專利名稱：一種利用稀土元素改性的鐵硅硼非晶軟磁合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及非晶軟磁合金材料，具體涉及一種利用稀土元素改性的鐵硅硼軟磁非 晶絲材料。
背景技術：
非晶合金材料(又稱金屬玻璃)是一種無晶體原子結構的合金。所謂無晶是指液 態金屬在急冷凝固過程中來不及結晶，其原子排列仍然保持液態金屬的長程無序狀態。由 于該合金中沒有晶粒和晶界，具有易于磁化的特點，因此，非晶合金的綜合軟磁性能明顯優 于晶態軟磁材料。非晶軟磁合金材料是20世紀70年代問世的新型合金材料，1967年，Duwez 教授率先開發出了 Fe-P-C系非晶軟磁合金，帶動了第一個非晶合金研究開發熱潮。1979 年，美國Allied Signal公司開發出非晶合金寬帶的平面流鑄帶技術，并于1982年建成非 晶帶材連續生產廠，先后推出Fe基、Co基和FeNi基系列非晶合金帶材，標志著非晶合金產 業化和商品化的開始。除美國之外，日本和德國在非晶合金應用開發方面也擁有自己的特 色，主要應用在電子和電力電子元件領域，例如高級音響磁頭、高頻電源(含開關電源)用 變壓器、扼流圈、磁放大器等。1980年，日本Hagiwara首先提出采用 內圓水紡法制備非晶合 金絲材，隨后，日本的Unitika公司開始利用此法商業生產Fe基和Co基非晶絲，作為產業 化的軟磁材料，應用重點集中在圖書館和超市用防盜標簽。此外，利用非晶絲材各種獨特的 物理效應開發各類高性能傳感器一直受到特別關注。尤其是最近在鉆基非晶絲材中發現巨 磁阻抗效應以來，高精度磁敏傳感器的開發成為熱點。1999年，日本科學技術振興事業團委 托名古屋大學和愛知鋼鐵公司聯合開發MI微型傳感器和專用集成電路芯片，目標是將非 晶絲MI傳感器用于高速公路的汽車自動導航和安全監測系統。在我國，對于有關鐵硅硼軟磁的非晶絲材料也同樣是研究熱點。20世紀80年，國 內東北大學和包頭稀上研究院采用內圓水紡法初步開展了非晶合金絲材的制備技術、材料 特性和應用基礎研究，其中部分成果獲得應用。20世紀90年代，安泰科技股份有限公司開 始開發非晶合金絲材，在內圓水紡非晶絲和玻璃包覆非晶絲的連續化制備技術方面取得突 破，并自主研制出高度自動化的中試生產設備取得成功。綜上所述，非晶軟磁合金材料是國民經濟與國防工業的重要基礎材料，現有技術 中已經先后出現Fe基、Co基和FeNi基系列非晶軟磁合金材料，其中鐵硅硼軟磁非晶絲已 經得到了廣泛的應用。但是對于一般鐵基非晶材料來說，它的飽和磁感應強度不太高，并且 還存在晶化傾向，導致它的溫度穩定性也不太好，不能完全滿足高飽和磁感應強度、高溫度 穩定性優質軟磁材料的需求。另一方面，常用的急冷法制備工藝生產的這類非晶合金，存在 著很大的內應力，穩定性較弱，必須經過一定的熱處理工藝，采用非晶晶化的方法改善其高 頻磁性能。在許多場合下鐵基非晶態合金只有退火后才能獲得優良的軟磁性能，但是退火 后材料本身幾乎普遍存在脆化傾向。其主要原因是由于結構弛豫導致自由體積能的減少、 元素的偏聚、相分離和晶化等，在不同溫度下材料晶化過程中，常常伴隨著晶粒尺寸長大， 材料塑性降低和脆性增加，限制了 Fe基非晶絲的大規模應用，嚴重制約了非晶軟磁合金材料的發展。至今未見有關采用稀土元素(La、Pr、Ce)對鐵硅硼合金進行改性的文獻報道。
發明內容
本發明的目的在于，針對現有技術中的不足，提供一種利用多種稀土元素共同對 鐵硅硼合金進行改性的鐵硅硼軟磁合金，從而有效改善了其磁性能和力學性能。本發明的目的通過以下方式實現。本發明的利用稀土元素改性的非晶鐵硅硼軟磁合金，其組分中包括有鐵基或鈷基 或鎳基的鐵磁性材料，玻璃化元素硅和硼，其特征在于，其組分中還包括有微量稀土元素鑭 La、鐠Pr和鈰Ce混合物，它們的含量分別為鐵磁性材料占合金總重量76-77%，玻璃化元素硅占合金總重量7-9%，玻璃化元素硼占合金總重量14-16%，微量稀土元素混合物占合金總重量0.1-0.3%。在上述微量稀土元素混合物中，鑭、鐠和鈰各元素的原子比為1 1 1。將上述本發明的利用稀土元素改性的鐵硅硼非晶軟磁合金制備纖維材料的方法， 可以首先將各組分原料共同放入熔化爐內熔煉鑄成母合金錠，然后放入真空感應快淬爐內 進行熔煉，達到過熱度(1200-130(TC)后充入氮氣，在氮氣氣氛保護下采用快淬成絲工藝， 得到穩定非晶態組織的鐵基金屬纖維。