本发明涉及一种铁基纳米晶软磁合金及其制备方法和应用，属于磁性合金材料。
背景技术：
1、标准表电流互感器的精度及量限主要由互感器的铁芯材料性能及励磁电流大小决定。铁芯材料的初始磁导率决定了互感器线圈绕组的励磁电流大小，初始磁导率越高则励磁电流越小，但初始磁导率高的铁芯其饱和磁感应强度相对较低，铁芯饱和磁感应强度较低会导致电流互感器的测量范围变窄，因此初始磁导率和饱和磁感应强度两项参数既相互关联又相互矛盾。铁芯材料的剩余磁感应强度影响互感器的运行稳定性，当运行过程中在铁芯产生剩磁时会导致励磁电流增大，误差特性变差，因此铁芯材料的剩余磁感应强度越小则互感器的运行稳定性越好。
2、铁基纳米晶合金具有磁导率高、矫顽力低、电导率高、损耗低等优异的软磁性能，其在互感器、变压器、开关电源、电机等诸多软磁电子器件中有较好的应用前景。铁基纳米晶合金的制备方法如下：采用冶炼工艺，以铁元素为主，加入由少量的nb、cu、si、b元素所构成的合金，经快速凝固工艺得到非晶态材料，再经过热处理可获得基体上弥散分布有直径为10～20nm的微晶、纳米晶材料，即为铁基纳米晶合金。例如，中国专利文献cn117637282a公开了一种铁基纳米晶软磁合金的制备方法，该专利文献公开的铁基纳米晶软磁合金的制备方法具体包括以下步骤：s1、将准备好的原材料放入真空感应炉均匀熔炼，然后倒入冷却铸盘，形成母合金；s2、将步骤s1中的母合金放入喷带设备的中频感应熔炼炉进行二次均匀熔炼，待母合金完全融化成钢液后加入除渣剂；s3、将步骤s2中的钢液导入中间包，通过喷嘴的狭缝喷至以25m/s高速旋转的铜辊上，形成宽度为33～34mm、厚度为20～24μm的连续非晶带材；s4、将步骤s3中的连续非晶带材进行热处理加工，期间施加横向磁场。
3、中国专利文献cn117888028a公开了一种铁基纳米晶软磁材料，其由以下含量的成分组成：si7.7％，b 2.0％，cu 1.3％，nb 5.6％，fe余量，但是该专利文献未提供该铁基纳米晶软磁材料的相关性能测试结果。
4、中国专利文献cn114914049a公开了一种用于电流互感器中具有稳定性能的超微晶铁芯，该专利文献公开的超微晶铁芯，包括以下重量百分比的化学成分：nb 2.8～3.8％、b 8.2～10.0％、si 11.5～14.0％、cu 0.81～1.5％，余量为fe及不可避免的杂质。中国专利文献cn113990597a公开了一种高初始磁导率非晶纳米晶合金，该专利文献公开的高初始磁导率非晶纳米晶合金由以下重量百分含量的元素组成：si：7％～10％，b：1.5％～2.5％，nb：5.0％～6.0％，cu：1.0～1.5％，不可避免的杂质<0.1％，余量为fe。上述文献公开的铁基纳米晶软磁合金虽然具有较高的饱和磁感应强度或者较高的初始磁导率，但是无法使饱和磁感应强度和磁导率同时满足电流互感器的使用要求。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种铁基纳米晶软磁合金，可以解决目前铁基纳米晶软磁合金的饱和磁感应强度和磁导率无法同时满足电流互感器的使用要求的问题。
2、本发明的第二个目的在于提供一种铁基纳米晶软磁合金的制备方法，可以解决目前制备的铁基纳米晶软磁合金的饱和磁感应强度和磁导率无法同时满足电流互感器的使用要求的问题。
3、本发明的第三个目的在于提供一种铁基纳米晶软磁合金作为磁芯材料的应用，可以解决目前铁基纳米晶软磁合金作为磁芯材料使用时存在饱和磁感应强度和磁导率无法同时满足使用要求的问题。
4、为了实现以上目的，本发明的铁基纳米晶软磁合金所采用的技术方案为：
5、一种铁基纳米晶软磁合金，由以下质量百分比的元素组成：硅6.8～7.2％，硼2.2～2.8％，铜1.2～1.8％，铌5.7～6.3％，铁81.9～84.1％。
