RU2703319C1 - Magnetically soft nanocrystalline material based on iron - Google Patents
Magnetically soft nanocrystalline material based on iron Download PDFInfo
- Publication number
- RU2703319C1 RU2703319C1 RU2018145590A RU2018145590A RU2703319C1 RU 2703319 C1 RU2703319 C1 RU 2703319C1 RU 2018145590 A RU2018145590 A RU 2018145590A RU 2018145590 A RU2018145590 A RU 2018145590A RU 2703319 C1 RU2703319 C1 RU 2703319C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- iron
- magnetically soft
- coercive force
- carried out
- Prior art date
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 60
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 17
- 239000002707 nanocrystalline material Substances 0.000 title 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 33
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 13
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 9
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 8
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 42
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 42
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 29
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007779 soft material Substances 0.000 abstract 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 21
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 11
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 11
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 11
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 8
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 229910000808 amorphous metal alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 229910001339 C alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 description 1
- 229910001004 magnetic alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
- H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
- H01F1/147—Alloys characterised by their composition
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к аморфным и нанокристаллическим магнитомягким сплавам на основе железа, получаемым в виде тонкой ленты литьем расплава на поверхность охлаждающего тела и его скоростной закалкой, и используемым, в основном, для изготовления из ленты сердечников трансформаторов и дросселей.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to amorphous and nanocrystalline soft magnetic alloys based on iron, obtained in the form of a thin tape by casting the melt on the surface of the cooling body and its high-speed quenching, and used mainly for the manufacture of transformer cores and chokes from the tape.
Аморфные и нанокристаллические металлические материалы на основе железа обладают высоким уровнем физических свойств, необходимых магнитомягким материалам. Низкая коэрцитивная сила, высокая намагниченность насыщения, высокое электрическое сопротивление делают эти сплавы востребованными для электротехнической промышленности в качестве энергоэффективных материалов в сердечниках трансформаторов и дросселей. За последнее время опубликован ряд патентов, защищающих составы и технологии получения магнитомягких материалов на основе железа с аморфной и нанокристаллической структурой, обладающих магнитной индукцией насыщения около 1,5 Тл и более.Amorphous and nanocrystalline iron-based metallic materials have a high level of physical properties required by soft magnetic materials. Low coercive force, high saturation magnetization, high electrical resistance make these alloys in demand for the electrical industry as energy-efficient materials in the cores of transformers and chokes. Recently, a number of patents have been published that protect compositions and technologies for producing soft magnetic materials based on iron with an amorphous and nanocrystalline structure, with a magnetic saturation induction of about 1.5 T or more.
Патентные документы, представленные ниже, являются наиболее близкими по составу к разрабатываемым материалам и содержат более 70 ат. % железа. Патент RU 2434970 C1 (опубл. 27.11.2011) защищает высокоиндукционный аморфный сплав с низкими электромагнитными потерями, полученный разливкой в ленту, содержащий, ат. %: бор 6,0-9,0, кремний 7,5-10,0, углерод 0,5-1,5, фосфор 1,0-2,5, азот 0,1-0,5, серу 0,1-0,5, водород 0,01-0,02, кислород 0,01-0,015, железо - остальное. Совместное введение кислорода, водорода, фосфора и бора снижает критическую скорость закалки и улучшает стеклообразующую способность сплава, увеличивает критическую толщину ленты до 50 мкм.The patent documents presented below are the closest in composition to the materials being developed and contain more than 70 at. % iron. Patent RU 2434970 C1 (publ. 11/27/2011) protects a high-induction amorphous alloy with low electromagnetic losses obtained by casting in a tape containing, at. %: boron 6.0-9.0, silicon 7.5-10.0, carbon 0.5-1.5, phosphorus 1.0-2.5, nitrogen 0.1-0.5,
Недостатком данного материала является относительно низкое значение индукции насыщения по сравнению с предлагаемым материалом, а также наличие малого количества неметаллических добавок - серы, азота, кислорода и водорода, и сложностью контроля их содержания в составе сплава.The disadvantage of this material is the relatively low value of saturation induction compared with the proposed material, as well as the presence of a small amount of non-metallic additives - sulfur, nitrogen, oxygen and hydrogen, and the complexity of controlling their content in the alloy.
