技术领域
背景技术
[0002] 铁基纳米晶软磁材料因具有高的饱和磁化强度和高的初始磁导率而成为目前研究得最为热
门的软磁材料之一。纳米晶软磁材料的显微组织由铁基非晶基体和分布于非晶基体中的纳米
磁性颗粒组成。目前，研究最多的铁基纳米晶软磁材料包 括Finemet(Fe-Si-B-Nb-Cu) 合 金、Nanoperm(Fe-Zr-B-Cu) 合 金 和 Hitperm((Fe, Co)-Zr-B-Cu)
合金，在这些合金中，分布于非晶基体中的纳米磁性颗粒分别为α-Fe(Si)、α-Fe和α-Fe(Co)颗粒。提高饱和磁化强度和
电阻率是改善铁基纳米晶材料软磁性能最有效的方法。
[0003] α"-Fe16N2因具有高达2.83T的饱和磁化强度而引起广泛关注。α"-Fe16N2的制备过程包括氮化、
马氏体
相变和有序化转变3个步骤，氮化是α-Fe在氮化气氛中渗氮和均匀化的过程，其目的是得到满足α"-Fe16N2成分要求的合金。马氏体相变是满足α"-Fe16N2成分要求的合金快淬得到α'-Fe8N马氏体的过程。有序化转变是α'-Fe8N马氏体在适当
温度时效得到α"-Fe16N2的过程。通过控制α-Fe氮化、马氏体相变和有序化转变过程制备出含α"-Fe16N2的
薄膜和
块体材料以提高材料的软磁性能已经得到了广泛的关注。
[0004] α"-Fe16N2高的饱和磁化强度和因其间隙相的
晶体结构所产生的高的电阻率使α"-Fe16N2在铁基纳米晶软磁条带中具广泛的应用前景。
发明内容
[0005] 本发明提供一种α"-Fe16N2纳米颗粒分布于非晶基体上的Fe-N-B纳米晶软磁条带，纳米晶Fe-N-B条带是一种磁性能优良的铁基纳米晶软磁材料。本发明还提供了这种纳米晶软磁材料的制备工艺。
[0006] 本发明所述的一种铁氮硼纳米晶软磁材料，具有如下化学分子式：Fe92B8。
[0007] 本发明采用的制备工艺步骤如下：(1) 按Fe92B8合金成分配置母料，采用
真空熔炼的方法制备合金
铸锭，然后在真空快淬炉上制备Fe92B8非晶条带。
[0008] (2) 氮化：将步骤(1)中所制备的Fe92B8非晶条带置于管式气氛炉中进行氮化，氮化是在体积分数为92%的NH3与体积分数为8%的H2的混合气体中进行，氮化温度为580~620℃，氮化时间为30~90min。
[0009] (3) 均匀化
退火：均匀化退火的温度与步骤(2)中的氮化温度一样，时间为30~60min。
[0010] (4) 淬火：采用
水淬的方法将步骤(3)中均匀化退火后的试样冷却到室温。
[0011] (5) 时效处理：将步骤(4)中水淬试样在150~200℃进行时效处理，时间为1~2h。
[0012] 上述工艺制备的纳米晶Fe84.6N7.8B7.4条带，是一种α"-Fe16N2纳米颗粒分布于非晶基体上的纳米晶软磁条带，利用了α"-Fe16N2的高磁矩和电阻率远大于纳米晶软磁材料Nanoperm、Finemet和Hitperm中的纳米颗粒α-Fe、α-Fe (Si)和α-Fe (Co) 的优点，纳米晶Fe84.6N7.8B7.4条带成为一种性能优良的软磁材料，其电阻率、饱和
磁致伸缩率、饱和-6磁化强度、
矫顽力、初始磁导率和弛豫
频率分别为246µΩcm、2.52×10 、2.35T、11.4A/m、
4 4
9.1×10 和4.1×10Hz。
附图说明
[0013] 图1为
实施例2在水淬后(a)和时效处理后(b)的
X射线衍射谱。
[0014] 图2为非晶Fe92B8条带和纳米晶Fe84.6N7.8B7.4条带的磁致伸缩曲线。
具体实施方式
[0015] 本发明将通过以下实施例作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
[0016] 实施例1。