6、本发明的铁基纳米晶软磁合金，通过对常规的纳米晶材料进行配方优化设计得到，相较于常规的纳米晶材料，本发明的铁基纳米晶软磁合金的磁导率有了进一步提高。本发明的铁基纳米晶软磁合金制成的磁芯的初始相对磁导率μi约为300000，饱和磁感应强度bs约为1.2t，剩余磁感应强度约为0.28t；磁芯在-40℃～70℃的一般使用环境温度下初始磁导率具有约+0.06％/℃的温度系数。
7、本发明的铁基纳米晶软磁合金的制备方法所采用的技术方案为：
8、一种铁基纳米晶软磁合金的制备方法，包括以下步骤：将非晶态合金材料进行热处理和横磁场处理，得到铁基纳米晶软磁合金；非晶态合金材料由以下质量百分比的元素组成：硅6.8～7.2％，硼2.2～2.8％，铜1.2～1.8％，铌5.7～6.3％，铁81.9～84.1％。
9、本发明的铁基纳米晶软磁合金的制备方法，将非晶态合金材料进行热处理和横磁场处理，可以进一步提高材料的初始磁导率，同时使材料在不同磁场强度下的磁导率变化量小，并且使磁性材料的磁导率随着温度的提高而逐渐升高，以使铁基纳米晶软磁合金用于铁芯时可以抵消一部分因为线圈铜阻随温度的升高而变大的不利影响，使互感器的误差随温度变化的波动减小。本发明制备的铁基纳米晶软磁合金的相对磁导率可达到30万，饱和磁感应强度可达到1.2t。本发明通过调整铁基纳米晶软磁合金的配方以及处理工艺，在不降低材料饱和磁感应强度的同时提高初始磁导率，可降低铁芯的剩余磁感应强度。
10、优选地，非晶态合金材料由包括以下步骤的方法制得：将铁粉和合金原料混合熔化，得到熔体原料，再将熔体原料凝固，得到非晶态合金材料；合金原料由硅元素、硼元素、铜元素和铌元素组成。
11、优选地，热处理的方法如下：将非晶态合金材料升温到475～485℃，保温1.5～2.5h，然后继续升温到558～568℃，保温2h～2.5h，然后冷却至室温。
12、优选地，横磁场处理的温度440～460℃，磁场强度为1000gs～3000gs，横磁场处理的时间为0.5～1h。
13、本发明的铁基纳米晶软磁合金作为磁芯材料的应用所采用的技术方案为：
14、一种如上所述的铁基纳米晶软磁合金作为磁芯材料的应用。
15、本发明的铁基纳米晶软磁合金的相对磁导率可达到30万，饱和磁感应强度可达到1.2t，并且磁导率随着温度的提高而逐渐升高，用于铁芯时可以抵消一部分因为线圈铜阻随温度的升高而变大的不利影响，使互感器的误差随温度变化的波动减小。
1.一种铁基纳米晶软磁合金，其特征在于，由以下质量百分比的元素组成：硅6.8～7.2％，硼2.2～2.8％，铜1.2～1.8％，铌5.7～6.3％，铁81.9～84.1％。
2.一种铁基纳米晶软磁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将非晶态合金材料进行热处理和横磁场处理，得到铁基纳米晶软磁合金；非晶态合金材料由以下质量百分比的元素组成：硅6.8～7.2％，硼2.2～2.8％，铜1.2～1.8％，铌5.7～6.3％，铁81.9～84.1％。
3.如权利要求2所述的铁基纳米晶软磁合金的制备方法，其特征在于，非晶态合金材料由包括以下步骤的方法制得：将铁粉和合金原料混合熔化，得到熔体原料，再将熔体原料凝固，得到非晶态合金材料；合金原料由硅元素、硼元素、铜元素和铌元素组成。
4.如权利要求2或3所述的铁基纳米晶软磁合金的制备方法，其特征在于，热处理的方法如下：将非晶态合金材料升温到475～485℃，保温1.5～2.5h，然后继续升温到558～568℃，保温2h～2.5h，然后冷却至室温。
5.如权利要求2或3所述的铁基纳米晶软磁合金的制备方法，其特征在于，横磁场处理的温度440～460℃，磁场强度为1000gs～3000gs，横磁场处理的时间为0.5～1h。
6.一种如权利要求1所述的铁基纳米晶软磁合金作为磁芯材料的应用。