Патент CN 101800109 B (заявка опубл. 11.08.2010) раскрывает аморфный сплав на основе железа с высокими магнитомягкими свойствами состава: Fe(100-xyzw)BxSiyCzPw, где х в пределах от 4 до 20, y от 3,5 до 5, z от 1,8 до 2,3, w от 0 до 10, остальное Fe. В документе отмечается желательное соотношение суммы компонентов достигается сплавах Fe79,5B12Si3,5C2P3 или Fe79,5B13Si3,5C2P2 или Fe79,5B11Si3,5C2P4, обладающих магнитной индукцией 1,3-1,64 Т.Patent CN 101800109 B (application publ. 11.08.2010) discloses an amorphous alloy based on iron with high soft magnetic properties of the composition: Fe (100-xyzw) B x Si y C z P w , where x is in the range from 4 to 20, y from 3.5 to 5, z from 1.8 to 2.3, w from 0 to 10, the rest is Fe. The document notes the desired ratio of the sum of the components achieved by Fe 79.5 B 12 Si 3.5 C 2 P 3 or Fe 79.5 B 13 Si 3.5 C 2 P 2 or Fe 79.5 B 11 Si 3.5 C alloys 2 P 4 having a magnetic induction of 1.3-1.64 T.
Патент RU 2483135 C1 (опубл. 27.05.2013) защищает сплав состава Fe(100-X-Y-Z)BXPYCuZ с аморфной фазой в качестве основной фазы, где содержание железа от 79 до 86 ат. %, бора от 4 до 13 ат. %, фосфора от 1 до 10 ат. % и меди от 0,5 до 1,5 ат. %, обладающий магнитной индукцией насыщения 1,6 Тл и коэрцитивной силой 20 А/м.Patent RU 2483135 C1 (publ. 05.27.2013) protects an alloy of the composition Fe (100-XYZ) B X P Y Cu Z with an amorphous phase as the main phase, where the iron content is from 79 to 86 at. %, boron from 4 to 13 at. %, phosphorus from 1 to 10 at. % and copper from 0.5 to 1.5 at. %, possessing a saturation magnetic induction of 1.6 T and a coercive force of 20 A / m.
Недостатком изобретений CN 101800109 В и RU 2483135 C1 является относительно низкие значения индукции насыщения и высокая коэрцитивная сила по сравнению с предлагаемым материалом.The disadvantage of the inventions CN 101800109 B and RU 2483135 C1 is the relatively low values of the induction of saturation and high coercive force compared with the proposed material.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является патент RU 2509821 C2 (опубл. 20.03.2014) раскрывает нанокристаллический сплав на основе железа и способ его получения. Авторы добавляют в состав сплава углерод и лимитируют отношение содержания меди к фосфору, в результате чего FeaBbSicPxCyCuz, где в ат. %: а 79-86, b 5-13, с 0-8, х 1-8, y 0-5, z 0,4-1,4 и z/x 0,08-0,8, и FeaBbSicPxCyCuz, где в ат. %: а 81-86, b 6-10, с 2-8, х 2-5, y 0-4, z 0,4-1,4 и z/x 0,08-0,8. Заявленный способ термической обработки материала, при которой скорость нагрева составляет 100°C в минуту и более до температуры не ниже, чем температура кристаллизации, позволяет получить нанокристаллическую структуру сплава.Closest to the proposed invention is the patent RU 2509821 C2 (publ. 20.03.2014) discloses a nanocrystalline alloy based on iron and a method for its preparation. The authors add carbon to the alloy and limit the ratio of copper to phosphorus, resulting in Fe a B b Si c P x C y Cu z , where in at. %: a 79-86, b 5-13, s 0-8, x 1-8, y 0-5, z 0.4-1.4 and z / x 0.08-0.8, and Fe a B b Si c P x C y Cu z , where at at. %: a 81-86, b 6-10, s 2-8, x 2-5, y 0-4, z 0.4-1.4 and z / x 0.08-0.8. The claimed method of heat treatment of a material at which the heating rate is 100 ° C per minute or more to a temperature not lower than the crystallization temperature, allows to obtain a nanocrystalline alloy structure.
Недостатком данного изобретения является относительно низкие значения индукции насыщения и магнитной проницаемости, а также высокая коэрцитивная сила по сравнению с предлагаемым материалом.The disadvantage of this invention is the relatively low values of the induction of saturation and magnetic permeability, as well as a high coercive force compared with the proposed material.
Техническим результатом данного изобретения является получение высокого значения намагниченности насыщения 1,8 Тл при сохранении низкого значения коэрцитивной силы в диапазоне 2-15 А/м за счет заданного химического состава магнитомягкого материала на основе железа.The technical result of this invention is to obtain a high saturation magnetization value of 1.8 T while maintaining a low coercive force in the range of 2-15 A / m due to the given chemical composition of the soft magnetic material based on iron.
Указанные в предлагаемом изобретении содержания химических элементов в сплавах и режимы термической обработки обеспечивают оптимальные сочетания магнитных свойств.The contents of chemical elements in the alloys indicated in the invention and the heat treatment regimes provide optimal combinations of magnetic properties.
