电子元器件用铁基纳米晶软磁合金的制备及性能研究

发布时间：2018-10-22 17:42

【摘要】：纳米晶合金是一类新型软磁材料,它由非晶基体及分布在基体上的尺寸为纳米量级的晶粒组成,具有高饱和磁感应强度、低矫顽力和低损耗等优异软磁性能。纳米晶合金优异的软磁性能促进了电子元器件的小型化、轻量化、高频化,在电子器件和高端电磁器件中具有广泛的应用。航空、航天和国防事业的迅速发展要求电子元器件材料能够在高温环境下表现出优异的软磁性能和良好的热稳定性,即可在高温条件下长时间服役。相比于其它体系纳米晶合金,FeCo系纳米晶合金具有高居里温度,高饱和磁感应强度,与晶态高温磁性合金相比,具有饱和磁致伸缩系数小,电阻率高且制备工艺简单等特点。1998年,Willard等人报道的HITPERM型纳米晶合金,典型成分(Fe0.5Co0.5)88Zr7B4Cu1,具有高居里温度和高的饱和磁感应强度,然而该合金的矫顽力和铁损较高,并且较高的Co元素含量增加了合金的原材料成本,诸多因素限制了该合金在生产中的应用。针对上述问题,本文在(Fe0.5Co0.5)88Zr7B4Cu1合金的基础上,通过成分调整及工艺优化,进一步降低合金的矫顽力和铁损,改善合金的软磁性能,制备兼具优异软磁性能、低损耗且成本低廉的纳米晶合金。研究工作主要包括：(1)采用Co元素部分取代Fe元素,研究Co元素含量对(Fe1-xCox)88Zr7B4Cu1纳米晶合金微观结构和软磁性能以及居里温度的影响。研究发现Co元素的添加能明显提高合金非晶相和纳米晶相的居里温度。纳米晶的晶粒尺寸随晶化退火温度的升高呈先增大后减小再增大的趋势。(Fe1-xCox)88Zr7B4Cu1纳米晶合金的饱和磁感应强度随退火温度的升高先增大后趋于稳定,矫顽力变化趋势则与晶粒尺寸相同。适量Co元素的添加可以显著提高纳米晶合金的饱和磁感应强度,当x=0.3时,纳米晶合金的饱和磁化强度可达1.79 T。Co元素的添加使纳米晶合金的矫顽力和铁损有所增大,含量较少时,纳米晶合金在高频下铁损较小,具有明显优势；(2)研究Ni元素部分替代Co元素对(Fe1-xCox-yNiy)88Zr7B4Cu1纳米晶合金微观结构、软磁性能及居里温度的影响。研究表明,Ni元素的添加促进了单相α-(Fe,Co,Ni)的析出,随着Ni元素含量的增大,合金的DSC曲线向低温区移动,非晶相和纳米晶相的居里温度略微下降。Ni元素的添加促进了(Fe1-xCox-yNiy)88Zr7B4Cu1纳米晶粒尺寸的细化,改善了合金的软磁性能。纳米晶合金的矫顽力和铁损随Ni元素含量的增加而减小,高频损耗显著降低。(Fe0.7Co0.2Ni0.1合金经540℃退火1h后表现出优异的综合软磁性能,饱和磁感应强度为1.66 T,矫顽力为19 A/m,当磁感为1 T,频率50 Hz时合金的铁损为0.93 W/kg,磁感为0.2 T,频率100 kHz时的铁损为600 W/kg,与HITPERM合金相比,软磁性能优异,节能效果显著。本文探索制备的Fe基纳米晶合金软磁性能良好,与传统的HITPERM合金相比,具有矫顽力小、高频损耗低的特点,且少量Co元素和Ni元素的添加降低了合金的原材料成本,具有广阔的应用前景。
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【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TG132.271

【参考文献】