以REN50作为绝缘粘结剂用粉末冶金工艺制备了Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9纳米晶磁粉芯,并讨论了粉末退火温度及粘结剂含量、成型圧力对磁粉芯性能的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)及B-H分析仪对磁粉芯的结构和磁特性进行分析。结果表明,REN50作为绝缘粘结剂可有效包覆在粉末表面,且经过500℃热处理后仍然能够稳定存在,Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9纳米晶磁粉芯具备良好的磁性能。随着粘结剂含量的增加,磁粉芯的磁导率先减小后增大再减小,损耗先增大后减小,当含量为3%时综合磁性能最佳;随着成型压力的增大,磁粉芯的磁导率先增加后减小,损耗先降低后增高,当压力在1100 MPa时,综合磁性能最佳。     

稀土La掺杂和退火温度对非晶磁芯软磁性能的影响

首先制备La掺杂Fe_(78)Si_9B_(13)合金(Fe Si B-La)非晶带材,然后绕制成环型磁芯,在不同温度下进行退火处理,研究La含量和退火温度对其软磁性能的影响。结果表明,随着La含量的增加,Fe Si B-La非晶磁芯的相对起始磁导率μ_i和饱和磁感应强度B_s呈先增大后减小的趋势,而矫顽力H_c呈先减小后增大的趋势。随着退火温度的升高,Fe Si B-La非晶磁芯的μ_i、B_s、H_c、电感L_s和品质因数Q呈先增大后减小的趋势。     

Fe基合金薄带磁畴结构的磁力显微镜观察

采用单辊快焠法制备Fe_(73.3)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9非晶合金薄带,经550℃自由退火和171 MPa张应力退火处理,利用磁力显微镜(MFM)观察了自由退火和应力退火薄带表面磁畴结构及横断面介观结构。结果表明,自由退火样品具有均匀分布的纳米晶粒及易磁化方向随机分布的迷宫畴,应力退火样品具有方向优势的颗粒团聚及易磁化轴在面内的带状畴,这两种磁畴结构的形成可能与晶粒的晶化行为密切相关。     

纳米晶铁芯厚高比对变压器性能的影响

针对铁基纳米晶软磁合金的应用,研究了铁芯的厚高比对变压器性能的影响。采用Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9的铁基纳米晶合金带材,纵向裁剪成各种不同宽度的条带,并卷绕成圆环状铁芯样品,使不同宽度带材所卷绕铁芯样品的横截面积等值,将样品置于氮气保护气氛炉中进行退火处理后,用伏安法测量不同磁通密度下铁芯样品的铁损。结果表明,在保证其具有相同输出功率的前提下,铁芯的厚高比越小,其损耗越低,体积越小,而且表面积越大,因而散热性能也越好。所以厚高比小的铁芯,其铁损小、安全性能高,具有体积小、重量轻,能节约原材料的优势,具有更高的实际应用价值。     

柔性固化剂固化工艺对纳米晶铁芯性能的影响

用非晶带材绕制成圆环铁芯,经退火制备纳米晶铁芯,再放入环氧树脂柔性固化剂中进行真空浸渍后于干燥箱中固化。采用正交试验研究了固化工艺对纳米晶铁芯可切割性和磁性能的影响。结果表明,真空浸渍条件下,固化剂能够充分填充铁芯带材间隙,铁芯固化后具有优异的可切割性;铁芯损耗的主要影响因素是固化温度,最佳固化工艺为:固化温度353 K,固化时间180 min,填料比例10%。该工艺固化的铁芯损耗相对较低:P1/1k=7.319W/kg,P0.5/10k=20.888 W/kg,磁感应强度(H=7 A/m)下降20%,起始磁导率μi下降55%,最大磁导率μmax下降40%;在f=50Hz～1 kHz范围内,固化剂的固化收缩对铁芯电感影响较大,通过调整固化工艺能够有效降低固化收缩对铁芯电感的影响;而在f=1～100 kHz范围内,固化剂对铁芯电感影响较小,对电感变化率影响甚小。     