本發明的利用稀土元素改性的非晶鐵硅硼軟磁合金，在其組分中增加了多元稀土 元素鑭La、鐠Pr、鈰Ce，有效改善了其磁性能和力學性能。由于稀土元素的原子半徑不同 于Fe、Si、B的原子半徑，在隨機堆積中微量的稀土元素的原子可使非晶合金的堆積結構致 密，阻止其晶化傾向，并可促進非晶形成，同時由于稀土元素能和合金中的其它元素形成穩 定的化合物，特別是它們能與硼形成高熔點稀土的硼化物，能明顯提高其晶化溫度，從而穩 定了非晶體結構，降低了合金的飽和磁致伸縮系數，有效改善了合金的高頻磁性能。本發明的利用稀土元素改性的非晶鐵硅硼軟磁合金，具有高磁導率、高飽和磁通、 低矯頑力、低鐵損、頻散特性好等優點；用本合金的纖維產品生產的磁電傳感器，性能穩定、 可靠、耐用，并且有脈沖尖銳、無顫動、自濾雜波和微型的特點，能由于車輛用非接觸式磁電 傳感器中，也可應用于制備磁場、速度、位移、應力、位置傳感器等各類力敏傳感器、磁敏傳 感器中，具有十分廣闊的市場應用前景。下面通過實施例做進一步描述。
具體實施例方式實施例1將各組分原料共同放入熔化爐內，用常規熔煉方法熔化冶煉，并澆鑄成具有稀土 元素改性的非晶鐵硅硼軟磁合金錠，各組分的含量分別是鐵基的鐵磁性材料占合金總重 量76. 7% ；玻璃化元素硅占合金總重量8% ；玻璃化元素硼占合金總重量15% ；微量稀土元 素混合物占合金總重量0. 3%0然后從所得合金錠取樣測試其有關性能，并與未加入微量稀 土元素混合物的普通的非晶鐵硅硼軟磁合金做比較，結果如表1，從表1可以看出，經稀土改性非晶鐵硅硼軟磁合金的各項性能都明顯優于普通的非晶鐵硅硼軟磁合金。實施例2將各組分原料共同放入熔化爐內，用常規熔煉方法熔化冶煉，并澆鑄成具有稀土 元素改性的非晶鐵硅硼軟磁合金錠，各組分的含量分別是鐵基的鐵磁性材料占合金總重 量76. 9% ；玻璃化元素硅占合金總重量9% ；玻璃化元素硼占合金總重量14% ；微量稀土 元素混合物占合金總重量0. 1%。然后從所得合金錠上取樣測試其有關性能，結果如下飽 和磁感Bs(T)為1.6 ；矯頑力(A/m)為2，最大磁導率μ為200，000，鐵損(W/Kg)p50hz為 0. 12，電阻率(mw-cm) 130。實施例3將各組分原料共同放入熔化爐內，用常規熔煉方法熔化冶煉，并澆鑄成具有稀土 元素改性的非晶鐵硅硼軟磁合金錠，各組分的含量分別是鈷基的鐵磁性材料占合金總重 量76. 8% ；玻璃化元素硅占合金總重量7% ；玻璃化元素硼占合金總重量1 6% ；微量稀土 元素混合物占合金總重量0.2%。然后從所得合金錠上取樣測試其有關性能，結果如下飽 和磁感Bs(T)為0. 75 ；矯頑力(A/m)為1. 2 ；最 大磁導率μ為400，000 ；單位損耗(W/Kg) P1/400 為 1. 5。以上三實施例中，所用鐵磁性材料、玻璃化元素及微量稀土元素混合物均直接從 市場購得，所使用的熔煉爐和熔煉普通非晶鐵硅硼軟磁合金爐相同。表 權利要求
一種利用稀土元素改性的鐵硅硼非晶軟磁合金，其組分中包括有鐵基或鈷基或鎳基的鐵磁性材料，玻璃化元素硅和硼，其特征在于，其組分中還包括有微量稀土元素鑭La、鐠Pr和鈰Ce的混合物，它們的含量分別為鐵磁性材料占合金總重量76-77％，玻璃化元素硅占合金總重量79％，玻璃化元素硼占合金總重量14-16％，微量稀土元素混合物占合金總重量0.1-0.3％，在上述微量稀土元素混合物中，鑭、鐠和鈰各元素的原子比為1∶1∶1。
全文摘要
本發明涉及非晶軟磁合金材料，具體涉及利用稀土元素改性的鐵硅硼軟磁非晶絲材料。在該合金組分中包括有鐵基或鈷基或鎳基的鐵磁性材料、玻璃化元素硅和硼以及微量稀土元素鑭、鐠和鈰混合物，它們的含量分別為鐵磁性材料占合金總重量76-77％，玻璃化元素硅占合金總重量79％，玻璃化元素硼占合金總重量14-16％，微量稀土元素混合物占合金總重量0.1-10.3％，在其微量稀土元素混合物中，鑭、鐠和鈰各元素的原子比為1∶1∶1。本發明的合金在其組分中增加了多元稀土元素，有效改善了磁性能和力學性能，具有高磁導率、高飽和磁通、低矯頑力、低鐵損、頻散特性好等優點。
文檔編號H01F1/153GK101847483SQ20101018014
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月19日 優先權日2010年5月19日
發明者俞葵, 吳昌業, 昝向明 申請人:銅陵晶德創電子材料科技有限公司