Технический результат достигается следующим образом: магнитомягкий материал на основе железа, содержащий бор, фосфор, кремний, отличающийся совместным легированием молибденом и медью, при следующем соотношении компонентов, ат. %:The technical result is achieved as follows: soft magnetic material based on iron, containing boron, phosphorus, silicon, characterized by the combined alloying with molybdenum and copper, in the following ratio of components, at. %:
Fe - 84-85;Fe 84-85;
В - 7-9;B - 7-9;
Р - 3-5;P - 3-5;
Si - 1-2;Si is 1-2;
Mo - 1-2;Mo is 1-2;
Cu - 0,5-1,Cu - 0.5-1,
при этом магнитомягкий материал имеет нанокристаллическую структуру с размером зерна 10-20 нм, намагниченность насыщения 1,8 Тл и более, коэрцитивную силу в диапазоне 2-15 А/м.in this case, the soft magnetic material has a nanocrystalline structure with a grain size of 10–20 nm, a saturation magnetization of 1.8 T or more, and a coercive force in the range of 2–15 A / m.
Описание чертежей.Description of the drawings.
На фиг. 1 - Рентгенограмма образца металлической ленты из сплава Fe84B8P3,5Si1,5Mo2Cu1;In FIG. 1 - X-ray diffraction pattern of a sample of a metal strip from an alloy of Fe 84 B 8 P 3,5 Si 1,5 Mo 2 Cu 1 ;
На фиг. 2 - Петля гистерезиса сплава Fe84B8P3,5Si1,5Mo2Cu1;In FIG. 2 - Hysteresis loop of the alloy Fe 84 B 8 P 3,5 Si 1,5 Mo 2 Cu 1 ;
На фиг. 3 - Микроструктура образца сплава Fe84B8P3,5Si1,5Mo2Cu1 после термической обработки;In FIG. 3 - Microstructure of an alloy sample Fe 84 B 8 P 3,5 Si 1,5 Mo 2 Cu 1 after heat treatment;
На фиг. 4 - Петля гистерезиса сплава Fe84B8P3,5Si1,5Mo2Cu1 после термической обработки;In FIG. 4 - Hysteresis loop of the alloy Fe 84 B 8 P 3,5 Si 1,5 Mo 2 Cu 1 after heat treatment;
На фиг. 5 - График изменения магнитной проницаемости сплава Fe84B8P3,5Si1,5Mo2Cu1 после термообработки;In FIG. 5 - Graph of changes in the magnetic permeability of the alloy Fe 84 B 8 P 3,5 Si 1,5 Mo 2 Cu 1 after heat treatment;
На фиг. 6 - Рентгенограмма образца металлической ленты из сплава Fe85B8P3,5Si1,5Mo1Cu1;In FIG. 6 - X-ray diffraction pattern of a sample of a metal strip of alloy Fe 85 B 8 P 3,5 Si 1,5 Mo 1 Cu 1 ;
На фиг. 7 - Рентгенограмма образца металлической ленты из сплава Fe85B8P3,5Si1,5Mo1Cu1 после термической обработки;In FIG. 7 - X-ray diffraction pattern of a sample of a metal strip of alloy Fe 85 B 8 P 3,5 Si 1,5 Mo 1 Cu 1 after heat treatment;
На фиг. 8 - Петля гистерезиса сплава Fe85B8P3,5Si1,5Mo1Cu1 после термической обработки;In FIG. 8 - Hysteresis loop of the alloy Fe 85 B 8 P 3,5 Si 1,5 Mo 1 Cu 1 after heat treatment;
На фиг. 9 - Рентгенограмма образца металлической ленты из сплава Fe84B8P3,75Si1,75Mo2Cu0,5;In FIG. 9 - X-ray diffraction pattern of a sample of a metal strip from an alloy of Fe 84 B 8 P 3.75 Si 1.75 Mo 2 Cu 0.5 ;
На фиг. 10 - Рентгенограмма образца металлической ленты из сплава Fe84B8P3,75Si1,75Mo2Cu0,5 после термической обработки;In FIG. 10 - X-ray diffraction pattern of a sample of a metal strip from an alloy of Fe 84 B 8 P 3.75 Si 1.75 Mo 2 Cu 0.5 after heat treatment;
На фиг. 11 - Петля гистерезиса сплава Fe84B8P3,75Si1,75Mo2Cu0,5 после термической обработки.In FIG. 11 - Hysteresis loop of the alloy Fe 84 B 8 P 3.75 Si 1.75 Mo 2 Cu 0.5 after heat treatment.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Составы сплавов для осуществления изобретения описываются следующей формулой (в ат. %): FeaBbPcSidMoeCuf, где а от 84 до 85, b от 7 до 9, с от 3 до 5, d от 1 до 2, е от 1 до 2, f от 0,5 до 1. В данном материале, на основе проведенных исследований получено, что элемент - железо, Fe, является основным элементом, обеспечивающим ферромагнитным свойства материала, его содержание 84-85 ат. % обусловлено получением высокого значения индукции насыщения предлагаемого материала, элементы неметаллы - бор В, фосфор Р, кремний Si, в указанных количествах обеспечивают высокую аморфизуемость сплавов для получения материалов с исходной аморфной структурой - матрицей, в которой благодаря наличию легирующих элементов - меди Cu от 0,5 до 1 ат. %, и молибдена Мо от 1 до 2 ат. %, в процессе термической обработки будет формироваться нанокристаллы размером 10-20 нм.The compositions of the alloys for carrying out the invention are described by the following formula (in at.%): Fe a B b P c Si d Mo e Cu f , where a from 84 to 85, b from 7 to 9, c from 3 to 5, d from 1 up to 2, e from 1 to 2, f from 0.5 to 1. In this material, based on the studies, it was found that the element - iron, Fe, is the main element providing the ferromagnetic properties of the material, its content is 84-85 at. % is due to obtaining a high saturation induction value of the proposed material, non-metal elements — boron B, phosphorus P, silicon Si — in the indicated amounts provide high amorphizability of alloys to obtain materials with the initial amorphous structure — a matrix in which, due to the presence of alloying elements — copper Cu from 0 , 5 to 1 at. %, and molybdenum Mo from 1 to 2 at. %, in the process of heat treatment nanocrystals with a size of 10-20 nm will be formed.
