一种高温氧化法在铁基非晶带材表面制备四氧化三铁涂层的方法

摘要

一种高温氧化法在铁基非晶带材表面制备四氧化三铁涂层的方法，其制备工艺步骤如下：（1）原材料；（2）制备步骤：步骤1：以NaOH、Na

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备四氧化三铁涂层的方法，尤其涉及一种高温氧化法在铁基非晶带材表面制备四氧化三铁涂层的方法。

背景技术

随着能源的日趋紧张以及全球环境的恶化，低碳节能已成为全球最为关注的话题之一。在电力电子系统中，对绿色节能环保的软磁材料研究成为热点。目前正在开发的铁基非晶合金带材（Fe₇₈Si₉B₁₃）、铁基非晶纳米晶合金带材（Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉）因其低损耗、高磁导率、高饱和磁感应强度（Bs）而成为电力系统应用中最有前景的软磁合金材料，其中以铁基合金成分为Fe₇₈Si₉B₁₃、Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉成为主流，但这种材料的自由表面活性不高，高频特性比较低，且其主要成分是铁，在潮湿的环境中易于生锈而对其外观和性能造成影响。因而要开发出表面活性高、饱和磁感应强度高、抵抗环境能力强的非晶、纳米晶合金，进一步提高其使用性能及空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种高温氧化法在铁基非晶带材表面制备四氧化三铁涂层的方法，经氧化后铁基非晶带材表面形成了一层以四氧化三铁为主的薄膜，其抵抗环境的能力强，非晶带材之间接触电阻增大。

本发明是这样实现的，制备工艺步骤如下：（1）、原材料：铁基非晶合金带材，带材宽度0.5~220mm，厚度20~50μm；（2）、制备步骤：步骤1：以NaOH、Na₂CO₃、Na₃PO₄·12H₂O、Na₂SiO₃为溶质，去离子水为溶剂，按体积（70~100）：（30~50）：（20~30）：（5~10）的比例，配置除油溶液，并将溶液加热至80~90℃；步骤2：将铁基非晶带材放入步骤1所配置的除油溶液中，在其浸泡10~30min进行脱脂除油；步骤3：将步骤2所得铁基非晶带材浸泡在温度为80-95℃的水浴中进行超声波处理10-15min，超声波功率1kw,频率40kHz；步骤4：将步骤3所得的铁基非晶带材用蒸馏水进行清洗，而后用质量分数5%的HF对带材的表面进行粗化，用蒸馏水清洗表面多余的酸液，晾干；步骤5：以NaOH、NaNO₂为溶质，去离子水为溶剂，按体积（500~700）：（150~200）的比例，配置氧化溶液，并将其加热至130~150℃；步骤6：将步骤4所得的铁基非晶带材完全浸没在步骤5所制得的氧化溶液中，氧化时间为5~120min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

铁基非晶合金带材是Fe₇₈Si₉B₁₃或Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉。

本发明的优点是：（1）经氧化后铁基非晶带材表面形成了一层以四氧化三铁为主的薄膜，其抵抗环境的能力强，不易生锈；（2）氧化后铁基非晶带材的综合软磁性能更优异；（3）制备工艺简单，成本低。

附图说明

图1 Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉退火态原带材和表面高温氧化带材的XRD图谱。

图2 氧化后Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉非晶纳米晶带材的SEM图。

具体实施方式

实施例1：

Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉铁基非晶纳米晶带材0.5~5mm宽，20~30μm厚，经80~90℃的除油溶液除油后，将其浸没在135℃的氧化溶液中进行氧化处理15min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

实施例2：

Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉铁基非晶纳米晶带材5~10mm宽，20~30μm厚，经80~90℃的除油溶液除油后，将其浸没在135℃的氧化溶液中进行氧化处理15min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

实施例3：

Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉铁基非晶纳米晶带材10~50mm宽，20~30μm厚，经80~90℃的除油溶液除油后，将其浸没在135℃的氧化溶液中进行氧化处理15min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

实施例4：

Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉铁基非晶纳米晶带材50~100mm宽，20~30μm厚，经80~90℃的除油溶液除油后，将其浸没在135℃的氧化溶液中进行氧化处理15min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

实施例5：

Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉铁基非晶纳米晶带材100~150mm宽，20~30μm厚，经80~90℃的除油溶液除油后，将其浸没在135℃的氧化溶液中进行氧化处理15min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

