【摘 要】
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铁基纳米晶合金具有高起始磁导率、低矫顽力和低铁损等优异软磁性能及绿色环保、成本低廉等特点,被广泛应用于共模电感、开关电源和电机等电子元器件中。Finemet合金是铁基纳米晶合金的典型代表,虽然具有优异的软磁性能,但也存在饱和磁感应强度Bs较低,高温及高频条件下合金的磁导率低等缺点。为了拓展铁基纳米晶合金的应用领域和降低生产成本,对其进行元素取代改性意义重大。本文通过添加稀土Y/Gd元素,部分替代合
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铁基纳米晶合金具有高起始磁导率、低矫顽力和低铁损等优异软磁性能及绿色环保、成本低廉等特点,被广泛应用于共模电感、开关电源和电机等电子元器件中。Finemet合金是铁基纳米晶合金的典型代表,虽然具有优异的软磁性能,但也存在饱和磁感应强度Bs较低,高温及高频条件下合金的磁导率低等缺点。为了拓展铁基纳米晶合金的应用领域和降低生产成本,对其进行元素取代改性意义重大。本文通过添加稀土Y/Gd元素,部分替代合金中的Nb或Fe元素,研究了稀土元素对铁基纳米晶合金组织结构和软磁性能的影响,并作了部分器件的实际应用。具体研究成果如下:（1）用Y元素部分替代Nb,在Y≤0.5%时,铸态合金呈非晶态,在Y≥1.0%时,铸态合金中出现晶化相;用Y部分替代Fe,在Y≤1.5%时,铸态合金呈非晶态。随Y含量增加,合金晶化峰向高温区移动。Y能够辅助Nb起到进一步细化晶粒的作用。（2）开发了综合软磁性能优异的Fe73.5Cu1Nb2.5Si13.5B9Y0.5合金。合金的μm值达到813.1k,比Finemet合金提高了36.45%,Hc值低至0.56A/m;在1k Hz下,环境温度30～150°C,其μe值仅降低了8.8%;在150°C下,其μe值达到128.02k,比Finemet合金提高了15.74%。（3）开发了综合软磁性能优异的Fe73Cu1Nb3Si13.5B9Y0.5合金。该合金的μi和μm值分别为149.93k和925.63k,比Finemet合金分别提高了22.19%和9.67%。在环境温度为120°C和150°C时,1k Hz下的μe值分别为156.86k和145.71k,比Finemet合金提高了42.21%和40.95%。（4）开发了综合软磁性能优异的Fe73Cu1Nb3Si13.5B9Gd0.5合金。该合金软磁性能达到:μi值148.43k,Hc值0.36A/m。在1k Hz下,环境温度90°C和150°C时,其μe值分别为162.34k和142.42k,分别比Finemet提高了24.71%和29.52%。（5）经过恒张力退火处理,进一步提高了Fe72.5Cu1Nb3Si13.5B9Gd1合金的动态软磁性能。在1k Hz-1MHz频率范围内,Fe72.5Cu1Nb3Si13.5B9Gd1合金的μe值比Finemet合金提高了20～30%。而且,该合金的μe值能够在更宽的频率范围内保持稳定,拥有更优秀的频率稳定性,从而可以应用到多种磁导率需求的领域,具有广阔的市场应用前景。（6）几种典型合金初步应用表明,在PC电源滤波器中,Fe73.5Cu1Nb2.5Si13.5B9Y0.5合金能实现单级滤波替代二级滤波,顺应了产品小型化需求;Fe73Cu1Nb3Si13.5B9Y0.5合金优秀的高温稳定性,能满足车载空调滤波系统的要求;Fe72.5Cu1Nb3Si13.5B9Gd1合金应用在智能电表测量系统中,能够提升电表的计量精度。
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