Для решения поставленной задачи предлагается следующая технология: чистые (99,9% чистоты) металлы и металлические лигатуры Fe - 3 мас. % В и Fe - 8,8 мас. % Р сплавляются в вакуумной электродуговой печи на медном водоохлаждаемом поде. Элементы бор В и фосфор Р вводятся в виде лигатур для обеспечения их полного вхождения в состав сплава, путем минимизации их испарения по сравнению с использованием их виде чистых порошков или кускового материала. Плавление проводят в атмосфере аргона, последовательно переплавляют все шихтовые материалы, переворачивая полученные слитки и проводя повторный переплав (таким образом, после четырех переплавов получают однородные по химическому составу слитки). Выплавленные слитки идут на переплав с целью получения образцов в виде металлической ленты. Переплав полученных в электродуговой печи слитков осуществляют в машине для спиннингования с индукционным нагревателем. Навеску располагают в кварцевой ампуле с отверстием менее 1 мм на конце. После расплавления в кварцевую ампулу подается аргон и расплав впрыскивается на вращающий со скоростью 40 м/с медный диск. На основе проведенных исследований получено, что термическая обработка материала при нагреве в вакууме под давлением 10-3 Па, для предотвращения окисления материала, со скоростью 60-100°/мин в интервале (530-560)°C, выдержке в течение 5-10 минут и охлаждении со скоростью 60-100°/мин, обеспечивает формирование нанокристаллической структуры с зернами твердого раствора на основе железа. Исследование структуры полученных и термообработанных материалов проводят с использованием рентгеноструктурного анализа, а также методом просвечивающей электронной микроскопии. Оценку магнитных свойств сплавов, намагниченности насыщения Ms, проводят на вибрационном магнитометре в максимальном магнитном поле 800 кА/м, коэрцитивной силы Hc - на пермеаметре на тороидальных образцах в режиме постоянного тока и максимальном намагничивающем поле 800 А/м, магнитной проницаемости в поле соленоида напряженностью 5 А/м в диапазоне частот от 1 кГц до 10 МГц.To solve this problem, the following technology is proposed: pure (99.9% purity) metals and metal alloys Fe - 3 wt. % B and Fe - 8.8 wt. % P is fused in a vacuum electric arc furnace on a copper water-cooled hearth. The elements of boron B and phosphorus P are introduced in the form of ligatures to ensure their complete inclusion in the alloy, by minimizing their evaporation compared to using them as pure powders or lump material. Melting is carried out in an argon atmosphere, all charge materials are subsequently remelted, turning the resulting ingots and re-melting (thus, after four remelts, the ingots are uniform in chemical composition). Smelted ingots go to remelting in order to obtain samples in the form of a metal tape. The ingots obtained in an electric arc furnace are remelted in a spinning machine with an induction heater. A portion is placed in a quartz ampoule with an opening of less than 1 mm at the end. After melting, argon is fed into the quartz ampoule and the melt is injected onto a copper disk rotating at a speed of 40 m / s. Based on the studies, it was found that the heat treatment of the material when heated in vacuum at a pressure of 10 -3 Pa, to prevent oxidation of the material, at a speed of 60-100 ° / min in the range (530-560) ° C, exposure for 5-10 minutes and cooling at a speed of 60-100 ° / min, provides the formation of a nanocrystalline structure with grains of a solid solution based on iron. A study of the structure of the obtained and heat-treated materials is carried out using x-ray diffraction analysis, as well as by transmission electron microscopy. The magnetic properties of the alloys, saturation magnetization Ms are estimated on a vibration magnetometer in a maximum magnetic field of 800 kA / m, coercive force Hc on a permeameter on toroidal samples in constant current mode and a maximum magnetizing field of 800 A / m, magnetic permeability in a solenoid field of intensity 5 A / m in the frequency range from 1 kHz to 10 MHz.
