FeSiBCuNb纳米晶共模电感铁芯成分及性能研究

为获得磁性能满足要求的共模电感铁芯,该文在纳米晶软磁合金Finemet(Fe_(73.5)Si_(13.5)B_9Cu_1Nb_3)的基础上,通过调节合金成分和选择适当的热处理工艺,成功制备出两种成分的磁性能均满足要求的共模电感铁芯,并分析了纳米晶带材中合金成分的微量变化对合金晶化温度和不同频率下的电感值的影响。结果表明,用成分为Fe_(72.75)Si_(15.8)B_(7.3)Cu_(1.05)Nb_(3.1)的带材卷绕的磁芯经过热处理后,其电感值在低频和高频条件下均能满足共模电感产品对磁芯的要求;用成分为Fe_(72)Si_(15.8)B_(8.2)Cu_1Nb_3的带材卷绕的磁芯经过热处理后,其在低频条件下的电感值远远超出标准值,将该成分的合金带材磁芯应用于共模电感产品时,其性能表现良好。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

热处理制度对Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金性能的影响

首先用快淬法制备厚度为20~23μm的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金非晶带材,采用氮气氛退火和横磁退火(氮气氛)工艺对合金进行不同温度处理,研究了退火温度对合金性能的影响。结果表明,合理的退火工艺可以对Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金的性能进行有效控制,540℃×30min为最佳氮气氛退火工艺,横磁退火可以降低Hc、Br/Bs及Pc并能优化μe和μi。     

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)     

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。     

张应力退火对Fe基纳米晶合金薄带磁各向异性的影响

用单辊快淬法制备Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶合金薄带,在氮气保护下沿薄带轴向分别施加不同张应力进行退火.采用阻抗仪和磁力显微镜( MFM)分别观测了不同张应力(σ=0、171、378、570 MPa)退火Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶合金薄带的纵向驱动巨磁阻抗效应(LDGMI)和表面磁畴...     

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。     

非晶纳米晶Fe89.5Zr2.7B6.5Ag0.3M1 (M=Zr、Co、Ta、 Ti、Cu、Nb)的结构与性能

用单辊外圆液态急冷法制备了Fe89.5Zr2.7B6.5Ag0.3M1(M=Zr、Co、Ta、Ti、Cu、Nb)非晶铸带,然后进行不同方式的晶化处理制备纳米晶合金。研究了非晶纳米晶Fe89.5Zr3.7B6.5Ag0.3的显微组织、相组成与晶化过程。探讨了添加元素M(M=Co、Ta、Ti等)与制备工艺对非晶纳米晶Fe89.5Zr3.7B6.5Ag0.3合金显微组织、晶化过程与性能的影响。结果表明:第二种金属元素M的加入,有利于合金显微组织结构的纳米晶化,提高该合金的饱和磁感应强度Bs和电阻率,增大脆性和耐腐蚀性能;退火 水冷能极大提高Co基合金样品的Bs,并能降低材料的剩磁比;另外对非晶态合金来说,低温长时退火也有利于晶粒细化。     

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。     

大功率磁性技术近期来发展回顾与分析:(一)软磁材料

<正>(续上期)6.3大块非晶合金和纳米晶合金铁基非晶合金一般只能制成20~40μm厚的带材,是因为形成铁基非晶需要急冷淬火,如果冷却速度不足,在急冷淬火过程中就会产生局部区域初始晶化,使延展性下降,带材不均匀,容易断裂,从而在绕制磁心时,降低磁心的填充系数,增大磁心体积和损耗,为了解决这个问题,必须研究大块非晶合金,特别是铁基大块非晶软磁合金。1988年日本首先研究开发出直径10 mm棒形     

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。     

大功率磁性技术近期来发展回顾与分析:(一)软磁材料

<正>(续上期)4高导磁合金(坡莫合金)近十年来,高导磁合金(坡莫合金)受到非晶和纳米晶合金的激烈竟争。铁基非晶合金、钴基非晶合金和铁基纳米晶合金开发出不同类型剩磁比的品种,代替高磁导率普通磁带回线的IJ79和IJ85坡莫合金剩磁比矩形磁滞回线的IJ51类坡莫合金和低剩磁比扁平磁滞回线的或恒磁导率的IJ67类坡莫合金,使坡莫合金的用量逐步减少。据介绍,2006年国内坡莫合金用量为2000吨左右。为了应     