[0017] 称取纯铁粉644g，硼粉11g，采用真空熔炼的方法制备Fe92B8合金铸锭，然后用单辊快淬的方法制备的Fe92B8非晶条带厚20µm，宽10mm，在NH3(体积分数为92%)与H2(体积分数为8%)的混合气体中进行氮化，氮化温度为600℃，氮化时间为30min。然后在600℃下均匀化退火30min。采用水淬的方法将均匀化退火后的试样冷却到室温。随后，在150℃对水淬试样进行时效处理，时间为120min。得到的纳米晶条带的间隙相组成为α-Fe+α"-Fe16N2。
[0018] 实施例2。
[0019] 称取纯铁粉644g，硼粉11g，采用真空熔炼的方法制备Fe92B8合金铸锭，然后采用单辊快淬的方法制备的Fe92B8非晶条带厚20µm，宽10mm，在NH3(体积分数为92%)与H2(体积分数为8%)的混合气体中进行氮化，氮化温度为600℃，氮化时间为45min。然后在600℃下均匀化退火30min。采用水淬的方法将均匀化退火后的试样冷却到室温。随后，在150℃对水淬试样进行时效处理，时间为120min。试样在水淬后和时效处理后的X射线衍射谱分别见附图1(a)和(b)。得到的纳米晶Fe84.6N7.8B7.4条带的间隙相组成为α"-Fe16N2，晶粒尺寸为18nm，其磁致伸缩曲线见附图2，该纳米晶条带的电阻率、饱和磁致伸缩率、饱和磁化强度、-6 4
矫顽力、初始磁导率和弛豫频率分别为246µΩ cm、2.52×10 、2.35T、11.4A/m、9.1×10 和
4
4.1×10Hz。
[0020] 实施例3。
[0021] 称取纯铁粉644g，硼粉11g，采用真空熔炼的方法制备Fe92B8合金铸锭，然后采用单辊快淬的方法制备的Fe92B8非晶条带厚20µm，宽10mm，在NH3(体积分数为92%)与H2(体积分数为8%)的混合气体中进行氮化，氮化温度为600℃，氮化时间为90min。然后在600℃下均匀化退火30min。采用水淬的方法将均匀化退火后的试样冷却到室温。随后，在150℃对水淬试样进行时效处理，时间为120min。得到的纳米晶条带的间隙相组成为α"-Fe16N2+Fe4N。
[0022] 实施例4。
[0023] 称取纯铁粉644g，硼粉11g，采用真空熔炼的方法制备Fe92B8合金铸锭，然后采用单辊快淬的方法制备的Fe92B8非晶条带厚20µm，宽10mm，在NH3(体积分数为92%)与oH2(体积分数为8%)的混合气体中进行氮化，氮化温度为620C，氮化时间为30min。然后o
在620C下均匀化退火30min。采用水淬的方法将均匀化退火后的试样冷却到室温。随后，o
在150C对水淬试样进行时效处理，时间为120min。得到的纳米晶条带的间隙相组成为α-Fe+α"-Fe16N2。
[0024] 实施例5。
[0025] 称取纯铁粉644g，硼粉11g，采用真空熔炼的方法制备Fe92B8合金铸锭，然后采用单辊快淬的方法制备的Fe92B8非晶条带厚20µm，宽10mm，在NH3(体积分数为92%)与H2(体积分数为8%)的混合气体中进行氮化，氮化温度为620℃，氮化时间为45min。然后在620℃下均匀化退火30min。采用水淬的方法将均匀化退火后的试样冷却到室温。随后，在150℃对水淬试样进行时效处理，时间为120min。得到的纳米晶条带的间隙相组成为α"-Fe16N2，晶粒尺寸为31nm。
[0026] 实施例6。
[0027] 称取纯铁粉644g，硼粉11g，采用真空熔炼的方法制备Fe92B8合金铸锭，然后采用单辊快淬的方法制备的Fe92B8非晶条带厚20µm，宽10mm，在NH3(体积分数为92%)与H2(体积分数为8%)的混合气体中进行氮化，氮化温度为620℃，氮化时间为90min。然后在620℃下均匀化退火30min。采用水淬的方法将均匀化退火后的试样冷却到室温。随后，在150℃对水淬试样进行时效处理，时间为120min。得到的纳米晶条带的间隙相组成为α"-Fe16N2+Fe4N。
[0028] 表1是纳米晶条带的氮化温度、氮化时间、氮含量、相组成和纳米颗粒的晶粒尺寸。
[0029] 表1