Пример 1Example 1
Сплав №1 был получен следующим образом:Alloy No. 1 was obtained as follows:
Состав сплава (ат. %):Alloy composition (at.%):
- Fe 84;- Fe 84;
- В 8;- AT 8;
- Р 3,5;- P 3.5;
- Si 1,5;- Si 1.5;
- Mo 2;- Mo 2;
- Cu 1.- Cu 1.
Для приготовления сплава использовались шихтовые материалы чистых металлов (99,99 масс % чистоты). Плавление шихтовых материалов проводили в атмосфере аргона в дуговой печи при напряжении 200 В. Последовательно переплавляли все шихтовые материалы, переворачивали полученные слитки и проводили повторный переплав, после четырех переплавов получили однородные по химическому составу слитки.For the preparation of the alloy used charge materials of pure metals (99.99 wt% purity). The charge materials were melted in an argon atmosphere in an arc furnace at a voltage of 200 V. All charge materials were subsequently remelted, the ingots obtained were inverted and re-melted, and after four re-melts the ingots were homogeneous in chemical composition.
Образцы металлических лент получали в результате быстрого охлаждения на вращающемся медном диске. Переплав полученных в электродуговой печи слитков осуществлялся в машине для спиннингования с индукционным нагревателем. Навеску располагали в кварцевой ампуле с отверстием менее 1 мм на конце. После этого ампулу закрепляли в держателе. После достижения высокого вакуума осуществляется расплавление, после расплавления в кварцевую ампулу подается аргон и расплав впрыскивается на вращающий медный диск со скоростью 40 м/с. Термическую обработку образцов данного материала проводили в инертной атмосфере (в вакууме под давлением 10-3 Па), нагрев осуществляли со скоростью 60°/мин до 530°C, при выдержке в течение 5 минут и последующем охлаждении со скоростью 100°/мин.Samples of metal tapes were obtained as a result of rapid cooling on a rotating copper disk. The ingots obtained in an electric arc furnace were remelted in a spinning machine with an induction heater. A portion was placed in a quartz ampoule with an opening of less than 1 mm at the end. After this, the ampoule was fixed in the holder. After reaching a high vacuum, melting is carried out, after melting, argon is fed into the quartz ampoule and the melt is injected onto a rotating copper disk at a speed of 40 m / s. Heat treatment of samples of this material was carried out in an inert atmosphere (in vacuum at a pressure of 10 -3 Pa), heating was carried out at a speed of 60 ° / min to 530 ° C, with exposure for 5 minutes and subsequent cooling at a speed of 100 ° / min.
Исследование исходной структуры полученных металлических лент проводили с использованием рентгеноструктурного анализа (фиг. 1). Оценку магнитных свойств сплавов: намагниченности насыщения Ms полученных лент проводили на вибрационном магнитометре в максимальном магнитном поле 800 кА/м (фиг. 2); коэрцитивной силы Hc полученных лент проводили на пермеаметре на тороидальных образцах в режиме постоянного тока и максимальном намагничивающем поле 800 А/м. Также методом просвечивающей электронной микроскопии провели анализ структуры образцов после термической обработки (фиг. 3), рассматриваемый сплав обладает нанокристаллической структурой с размером зерен 10 нм, благодаря чему достигаются низкие значения коэрцитивной силы 2,5 А/м, высокой намагниченности насыщения 1,76 Тл (фиг. 4) и магнитной проницаемости 11600 (фиг. 5).The study of the initial structure of the obtained metal tapes was carried out using x-ray diffraction analysis (Fig. 1). Evaluation of the magnetic properties of the alloys: saturation magnetization Ms of the obtained tapes was carried out on a vibration magnetometer in a maximum magnetic field of 800 kA / m (Fig. 2); The coercive force Hc of the obtained tapes was carried out on a permeameter on toroidal samples in a constant current mode and with a maximum magnetizing field of 800 A / m. Also, transmission electron microscopy performed an analysis of the structure of the samples after heat treatment (Fig. 3), the alloy under consideration has a nanocrystalline structure with a grain size of 10 nm, due to which low coercive forces of 2.5 A / m and a high saturation magnetization of 1.76 T are achieved. (Fig. 4) and magnetic permeability 11600 (Fig. 5).