实施例6：

Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉铁基非晶纳米晶带材150~200mm宽，20~30μm厚，经80~90℃的除油溶液除油后，将其浸没在135℃的氧化溶液中进行氧化处理15min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

实施例7：

Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉铁基非晶纳米晶带材200~220mm宽，20~30μm厚，经80~90℃的除油溶液除油后，将其浸没在135℃的氧化溶液中进行氧化处理15min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

实施例8：

Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉铁基非晶纳米晶带材5~10mm宽，30~40μm厚，经80~90℃的除油溶液除油后，将其浸没在135℃的氧化溶液中进行氧化处理15min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

实施例9：

Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉铁基非晶纳米晶带材150~200mm宽，40~50μm厚，经80~90℃的除油溶液除油后，将其浸没在135℃的氧化溶液中进行氧化处理15min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

实施例10：

Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉铁基非晶纳米晶带材5~10mm宽，20~30μm厚，经80~90℃的除油溶液除油后，将其浸没在130℃的氧化溶液中进行氧化处理15min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

实施例11：

Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉铁基非晶纳米晶带材5~10mm宽，20~30μm厚，经80~90℃的除油溶液除油后，将其浸没在140℃的氧化溶液中进行氧化处理15min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

实施例12：

Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉铁基非晶纳米晶带材5~10mm宽，20~30μm厚，经80~90℃的除油溶液除油后，将其浸没在145℃的氧化溶液中进行氧化处理15min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

实施例13：

Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉铁基非晶纳米晶带材5~10mm宽，20~30μm厚，经80~90℃的除油溶液除油后，将其浸没在150℃的氧化溶液中进行氧化处理15min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

实施例14：

Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉铁基非晶纳米晶带材5~10mm宽，20~30μm厚，经80~90℃的除油溶液除油后，将其浸没在135℃的氧化溶液中进行氧化处理5min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

实施例15：

Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉铁基非晶纳米晶带材5~10mm宽，20~30μm厚，经80~90℃的除油溶液除油后，将其浸没在135℃的氧化溶液中进行氧化处理30min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

实施例16：

Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉铁基非晶纳米晶带材5~10mm宽，20~30μm厚，经80~90℃的除油溶液除油后，将其浸没在135℃的氧化溶液中进行氧化处理60min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

实施例17：

Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉铁基非晶纳米晶带材5~10mm宽，20~30μm厚，经80~90℃的除油溶液除油后，将其浸没在135℃的氧化溶液中进行氧化处理90min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

实施例18：

Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉铁基非晶纳米晶带材5~10mm宽，20~30μm厚，经80~90℃的除油溶液除油后，将其浸没在135℃的氧化溶液中进行氧化处理120min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

实施例19：

Fe₇₈Si₉B₁₃铁基非晶带材5~10mm宽，20~30μm厚，经80~90℃的除油溶液除油后，将其浸没在135℃的氧化溶液中进行氧化处理15min，在带材表面得到一层以Fe₃O₄为主，厚度约1-2μm的薄膜。

对处理后的铁基非晶、铁基非晶纳米晶带材通过XRD，SEM对其进行物相和微观结构分析，用MATS-2010SD软磁直流测试仪测试其软磁性能。结果如下：

（1）Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉带材物相分析

图1为Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉退火态原带材和表面高温氧化带材的XRD图谱。从图可知，Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉退火态带材的衍射曲线在2                                               为44.8°、65.1°和82.3°附近出现明显的尖锐峰，这说明带材内存在明显的晶化相，主要为Fe（Im-3m）相。当退火态带材进行高温氧化后，带材表面生成Fe₃O₄ 相，并有Fe₂O₃相存在_，其主要原因是生成的Fe₃O₄在潮湿的环境中容易与空气氧化所致。

（2）高温氧化后带材的SEM观察

由图2可以看出，经高温氧化后带材表面形成了厚度约为1-2μm的薄膜，由于非晶带材浸泡在碱液中，表面活性大的区域氧化反应比较强烈，导致氧化后带材表面薄膜的凹凸不平。

（3）氧化对带材软磁性能的影响

表1 磁滞回线主要相关数据

从表1可以得出，经高温氧化后带材的综合软磁性能有所提高。