Nd7Fe61B22Mo4Y6纳米复合永磁材料的磁性能及微结构

采用铜模喷注法成功制备了尺寸为1×5×50 mm的长片状Nd_7Fe_(61)B_(22)Mo_4Y_6合金。通过差式扫描量热分析、X射线衍射分析及磁性能测量系统研究了合金的热稳定性、相组成及磁性能。结果表明,合金的磁性能对于热处理条件极为敏感,铸态合金显示软磁性能,经不同温度热处理后,其磁性转变为硬磁特性。通过740℃等温退火10 min,合金表现出最佳磁学性能,其中剩磁0.51 T,矫顽力1289 kA/m,最大磁能积46.2 kJ/m3。Nd_7Fe_(61)B_(22)Mo_4Y_6合金优良的磁性能可以归结为软磁相颗粒α-Fe、Fe3B和硬磁相颗粒Nd2Fe14B之间强烈的交换耦合作用。由于其尺寸大和磁性能良好的特点,Nd-Fe-B-Mo-Y系纳米复合永磁合金具有潜在的应用价值。     

新型的铁稀土基永磁材料

论文介绍了快速淬火FePr(BSi) 合金的磁性和结构特性,样品在淬火状态下通常是软磁性的,然而,样品在加热到大约700℃后产生5～20kOe的高矫顽力。Fe_(76)Pr_(16)B_5Si_3样品得到最好的磁性,其最大磁能积为(BH)_m≈12MGOe。此值比AlNiCo的好得多,因此这种材料是一种优质的无钴永磁材料。     

气雾化法(Fe_(1-x)Co_x)_(93.5)Si_(6.5)软磁合金粉末的显微组织与磁性能

采用气雾化法制备了(Fe_(1-x)Co_x)_(93.5)Si_(6.5)(x=0,0.01,0.03,0.05,0.07,0.1,wt%)系列合金粉末,利用扫描电镜、X射线衍射仪和振动样品磁强计等分析检测手段研究了合金粉末显微组织和磁性能。结果表明,气雾化合金粉末球形度好,表面光洁,组织均匀,合金为单一的α-Fe(Si)相;掺杂Co元素不改变Fe_(93.5)Si_(6.5)合金粉末显微结构,但提高了合金比饱和磁极化强度。当x=0.1时,合金粉末比饱和磁极化强度σ_s达到最大值219.26 A·m~2/kg,其原因为Fe-Co原子间的交换耦合作用使得单原子波尔磁矩达到最大。粉末矫顽力随Co含量的增加单调递增,这主要归因于Co原子磁晶各向异性常数K_1远大于Fe,导致其矫顽力增大。总体而言,(Fe_(0.9)Co_(0.1))_(93.5)Si_(6.5)合金粉末磁性能较优异。     

非晶(Fe_(0.045)Co_(0.86)V_(0.095)_(78)Si_8B_(14)合金磁场热处理效应的研究

本文对Co基非晶(Fe_(0.045)Co_(0.86)V_(0.095))_(78)Si_8B_(14)合金进行了不同的热处理工艺研究:无磁场退火使合金磁性能恶化;纵向磁场退火有效地消除合金的内应力局部感生各向异性和畴壁钉扎,并形成感生单轴各向异性。静态磁性获得显著提高:μ_m=147.8×10~4,H_c=0.0036Oe,μ_(0.002)=9×10~4,B_z=5880Gs,B_r/B_s=0.94,磁滞损耗显著减小,但有效磁导率较低。与纵向磁场比较,倾斜磁场退火有明显改善μ_e的作用。     

触变剂对环氧树脂封装铁基纳米晶磁芯软磁性能的影响

用宽为20 mm、厚为25μm的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶带材绕制成环形磁芯,经550℃×100 min晶化退火处理制成纳米晶磁芯,并对其进行环氧树脂封装,分析了触变剂对磁芯性能的影响。结果表明,与封装前相比,封装后纳米晶磁芯的磁导率μ、饱磁感应强度Bs、磁滞损耗Pu、磁芯电感Ls和感应电动势E随着触变剂含量的减小而减小;而矫顽力Hc和剩磁Br则随着触变剂含量的减小而增大。     