Пример 2Example 2
Сплав №2 был получен следующим образом:Alloy No. 2 was obtained as follows:
Состав сплава (ат. %):Alloy composition (at.%):
- Fe 85;- Fe 85;
- В 8;- AT 8;
- Р 3,5;- P 3.5;
- Si 1,5;- Si 1.5;
- Mo 1;- Mo 1;
- Cu 1.- Cu 1.
Для приготовления сплава использовались шихтовые материалы чистых металлов (99,99 масс % чистоты). Плавление шихтовых материалов проводили в атмосфере аргона в дуговой печи при напряжении 200 В. Последовательно переплавляли все шихтовые материалы, переворачивали полученные слитки и проводили повторный переплав (таким образом, после четырех переплавов получили однородные по химическому составу слитки).For the preparation of the alloy used charge materials of pure metals (99.99 wt% purity). The charge materials were melted in an argon atmosphere in an arc furnace at a voltage of 200 V. All charge materials were subsequently remelted, the ingots obtained were inverted and re-melted (thus, after four re-melts, the ingots were homogeneous in chemical composition).
Образцы металлических лент получали в результате быстрого охлаждения на вращающемся медном диске. Переплав полученных в электродуговой печи слитков осуществлялся в машине для спиннингования с индукционным нагревателем. Навеску располагали в кварцевой ампуле с отверстием менее 1 мм на конце. После этого ампулу закрепляли в держателе. После достижения высокого вакуума осуществляется расплавление, после расплавления в кварцевую ампулу подается аргон и расплав впрыскивается на вращающий медный диск со скоростью 40 м/с.Samples of metal tapes were obtained as a result of rapid cooling on a rotating copper disk. The ingots obtained in an electric arc furnace were remelted in a spinning machine with an induction heater. A portion was placed in a quartz ampoule with an opening of less than 1 mm at the end. After this, the ampoule was fixed in the holder. After reaching a high vacuum, melting is carried out, after melting, argon is fed into the quartz ampoule and the melt is injected onto a rotating copper disk at a speed of 40 m / s.
Исследование исходной структуры полученных металлических лент проводили с использованием рентгеноструктурного анализа показало, что сплав обладает аморфной структурой (фиг. 6). Оценку магнитных свойств сплавов: намагниченности насыщения Ms полученных лент проводили на вибрационном магнитометре в максимальном магнитном поле 800 кА/м; коэрцитивной силы Hc полученных лент проводили на пермеаметре на тороидальных образцах в режиме постоянного тока и максимальном намагничивающем поле 800 А/м. Термическую обработку образцов данного материала проводили в инертной атмосфере, в вакууме под давлением 10-3 Па, нагрев осуществляли со скоростью 60°/мин до 530°C, при выдержке в течение 5 минут и последующем охлаждении со скоростью 100°/мин. Методом рентгеновской дифрактометрии провели анализ структуры образцов после термической обработки (фиг. 7), рассматриваемый сплав обладает нанокристаллической структурой с размером зерен 20 нм, сплав обладает коэрцитивной силы 13 А/м и намагниченностью насыщения 1,80 Тл (фиг. 8).The study of the initial structure of the obtained metal tapes was carried out using x-ray diffraction analysis showed that the alloy has an amorphous structure (Fig. 6). Evaluation of the magnetic properties of the alloys: saturation magnetization Ms of the obtained tapes was carried out on a vibration magnetometer in a maximum magnetic field of 800 kA / m; The coercive force Hc of the obtained tapes was carried out on a permeameter on toroidal samples in a constant current mode and with a maximum magnetizing field of 800 A / m. Heat treatment of samples of this material was carried out in an inert atmosphere, in vacuum under a pressure of 10 -3 Pa, heating was carried out at a speed of 60 ° / min to 530 ° C, with holding for 5 minutes and subsequent cooling at a speed of 100 ° / min. An analysis of the structure of the samples after heat treatment was performed using X-ray diffractometry (Fig. 7), the alloy in question has a nanocrystalline structure with a grain size of 20 nm, the alloy has a coercive force of 13 A / m and a saturation magnetization of 1.80 T (Fig. 8).
