Технология получения и свойства сплава finemet

Finemet (файнмет) — семейство нанокристаллических сплавов системы FeCuNbSiB. Эти сплавы обладают уникальным сочетанием великолепных гистерезисных магнитных свойств с высоким значением индукции насыщения, что предопределило их широкое применение в электрои радиопромышленности, электронной технике и приборостроении. Поскольку эти сплавы получают кристаллизацией аморфных лент, изготовленных путем закалки из расплава, то их следует отнести к материалам, определяемых как быстрозакалённые [9].

Характеристики сплавов:

• 1) высокая насыщенность магнитного потока при высокой проницаемости
• 2) низкие потери в сердечнике
• 3) низкий уровень магнитострикции (магнитостриикция (от лат. strictioсжатие, натягивание) — явление, заключающееся в том, что при изменении состояния намагниченности тела его объём и линейные размеры изменяются).

Меньше подвержены механическим воздействиям.

4) Отличные температурные характеристики и незначительные влияния эффектов старения:

Изменение проницаемости малое (менее ± 10%) при температурном диапазоне -50 ° C ~ 150 ° C. В отличие от аморфных металлов на основе Co, эффект старения очень мал.

5) Отличные высокочастотные характеристики:

Высокая проницаемость и низкие потери в сердечнике в широком диапазоне частоты (диапазон, который эквивалентен Co на основе аморфного металла).

6) Гибкость управления магнитными свойствами «BH»:

Три типа B-Н кривой; высокий, средний и низкий коэффициент остаточной намагниченности, соответствующих различным областям применения (рис. 12).

Процесс производства FINEMET основан на методе барабанного литья. Изначально, указанным выше методом, изготавливается аморфная лента толщиной не более 18 мкм, которая подвергается быстрой закалке. Данный метод называется «Single roll method». Полученную аморфную ленту сматывают на тороидальный сердечник. В итоге, сердечники отправляют на термообработку для получения отличных магнитомягких свойств. После термообработки размер зерён составляет до 10 нм [15].

Для получения сплава изначально используется материал в аморфном состоянии. Затем в аморфной фазе зарождаются кластеры меди, которые служат центрами кристаллизации для ОЦК Fe. Кристаллизация продолжается появлением ГЦК Cu и ОЦК Fe (-Si). В финале этого процесса кристаллизации, роста зерен замедляется, остаётся стабилизированная аморфная фаза на границах зерен. Это происходит потому, что температура кристаллизации из оставшейся аморфной фазы повышается, и фаза становится более стабильной через обогащение Nb и В. Используются синергетические эффекты: Cu, что приводит к зарождению ОЦК Fe, и Nb, который подавляет рост зерна и создает единую и очень тонкую нанокристаллическую микроструктуру [18].

Обычно в мягких магнитных материалах, размер зерна которых превышает 1 мкм (например, Пермаллой), при уменьшении размеров зерна увеличивается коэрцитивная сила и снижаются магнитомягкие свойства стали. Полагая, что коэрцитивная сила обратно пропорциональна диаметру зерна. Таким образом, основные усилия по улучшению магнитно-мягких свойств были направлены на то, чтобы сделать размер зерен крупнее и / или сделать магнитный домен меньше в процессе отжига и обработки.

Тем не менее, FINEMET продемонстрировали новое явление: уменьшение размеров зерен, «до уровня нано-метровой», резко улучшает магнитомягкие свойства. В этом наноразмерном диапазоне, коэрцитивная сила прямо пропорциональна диаметрам порядка D2 в D6 (рис. 13). Это абсолютно противоречит обычным представлениям об улучшении магнитомягких свойств [18].

В таблице 3 приведены физические свойства двух типов термообработанных FINEMET материалов. FINEMET имеет высокое сопротивление, как аморфные металлы, и более низкую магнитострикцию. Температура Кюри примерно на 570 ° С выше, чем Fe на основе аморфного металла. FT-3 — это улучшенная версия FT-1.

Рисунок 13 — Соотношение размеров зерна и коэрцитивной силы [18].

Таблица 3 — Сравнение физических характеристик FINEMET материалов [18].

В таблице 4 представлены стандартные магнитные характеристики материалов FINEMET и традиционных материалов.

Из таблицы видно, что свойства материалов FINEMET в совокупности превосходят свойства своих конкурентов. При наименьшей толщине в 18мкм, проигрывая по величине магнитной индукции только аморфным материалам на основе железа и Пермаллою, обходят их по значениям коэрцитивной силы, что объясняет высокий спрос на магнитомягкие сплавы FINEMET.

Таблица 4 — Стандартные магнитные характеристики [18].