磁场热处理对非晶合金FeBSiC的影响及穆斯堡尔谱

本文利用穆斯堡尔效应和其它实验手段对Fe_(79)B_(15.5)Si_(3.5)C_2非晶合金淬火态、380℃和410℃热处理、380℃和410℃磁场热处理(纵向和横向)五种不同情况下的样品进行了研究。结果表明,磁场热处理对非晶合金性能有较大的影响,不加磁场只经低温热处理只能消除内应力,对磁结构无较大影响。加磁场热处理使原子磁矩向所加磁场方向变化,但并不整齐排列,纵向磁场比横向磁场使非晶原子磁矩变化更为明显。     

铸造和热加工的高能Pr-Fe-B磁体

本文简要介绍了最近在世界上新开发的一种制造块状Pr-Fe-B永磁体的方法。这种利用铸造和热加工的工艺比较简便,仅由三个阶段组成即铸造—热加工—热处理。所作的磁体密度较高,氧含量较低,特别适合于在石英钟表中用作步进电机的转子等等。文中叙述了具体的工艺流程,产生高磁性能和磁取向的原因以及添加第四种元素Cu的作用。合金的最佳成分为Pr_(17)Fe_(76·5)B_5Cu_(1·5)。铸造的合金经1000℃24小时退火后,样品的磁性为_1Hc=7.4KOe,(BH)_(max)=8.8MGOe。而该成分的合金经900～1000℃温度下。量的热压后,再经过1000℃24小时的热处理,磁性大大提高,最高磁性为Br=12.6KG,_1Hc=10。OKOe,(BH)_(max)=36.2MGOe。从所测样品的初始磁化曲线急剧增加这一现象表明,其产生高矫顽的机理应属成核控制型。     

Cr 和 Mo 对 Fe-Si-B 非晶磁性和热稳定性的影响

本文研究了3at%的过渡金属 Cr 和 Mo 原子分别取代 Fe_■Si_(11)B_(10)非晶中 Fe 原子对其基本物理性能和热稳定的影响,结果1at%的 Cr 和 Mo 原子分别使σ_s(RT)和T_o 降低约为4.07emu/g、7.30emu/g 和27℃、33℃;Mo 原子提高 Fe_(79)Si_(11)B_(10)非晶的玻璃化温度T_g、晶化温度 T_(xs)和 T_■的效果比 Cr 原子显著;3at%的 Mo 原子较明显地改善 Fe_(79)Si_(11)     

横向磁场热处理对高饱和磁感应强度Fe基非晶磁性能的影响

用真空感应炉在氩气保护下熔炼成母合金,再采用单辊快淬法制备成分为Fe63Co21Si2B14的非晶合金薄带,卷绕成铁芯后在不同温度下进行横向磁场热处理.研究了磁场热处理对合金磁性能的影响.结果表明,该Fe基非晶合金对磁场热处理非常敏感,通过简单的横向磁场热处理,合金可以获得良好的恒导磁性能,其Bs值可达1.73T.合金在360℃处理时,恒导磁范围达到240 A/m,恒磁导率约为2600,并且具有良好的综合磁特性.在晶化温度以下,提高热处理温度有利于提高材料的恒导磁性能.     

高Fe含量FeBCuP系非晶合金带材的制备及磁性能

在FeBPCu系合金中通过改变P、Cu的含量以及添加Nb元素的方法,制得了高铁含量的Fe₈₅B_8.3Cu_0.7P_5Nb_1非晶合金带材。利用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、振动样品磁强计(VSM)以及软磁直流测试仪研究了FeBPCu系合金非晶形成能力、热稳定性、热处理前后磁性能的变化,得到了最佳的P、Cu含量以及Nb对该系列合金的的影响。结果表明,该系列合金的P、Cu含量分别在5.0、0.7最为合适;添加1 at%的Nb提高了合金的非晶形成能力,并扩大了合金的热处理区间;Fe₈₅B_8.3Cu_0.7P_5Nb_1合金带材在440℃保温10 min热处理后获得了208.6 emu/g较高饱和磁化强度,矫顽力也只有22.4 A/m。