一种钇元素掺杂软磁材料的制备方法.pdf

本发明涉及一种钇元素掺杂软磁材料的制备方法，其中该软磁材料使用如下原子配比的合金材料制成：Fe(100-a-b-c-d-e)PaSibZncYdCue，其中：a=3-6，b=2-3，c=10-12，d=1.5-3，e=4-7，该方法包括如下步骤：（1）熔铸母合金，（2）制备磁芯母体，（3）表面处理。本发明制备的软磁材料，采用适当的材料配比，并添加稀土元素Y对材料进行改性，以提高磁通饱和密度、导磁率，并通过表面处理提高了材料的绝缘能力。

权利要求书
1.   一种钇元素掺杂软磁材料的制备方法，其中该软磁材料使用如下原子配比的合金材料制成：Fe(100-a-b-c-d-e)PaSibZncYdCue，其中：a=3-6，b=2-3，c=10-12，d=1.5-3，e=4-7，该方法包括如下步骤：
（1）熔铸母合金
将纯度大于99.9%的原料Fe、P、Si、Zn、Y、Cu，按Fe(100-a-b-c-d-e)PaSibZncYdCue合金成分以原子百分比称量并配料，将称得的目标成分原料放入熔炼炉中，抽真空至10-4Pa以上，充入高纯氩气至炉内气压为1-2×105Pa，利用电磁场和涡流的作用使合金加热并熔化，将合金反复熔炼4-6次以获得成分均匀的Fe(100-a-b-c-d-e)BaSibZncTbdCre母合金熔液，吹氮净化钢液，温度达到1485-1515℃、真空度＜1Pa时起铸，盖好炉盖并密封，送入氮气保护铸坯，得到母合金铸锭；
（2）制备磁芯母体
并将母合金锭熔炼到1150-1200℃，并采用单辊法以40-45m/s的辊速制备出的宽12-15mm、厚度在25-30μm的非晶薄带，将薄带卷绕成预定尺寸的铁芯，在氩气保护下，将铁芯经550-600℃等温退火40-50分钟，得到磁芯母体；
（3）表面处理
首次处理：处理将水：1000份、Na3PO4：100-120份、H3PO4：150-170份、HCl：70-80份、Cs2SO4：50-60份加以混合得到首次处理液，将上述磁芯母体进入所述首次处理液中，超声处理15-20min后，在大气中以250-300℃干燥，得到首次处理后的铁芯；
二次处理：使硅树脂溶解于甲苯中，制作4.5-6％的固形分浓度的树脂溶液，将该树脂溶液均匀涂覆在上述经首次表面处理后的铁芯上，使树脂固形分相对于铁芯的铁含量的0.1-0.12％，用烘炉在大气中以80-95℃加热40-60分钟干燥后，得到产品。