添加元素对Sm_2Fe_(17)C_x熔淬带材磁性能的改善

经过对熔淬前合金铸锭显微组织的研究,确认了在Sm_2(Fe_(0.9)Cr_(0.1))_(17)C_(1.6)合金中,Sm_2Fe_(17)相的构成,具有Th_2Zn_(17)类型的结构。Sm_2(Fe_(0.9)Cr_(0.1))_(17)C_(1.6)熔淬带材经温度为750℃退火30分钟后,显示出了672KAm~(-1)(8.4KOe)的矫顽力。对显微结构的研究表明,该带材的晶粒直径为50～150nm。使用X-射线衍射分析,并研究了各种材料的磁滞回线之后,发现随着退火温度的增加,导致相结构从TbCu_(17)类型向Th_2Zn_(17)类型转变。含Ga的Sm_2(Fe_(0.9)Ga_(0.1))_(17)C_(1.6)带材,在退火之后获得了680KAm~(-1)(8.5KOe)的矫顽力。进一步在Sm_2(Fe,Cr)_(17)C_(1.6)和Sm_2(Fe,Ga)_(17)C_(1.6)合金中添加Co、Mn等,也使其磁性能得到了改善.特别是合金Sm_2(Fe_(0.85)Ga_(0.1)Co_(0.05))_(17)C_(1.6)带材,经650℃、30分钟的退火处理后,获得了高达1008KAm~(-1)(12.6KOe)的矫顽力以及(BH)_(max)为62.4KJm~(-3)(7.8MGOe)的磁能积。这是到目前为止所报导过的、Sm_2Fe_(17)C_x熔淬带材获得的最高磁性能。     

摩擦焊焊接块体非晶合金Zr65Cu12.5Al7.5Ni15

采用传统摩擦焊焊接具有良好非晶形成能力的Zr_(65)Cu_(12.5)Al_(7.5)Ni_(15)(at%)块体非晶合金。微区X射线衍射结果显示,整个焊接接头保持了非晶特性,无晶化反应发生。本文就摩擦焊成功焊接块体非晶合金Zr_(65)Cu_(12.5)Al_(7.5)Ni_(15)的原因进行了分析。     

铌添加对（Nd0.4Pr0．6）9Fe76B15熔淬非晶合金晶化行为及矫顽力的影响

用熔淬法制备了(Nd0.4Pr0.6)9Fe76-xNbxB15(x=0,2,3,4)非晶合金薄带,然后在600～740℃进行退火晶化.用X射线衍射(XRD)和振动样品磁强计(VSM)研究了添加Nb对快淬(Nd0.4Pr0.6)9Fe76B15非晶合金晶化行为和矫顽力的影响,发现Nb的添加改变了(Nd0.4Pr0.6)9Fe76B15的晶化行为,并且极大地提高了合金的矫顽力.未添加Nb的(Nd0.4Pr0.6)9Fe76B15非晶合金晶化时,首先转变成(Nd,Pr)2Fe23B3亚稳相,在退火温度为640℃时,亚稳相开始分解为(Nd,Pr)2Fe14B和α-Fe两相组织,随着退火温度的进一步升高,合金中的(Nd,Pr)2Fe14B相开始减少,而室温非磁性相(Nd,Pr)1.1Fe4B4逐渐增多.添加Nb的(Nd0.4Pr0.6)9Fe72Nb4B15非晶合金晶化时,先从非晶基体中析出α-Fe相,随着温度的升高,剩余的非晶相继续晶化形成(Nd,Pr)2Fe14B和Fe3B相.这说明添加Nb可以避免亚稳相的形成,促进(Nd,Pr)2Fe14B硬磁相的生成,同时细化了晶粒,改善了材料的磁性能,使合金矫顽力从未添加Nb的397.3 kA/m提高到了添加4at% Nb时的1091.2 kA/m.