铁基非晶纳米晶带材的制备及其表面处理

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Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶带材具有优异的软磁性能,在开关电源等领域得到广泛的应用,但Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶带材封装过程中环氧树脂严重的不浸润问题,限制了其应用的范围。本文首先较系统地研究了Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9母合金真空熔炼工艺和自重式两包制单辊喷带法制备Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶带材工艺;其次,研究了非晶带材晶化热处理工艺,测试分析了晶化后的纳米晶带材软磁性能;最后,着重研究了Fe735Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶带材表面处理工艺,分别通过化学镀镍、表面磷化和氧化处理法预先在带材表面生成一层过渡膜,作为带材基体与环氧树脂的过渡层,成功解决了环氧树脂严重的不浸润问题。研究表明,采用自重式两包制单辊喷带法可以制备宽度1mm~60mm、厚度22~35μm、密度7.18~7.25g/cm3、电阻率130μΩ·cm~140μΩ·cm、居里温度530℃~570℃的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶带材,其最佳生产工艺要求喷带铜辊表面光洁、母合金二次熔炼温度1380℃~1450℃、喷嘴狭缝的长度和宽度分别为1mm~60mm和0.7~1.1mm、铜辊的转速为25~30m/s;非晶带材经过最佳纳米晶化热处理(550℃×120min)后,软磁性能初始磁导率、最大饱和磁感应强度、矫顽力可分别达到112,000、1.21T和0.76A/m。纳米晶带材表面经化学镀镍和表面磷化处理后,分别可形成银白色的Ni-P非晶态镀膜和褐色的磷化膜,这两种膜与非晶带材的界面结合力弱;采用表面氧化法对Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶带材进行处理,可获得均匀、界面结合力强的黑色Fe3O4与棕红色Fe2O3相间的氧化膜。与未表面处理的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶带材相比,经表面氧化处理的纳米晶带材的初始磁导率、Bs分别提高了14.6%和4.3%,矫顽力Hc降低了21.6%。本文在Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶带材表面成功地获得了一层均匀、界面结合力强的氧化膜,该层氧化膜即能提供纳米晶带材的软磁性能,又能为纳米晶带材基体与环氧树脂间提供了过渡层,从而有效地解决了环氧树脂封装过程的不浸润问题。
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