Пример 3Example 3
Сплав №3 был получен следующим образом:Alloy No. 3 was obtained as follows:
Состав сплава (ат. %):Alloy composition (at.%):
- Fe 84;- Fe 84;
- В 8;- AT 8;
- P 3,75;- P 3.75;
- Si 1,75;- Si 1.75;
- Mo 2;- Mo 2;
- Cu 1.- Cu 1.
Для приготовления сплава использовались шихтовые материалы чистых металлов (99,99 масс % чистоты). Плавление шихтовых материалов проводили в атмосфере аргона в дуговой печи при напряжении 200 В. Последовательно переплавляли все шихтовые материалы, переворачивали полученные слитки и проводили повторный переплав (таким образом, после четырех переплавов получили однородные по химическому составу слитки).For the preparation of the alloy used charge materials of pure metals (99.99 wt% purity). The charge materials were melted in an argon atmosphere in an arc furnace at a voltage of 200 V. All charge materials were subsequently remelted, the ingots obtained were inverted and re-melted (thus, after four re-melts, the ingots were homogeneous in chemical composition).
Образцы металлических лент получали в результате быстрого охлаждения на вращающемся медном диске. Переплав полученных в электродуговой печи слитков осуществлялся в машине для спиннингования с индукционным нагревателем. Навеску располагали в кварцевой ампуле с отверстием менее 1 мм на конце. После этого ампулу закрепляли в держателе. После достижения высокого вакуума осуществляется расплавление, после расплавления в кварцевую ампулу подается аргон и расплав впрыскивается на вращающий медный диск со скоростью 40 м/с.Samples of metal tapes were obtained as a result of rapid cooling on a rotating copper disk. The ingots obtained in an electric arc furnace were remelted in a spinning machine with an induction heater. A portion was placed in a quartz ampoule with an opening of less than 1 mm at the end. After this, the ampoule was fixed in the holder. After reaching a high vacuum, melting is carried out, after melting, argon is fed into the quartz ampoule and the melt is injected onto a rotating copper disk at a speed of 40 m / s.
Исследование исходной структуры полученных металлических лент проводили с использованием рентгеноструктурного анализа (фиг. 9). Оценку магнитных свойств сплавов: намагниченности насыщения Ms полученных лент проводили на вибрационном магнитометре в максимальном магнитном поле 800 кА/м; коэрцитивной силы Hc полученных лент проводили на пермеаметре на тороидальных образцах в режиме постоянного тока и максимальном намагничивающем поле 800 А/м. Термическую обработку образцов данного материала проводили в инертной атмосфере (в вакууме под давлением 10-3 Па), нагрев осуществляли со скоростью 60°/мин до 560°C, при выдержке в течение 5 минут и последующем охлаждении со скоростью 100°/мин. Методом рентгеновской дифрактометрии провели анализ структуры образцов после термической обработки (фиг. 10), рассматриваемый сплав обладает нанокристаллической структурой с размером зерен 13 нм, сплав обладает коэрцитивной силы 13 А/м и менее и намагниченностью насыщения 1,80 Тл (фиг. 11).The study of the initial structure of the obtained metal tapes was carried out using x-ray diffraction analysis (Fig. 9). Evaluation of the magnetic properties of the alloys: saturation magnetization Ms of the obtained tapes was carried out on a vibration magnetometer in a maximum magnetic field of 800 kA / m; The coercive force Hc of the obtained tapes was carried out on a permeameter on toroidal samples in a constant current mode and with a maximum magnetizing field of 800 A / m. Heat treatment of samples of this material was carried out in an inert atmosphere (in vacuum at a pressure of 10 -3 Pa), heating was carried out at a speed of 60 ° / min to 560 ° C, with exposure for 5 minutes and subsequent cooling at a speed of 100 ° / min. An analysis of the structure of the samples after heat treatment was carried out by X-ray diffractometry (Fig. 10), the alloy in question has a nanocrystalline structure with a grain size of 13 nm, the alloy has a coercive force of 13 A / m or less and a saturation magnetization of 1.80 T (Fig. 11).
