FINEMET型铁基非晶纳米晶薄带及粉芯制备研究

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Finemet型(Fe-Cu-M-Si-B)薄带因具有良好的综合软磁性能而受到各界的青睐。然而,制备原料的变化对薄带性能会产生影响;成分中Nb的价格昂贵,使得产品成本较高;在薄带的热处理工艺中,薄带结构及性能波动较大;提高Finemet型磁粉芯密度的工艺尚不成熟。针对以上问题,本文首先讨论了铌铁原料的变化对Fe73Si15Nb3B8Cu1薄带综合性能的影响;另外,采用V部分替代Nb,并联动调整Si与B的含量,设计成分为Fe73Si15.5Nb3.5-x.5-x VxB7Cu1(x=1.5,2.4,3.5)的合金,在改善薄带磁性能的同时降低产品成本;加入预退火处理,改善热处理工艺,进而充分发挥Finemet型薄带的性能优势;采用多种粒度的Fe73Si15Nb3B8Cu1粉末制备粉芯,研究了粉末粒度对粉芯性能的影响。结果表明,Nb含量为63.6 wt%的铌铁原料中Nb(Fe)固溶体的含量较Nb含量为66.5wt%的铌铁中明显减少。用Nb含量为63.6 wt%的铌铁作原料制备的Fe73Si15Nb3B8Cu1母合金中α-Fe(Si)相均匀分布,相应快淬薄带的断裂应变λt=7.77×10-2,比用Nb含量为66.5 wt%的铌铁作原料制备的快淬薄带具有更好的韧性,其退火薄带的动态磁性能也要优于后者的。Fe73Si15.5Nb3.5-x.5-x VxB7Cu1(x=1.5,2.4,3.5)合金非晶形成能力良好,退火薄带中纳米晶粒的平均尺寸在13 nm左右,比原始成分为Fe73Si15Nb3B8Cu1的小。Fe73Si15.5Nb1.1V2.4B7Cu1铁芯样品的矫顽力低至0.49 A/m,交流损耗为P0.5/10k=8.6 W/kg,均优于试验中其它成分的,但是薄带硬度增大,韧性下降。Fe73Si15Nb3B8Cu1快淬薄带随预退火温度从400oC升至480oC,薄带的韧性均逐渐下降,随后的退火薄带的韧性具有相同的规律。经450oC预退火的薄带,其第二晶化温度较快淬薄带的升高10.6oC,第一与第二晶化温度间的差值增至ΔT=156.2oC,对应的退火薄带内部纳米晶粒尺寸在8-15 nm之间,相应铁芯样品的交流损耗为P0.5/10k=8.7W/kg,较直接退火的铁芯下降17.1%。将Fe73Si15Nb3B8Cu1退火薄带破碎成粉末,并按照粉末粒度100-200目:200-325目:>325目=5:3:2的配比制备的粉芯,在50 Hz到1 MHz的频率范围内,其有效磁导率比用单一目数范围的粉末制备的粉芯的要大,其中50 Hz时粉芯的有效磁导率为64.8;在50 Hz到100 kHz的频率范围内,该粉芯的铁损值均比用单一目数范围的粉末制备的粉芯在同一频率下的要小,其中P0.1/1k=1.4 W/kg。
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