FeCo基纳米晶软磁合金高温及高频特性的研究

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随着信息技术和电子产品数字化的发展,对软磁材料的性能提出了新的要求,如高频化、小型化和低损耗等。其中Fe73.5Cu1Nb3Si13.58B9纳米晶软磁合金以其极高的磁导率、高的饱和磁感应强度和低的矫顽力引起了广泛的研究兴趣,但是其较高的高频损耗及较低的工作温区限制了它的使用范围。本文在Fe基纳米晶合金的基础上添加了Co元素制成Fe-Co-Cu-Nb-Si-B系列合金,并研究了该系列合金高温及高频特性。1、通过研究不同合金元素含量及退火工艺与Fe-Co-Cu-Nb-Si-B合金微结构的关系发现,合金元素含量的变化及退火工艺对FeCo基软磁合金的微结构有明显的作用。随着Cu及Co元素含量的增大,非晶合金初始晶化温度均呈下降趋势,此外,Cu可以降低Cu簇化温度,而Co却抑制了Cu簇团的产生。过高或过低的簇化温度均会恶化软磁性能。通过X射线衍射实验对退火后的FeCo基合金相结构进行分析发现,合金在初始晶化温度以上退火析出α-FeCo软磁相,随着退火温度温度的升高,开始出现有序的(FeCo)3Si,当退火温度高于硬磁相晶化温度时,出现硼化物,此时,合金软磁性能恶化。2、研究了Fe-Co-Cu-Nb-Si-B系列合金环状试样在室温条件下的高频磁性能。研究发现合金元素含量的变化及退火工艺对FeCo基软磁合金的高频磁特性有明显的作用。对于Fe39.4-xCo40CuxNb2.6Si9B9(x=0.5,1.0,1.5)系列合金,当x=1.0时,合金可以获得最高的复数磁导率,其磁谱曲线为驰豫型。对于(Fe100-xCox)78.4Cu1Nb2.6Si9B9(x=0,35,50,65,100)系列非晶合金,随着Co含量的增加,合金的品质因数及截止使用频率均有所提升,但其复数磁导率有所降低,这与Co元素对簇化的抑制作用有关。FeCo基非晶合金在初始晶化温度以上退火,合金的复数磁导率先上升达到最高值后下降,这种变化趋势受晶粒尺寸、晶化体积分数及硬磁相的产生等因素影响。品质因数、损耗因子及截止使用频率随着退火温度的升高而提高。这说明可以通过改变退火工艺来扩展合金的使用频率范围。3、研究了(Fe100-xCox)78.4Cu1Nb2.6Si9B9(x=0,35,50,65,100)系列合金的高温磁性能。研究发现,Co元素的加入明显改善了该系合金的高温特性。当x=0时,非晶合金的居里点仅为350℃,加入Co元素后,非晶合金在约400℃范围内磁化强度仍能保持平滑。当Fe∶Co=65∶35时,在64kA/m磁场下,非晶合金磁矩最大,为55.5emu/g。随着Co元素加入量增多,非晶合金磁矩随温度的变化减小,体现出更好的高温特性。晶化作用也可改善合金的高温磁性能。这主要是因为高饱和磁矩的α-FeCo晶粒相的析出。
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