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018145590A RU2703319C1 (en) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Magnetically soft nanocrystalline material based on iron |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018145590A RU2703319C1 (en) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Magnetically soft nanocrystalline material based on iron |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2703319C1 true RU2703319C1 (en) | 2019-10-16 |
Family
ID=68280065
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018145590A RU2703319C1 (en) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Magnetically soft nanocrystalline material based on iron |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2703319C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2070941C1 (en) * | 1992-06-26 | 1996-12-27 | Информационный сервис-центр "НИКОС" | Amorphous magnetically soft alloy |
EP2117018A1 (en) * | 2007-01-23 | 2009-11-11 | National University Corporation Tohoku University | Composite magnetic body, its manufacturing method, circuit substrate using the same, and electronic device using the same |
US8298352B2 (en) * | 2007-07-24 | 2012-10-30 | Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg | Method for the production of magnet cores, magnet core and inductive component with a magnet core |
RU2509821C2 (en) * | 2008-08-22 | 2014-03-20 | Акихиро МАКИНО | ALLOY COMPOSITION, Fe-BASED NANOCRYSTALLINE ALLOY AND METHOD OF ITS MAKING AND MAGNETIC ASSY |
EP3366790A1 (en) * | 2017-02-27 | 2018-08-29 | TDK Corporation | Soft magnetic alloy and magnetic device |
-
2018
- 2018-12-21 RU RU2018145590A patent/RU2703319C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2070941C1 (en) * | 1992-06-26 | 1996-12-27 | Информационный сервис-центр "НИКОС" | Amorphous magnetically soft alloy |
EP2117018A1 (en) * | 2007-01-23 | 2009-11-11 | National University Corporation Tohoku University | Composite magnetic body, its manufacturing method, circuit substrate using the same, and electronic device using the same |
US8298352B2 (en) * | 2007-07-24 | 2012-10-30 | Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg | Method for the production of magnet cores, magnet core and inductive component with a magnet core |
RU2509821C2 (en) * | 2008-08-22 | 2014-03-20 | Акихиро МАКИНО | ALLOY COMPOSITION, Fe-BASED NANOCRYSTALLINE ALLOY AND METHOD OF ITS MAKING AND MAGNETIC ASSY |
EP3366790A1 (en) * | 2017-02-27 | 2018-08-29 | TDK Corporation | Soft magnetic alloy and magnetic device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102377214B1 (en) | Nanocrystalline magnetic alloy and heat treatment method thereof | |
CN110306130B (en) | Fe-Si-B-P-Cu-Nb amorphous nanocrystalline magnetically soft alloy with high iron content and preparation method thereof | |
JP7387008B2 (en) | Iron-based amorphous alloy containing sub-nanoscale ordered clusters, method for preparing the same, and nanocrystalline alloy derivatives using the same | |
WO2007032531A1 (en) | Nanocrystalline magnetic alloy, method for producing same, alloy thin band, and magnetic component | |
CN110387500B (en) | High-magnetic-induction high-frequency iron-based nanocrystalline magnetically soft alloy and preparation method thereof | |
CN106636982B (en) | A kind of Fe-based amorphous alloy and preparation method thereof | |
JP2008231463A (en) | Fe-BASED SOFT MAGNETIC ALLOY, AMORPHOUS ALLOY STRIP, AND MAGNETIC COMPONENT | |
WO2016112011A1 (en) | Magnetic core based on a nanocrystalline magnetic alloy background | |
JP6867744B2 (en) | Method for manufacturing Fe-based nanocrystalline alloy | |
CN108251765A (en) | A kind of high saturation and magnetic intensity Fe-B-Si-P-C-Cu-M amorphous and nanocrystalline soft magnetic alloys | |
WO2007119806A1 (en) | Process for production of iron-base amorphous material | |
US1277523A (en) | Magnetic iron product and method of making same. | |
KR102293540B1 (en) | Ferrous amorphous alloy and manufacturing method thereof | |
CN111748755A (en) | A novel high saturation magnetic induction iron-based soft magnetic amorphous alloy and preparation method thereof | |
KR102241959B1 (en) | Iron based soft magnet and manufacturing method for the same | |
CN107419199B (en) | A kind of tin-containing soft magnetic iron-based nanocrystalline-amorphous alloy and preparation method thereof | |
RU2703319C1 (en) | Magnetically soft nanocrystalline material based on iron | |
Roy et al. | Effect of annealing treatment on soft magnetic properties of Fe–6.5 wt% Si wide ribbons | |
JPS581183B2 (en) | High magnetic permeability amorphous alloy with high magnetic flux density and large squareness ratio | |
Lee et al. | Compositional effect on the magnetic and microstructural properties of Fe-based nano-crystalline alloys | |
CN108950434B (en) | Iron-based amorphous strip with low excitation power and preparation method thereof | |
JP4217038B2 (en) | Soft magnetic alloy | |
RU2794652C1 (en) | MAGNETICALLY SOFT AMORPHOUS MATERIAL BASED ON Fe-Ni IN THE FORM OF A BELT | |
CN107419200B (en) | A kind of manganese-containing soft magnetic iron-based nanocrystalline-amorphous alloy and preparation method thereof | |
US5441578A (en) | Method for producing soft magnetic alloys with very high permeability and alloys resulting therefrom |