说明书一种钇元素掺杂软磁材料的制备方法
技术领域
 本发明涉一种钇元素掺杂软磁材料的制备方法。
背景技术
铁基纳米晶软磁材料问世以后，由于具有磁导率高、矫顽力低、高频损耗低的特点，加上其优异的热稳定性和高性价比，因此被认为是制作开关电源、脉冲变压器铁芯，互感器、磁放大器、尖峰抑制器、差模电感铁芯和电抗器铁芯的理想材料。 
对在交流磁场内使用的磁芯，要求铁损小和磁通密度高，且绝缘性能好。目前软磁材料中硅钢片具有最高的饱和磁感应强度，可达2.0T，因此广泛应用于电力变压器、互感器等领域。但是，硅钢片的矫顽力和损耗相对较大，因此从节能减排和保护环境的角度，应该开发新一代低损耗高磁性能的软磁材料。铁基非晶、纳米晶软磁合金由于具有较低的损耗被认为是取代硅钢片用于电力变压器的理想材料。
发明内容
本发明提供一种钇元素掺杂软磁材料的制备方法，该方法制备的磁性材料具有磁导率高、磁饱和强度高、绝缘性能好等特点。
为了实现上述目的，本发明提供一种钇元素掺杂软磁材料的制备方法，其中该软磁材料使用如下原子配比的合金材料制成：Fe(100-a-b-c-d-e)PaSibZncYdCue，其中：a=3-6，b=2-3，c=10-12，d=1.5-3，e=4-7，该方法包括如下步骤：
（1）熔铸母合金
将纯度大于99.9%的原料Fe、P、Si、Zn、Y、Cu，按Fe(100-a-b-c-d-e)PaSibZncYdCue合金成分以原子百分比称量并配料，将称得的目标成分原料放入熔炼炉中，抽真空至10-4Pa以上，充入高纯氩气至炉内气压为1-2×105Pa，利用电磁场和涡流的作用使合金加热并熔化，将合金反复熔炼4-6次以获得成分均匀的Fe(100-a-b-c-d-e)BaSibZncTbdCre母合金熔液，吹氮净化钢液，温度达到1485-1515℃、真空度＜1Pa时起铸，盖好炉盖并密封，送入氮气保护铸坯，得到母合金铸锭；
（2）制备磁芯母体
并将母合金锭熔炼到1150-1200℃，并采用单辊法以40-45m/s的辊速制备出的宽12-15mm、厚度在25-30μm的非晶薄带，将薄带卷绕成预定尺寸的铁芯，在氩气保护下，将铁芯经550-600℃等温退火40-50分钟，得到磁芯母体；
（3）表面处理
首次处理：处理将水：1000份、Na3PO4：100-120份、H3PO4：150-170份、HCl：70-80份、Cs2SO4：50-60份加以混合得到首次处理液，将上述磁芯母体进入所述首次处理液中，超声处理15-20min后，在大气中以250-300℃干燥，得到首次处理后的铁芯；
二次处理：使硅树脂溶解于甲苯中，制作4.5-6％的固形分浓度的树脂溶液，将该树脂溶液均匀涂覆在上述经首次表面处理后的铁芯上，使树脂固形分相对于铁芯的铁含量的0.1-0.12％，用烘炉在大气中以80-95℃加热40-60分钟干燥后，得到产品。
本发明制备的软磁材料，采用适当的材料配比，并添加稀土元素Y对材料进行改性，以提高磁通饱和密度、导磁率，并通过表面处理提高了材料的绝缘能力。
具体实施方式
实施例一
本实施例的软磁材料使用如下原子配比的合金材料制成：Fe79.5P3Si2Zn10Y1.5Cu4。
将纯度大于99.9%的原料Fe、P、Si、Zn、Y、Cu，按Fe(100-a-b-c-d-e)PaSibZncYdCue合金成分以原子百分比称量并配料，将称得的目标成分原料放入熔炼炉中，抽真空至10-4Pa以上，充入高纯氩气至炉内气压为1×105Pa，利用电磁场和涡流的作用使合金加热并熔化，将合金反复熔炼4次以获得成分均匀的Fe(100-a-b-c-d-e)BaSibZncTbdCre母合金熔液，吹氮净化钢液，温度达到1485℃、真空度＜1Pa时起铸，盖好炉盖并密封，送入氮气保护铸坯，得到母合金铸锭。
并将母合金锭熔炼到1150℃，并采用单辊法以40m/s的辊速制备出的宽12mm、厚度在25μm的非晶薄带，将薄带卷绕成预定尺寸的铁芯，在氩气保护下，将铁芯经550℃等温退火50分钟，得到磁芯母体。
首次处理：处理将水：1000份、Na3PO4：100份、H3PO4：150份、HCl：70份、Cs2SO4：50份加以混合得到首次处理液，将上述磁芯母体进入所述首次处理液中，超声处理15min后，在大气中以250℃干燥，得到首次处理后的铁芯。
二次处理：使硅树脂溶解于甲苯中，制作4.5％的固形分浓度的树脂溶液，将该树脂溶液均匀涂覆在上述经首次表面处理后的铁芯上，使树脂固形分相对于铁芯的铁含量的0.1％，用烘炉在大气中以80℃加热60分钟干燥后，得到产品。
实施例二
本实施例的软磁材料使用如下原子配比的合金材料制成：Fe69P6Si3Zn12Y3Cu7。
将纯度大于99.9%的原料Fe、P、Si、Zn、Y、Cu，按Fe69P6Si3Zn12Y3Cu7合金成分以原子百分比称量并配料，将称得的目标成分原料放入熔炼炉中，抽真空至10-4Pa以上，充入高纯氩气至炉内气压为2×105Pa，利用电磁场和涡流的作用使合金加热并熔化，将合金反复熔炼6次以获得成分均匀的Fe69P6Si3Zn12Y3Cu7母合金熔液，吹氮净化钢液，温度达到1515℃、真空度＜1Pa时起铸，盖好炉盖并密封，送入氮气保护铸坯，得到母合金铸锭。
并将母合金锭熔炼到1200℃，并采用单辊法以45m/s的辊速制备出的宽15mm、厚度在-30μm的非晶薄带，将薄带卷绕成预定尺寸的铁芯，在氩气保护下，将铁芯经600℃等温退火40分钟，得到磁芯母体。
首次处理：处理将水：1000份、Na3PO4： 120份、H3PO4： 170份、HCl： 80份、Cs2SO4： 60份加以混合得到首次处理液，将上述磁芯母体进入所述首次处理液中，超声处理20min后，在大气中以300℃干燥，得到首次处理后的铁芯。
二次处理：使硅树脂溶解于甲苯中，制作6％的固形分浓度的树脂溶液，将该树脂溶液均匀涂覆在上述经首次表面处理后的铁芯上，使树脂固形分相对于铁芯的铁含量的0.12％，用烘炉在大气中以95℃加热40分钟干燥后，得到产品。
比较例
依据原子式Fe70Cu15Nb8Si3B4成分进行配料，并将母合金锭熔炼到1250℃，并采用单辊法以35m/s的辊速制备出的宽10±0.1mm、厚度在27-29μm的非晶薄带。将薄带卷绕成预定形状的铁芯。在氩气保护下，将铁芯分别经500℃等温退火30分钟得到产品。 
对具有相同形状和大小的实施例1-2及比较例的软磁材料进行磁性能测试以及击穿电压测试。测试结果显示：实施例1-2得到的磁性材料的饱和磁通密度Bs比比较例提高了10-15%以上，导磁率μ提高20%以上，击穿电压提高5倍以上。