Fe-M-Si-Cu-B非晶磁性材料的结构与性能的研究

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Finemet(Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9)非晶纳米晶材料由于具有优异的软磁性能,而被广泛地应用于电流互感器、逆变电源等领域。然而,在实际生产中,由于合金的快淬过程一般是在大气气氛中进行的,因此薄带的自由面往往发生一定程度的氧化;除生产条件的制约外,设备的稳定性波动等因素,都将使带材产生许多缺陷。薄带氧化和缺陷的产生将严重影响合金的性能。此外,该合金由于高熔点高成本的Nb元素存在,使该类合金的成本较高。针对以上问题,本文以Finemet合金作为研究对象,利用X射线衍射仪、软磁性能测试仪、扫描电子显微镜、振动样品磁强计等仪器,研究了薄带缺陷产生的原理和预防办法;通过在重熔液中掺杂不同含量的非晶薄带,研究了非晶薄带添加量对快淬薄带性能的影响;同时采用低成本V元素取代Nb元素,并对其退火工艺、微结构和磁性能进行了研究。结果表明,由于磁晶各向异性的存在,Finemet合金非晶快淬薄带的软磁性能较差,且具有较高的铁损值。而退火后薄带的磁性能发生了显著的变化,在550℃退火时,合金获得最佳软磁性能,其Bs=1.186 T、μi=137 k、Hc=0.58 A/m和P0.5/20k=24.39W/kg。Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金非晶薄带添加量对以25 m/s速度快淬的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9+N%Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9(N=0,10,20 25,30,35)薄带有影响。随着非晶薄带添加量的增加,快淬薄带中的短程有序结构增加,且热稳定性降低,促进了晶态相比例的增大。退火态Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9+N%Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9薄带均由α-Fe3Si相和非晶相构成。在550℃下退火1小时,Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9+25%Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9薄带获得最佳的软磁性能,Bs=1.32 T,Hc=0.42 A/m,μi=162 k,P0.5/20k=19.36 W/kg。V元素的添加会降低Fe73.5Cu1.5Nb3-xVxSi13.5B8.5(x=0,1,2,3)薄带的非晶稳定性,有助于纳米晶相的析出,并且能够改善薄带的脆性,但其抗氧化能力弱于添加Nb的。经不同温度退火1 h的Fe73.5Cu1.5Nb3-x-x VxSi13.5B8.5合金快淬薄带,磁性能发生了明显改变,其中Fe73.5Cu1.5Nb2V1Si13.5B8.5的样品在540℃退火时软磁性能最佳,Bs=1.35 T,Hc=0.57 A/m,μi=168 k,P0.5/20k=25.2 W/kg。
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