一种低成本铁基非晶合金件制备工艺及铁基非晶合金件制造技术

本发明专利技术公开了一种低成本铁基非晶合金件制备工艺，包括步骤一，将原料按照配比进行混合，然后在真空条件或者惰性气氛下熔炼成均匀的母合金锭；步骤二，将母合金锭粉碎作为熔炼原料；步骤三，将熔炼原料加热至高于其熔点100‑200K，使之熔化混合均匀后，在真空条件下或者惰性气氛中利用压铸、吸铸或者浇注的方式进行非晶合金件的铸造，获得所需非金合金件；所述铸造过程中非晶合金件的冷却步骤两次分段冷却过程，提升了铁基非晶合金件内非晶相的占比，降低了铁基非晶合金件制备工艺过程中的真空度要求，从而在铁基非晶合金件性能不发生变化的前提下大幅降低了铁基非晶合金件的制备成本。

A low cost amorphous alloy parts and preparation process of Fe based amorphous alloy parts

The invention discloses a low cost amorphous alloy preparation process comprises the steps of a raw material according to the proportion are mixed, and then in a vacuum or inert atmosphere melting into a uniform ingot; step two, the ingot is crushed as smelting raw material; step three, the smelting raw material heating 100 200K to above its melting point, the melting and mixing evenly, under vacuum or inert atmosphere by suction casting, die casting or casting for casting amorphous alloy parts, to obtain the required non gold alloy; the amorphous alloy parts casting cooling step two step cooling process of non process in the promotion of amorphous phase of Fe based amorphous alloy parts are accounted for, reduce the vacuum of Fe based amorphous alloy prepared in the process of requirements, resulting in the performance of Fe based amorphous alloy do not change Under the premise of substantially reduced Fe based amorphous alloy element preparing cost.

【技术实现步骤摘要】
一种低成本铁基非晶合金件制备工艺及铁基非晶合金件
本专利技术属于新材料制造领域，具体涉及一种低成本铁基非晶合金产品的制备方法，并涉及一种低成本的铁基非晶合金件。
技术介绍
非晶合金材料是近年来发展迅速的新型金属材料之一。非晶合金材料是通过加热熔炼后，以极快的冷却速率对合金熔液进行冷却至非晶相的玻璃化转变温度来完成非晶态合金的形成，从而避免合金内金属晶体的形成及生长，具有金属原子短程有序、长程无序的特殊微观结构。正是由于具有不同于晶态金属的微观结构，使得非晶合金具有良好的物理力学性能以及良好的耐腐蚀性等特性。以锆基非晶合金为例，现有技术中锆基非晶合金的强度可达到不锈钢的2倍以上，耐腐蚀性为普通不锈钢的数十倍乃至数百倍以上，其弹性极限更是可以达到传统晶体金属材料的数倍，这些优良的性能为非晶很近材料在航空航天、医疗器械、机械化工等不同领域取代传统金属材料带来了无限可能性。如在3C电子产品领域，许多体积小、强度硬度要求高的结构件在传统工艺中往往利用不锈钢或者铝合金，一旦将上述材料替代为非晶合金后，不仅结构件强度、硬度得到大幅提升，而且还可以通过缩小零部件体积、尺寸、薄厚来获得与普通晶体金属材料相同的性能、甚至性能更佳的结构件，从而获得更轻薄、结构更复杂的电子产品。铁基非晶合金是所有非晶合金体系中较为特殊的一类，铁基非晶合金中极少包含高成本的合金元素，利用低成本的添加元素如P、B等中间合金通过熔甩工艺制程，是综合性能优异的金属磁性功能材料，广泛应用于输配电、电子信息、新能源汽车等行业。目前，尽管铁基非晶合金的应用较多，但是相对于同领域的材料，如硅钢，还不能完全对其进行取代，究其原因，主要存在以下几个方面的因素：1、现有技术中非晶软磁合金能够达到的较好性能为：饱和磁感应强度Bs为0.8-1.9T，矫顽力Hc＜3A/m；1A/m外场下频率1kHz时，有效磁导率12000≤μe≤35000。制备能够达到上述要求的非晶软磁合金比普通铁基非晶合金需要更高的成本，主要是上述含有优越性能的非晶合金中往往需包含原子百分含量大于10%以上的贵金属，如Co、Mo，同时在非晶合金件制备过程中需严格控制工艺条件。2、非晶合金材料只有在其微观结构中非晶态相占有比重较大时才会在宏观上表现出非晶合金材料的优越性能。要想获得非晶态相占比具有实用性的非晶合金材料，在现有技术中，一方面需要严格控制非晶合金原材料的纯度，往往需要原料纯度大于99%，精细铸造中合金原料纯度往往大于99.5%，另一方面需要开发出适用于不同体系合金的制备工艺方法，需要极深厚的技术积累。为了降低铁基非晶合金件的成本，进一步扩大铁基非晶合金材料的应用领域以及应用范围，许多研究者也提出了不同的技术方案，如申请号为200910250709.6的名为《一种软磁性能高的低成本的铁基非晶合金》的中国专利，提供了一种通过调整铁基非晶合金中各成分含量范围，从而在不影响饱和磁感应强度的情况下尽量降低Fe元素含量，增加非净化元素含量的比例，从而降低铁基非晶合金材料的成本的方法。
技术实现思路
上述技术方案中的方法尽管提供了一种低成本铁基非晶合金的组成，但是从实用性的角度上看，过多的添加非晶相元素会导致最后产出的非晶合金件内非晶相占比降低，而且影响非晶合金的形成能力和力学性能，易导致铁基非晶合金在实际应用过程中，尽管成本降低了，但是实际应用的能力也随之降低。针对上述现有技术中提供方案的不足之处，本专利技术中提供了一种低成本铁基非晶合金件的制备方法，应用本专利技术中提供的方法，不仅可以显著降低铁基非晶合金件的制造成本，而且并不会降低铁基非晶合金的使用性能，同时制备工艺简单易行，适合推广至大规模工业化应用。进一步地，本专利技术中还提供了适于上述方法的低成本铁基非晶合金材料及非晶合金件。本专利技术所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：本专利技术中提供的低成本铁基非晶合金件的制备工艺包括如下步骤：步骤一，将原料按照配比进行混合，然后在真空条件或者惰性气氛下熔炼成均匀的母合金锭；步骤二，将母合金锭粉碎作为熔炼原料；在该步骤中可使用现有技术中的常规破碎方法对其进行机械性的破碎，如使用对辊破碎机等破碎专用器械，将母合金锭粉碎成相对均匀的棒状、条状、锥状或者球粒状、椭圆状适合于进一步铸造加工的原材料，破碎尺寸以及形状根据具体熔炼铸造加工的需求而定；步骤三，将熔炼原料加热至高于其熔点100-200K，使之熔化混合均匀后，在真空条件下或者惰性气氛中利用压铸、吸铸或者浇注的方式进行非晶合金件的铸造，获得所需非金合金件；所述铸造过程中非晶合金件的冷却步骤为：一次冷却：在真空度或者惰性气氛压力为10-2-10Pa条件下，以50-200K/s的冷却速度对铸造模具进行冷却，冷却至非晶合金件温度为300-450℃；二次冷却：取出铸造模具中的成型非晶合金件，在大气气氛下，以104-106K/s的冷却速度将其冷却至室温。现有技术中非晶合金件的制备工艺主要包括两个步骤：母合金制备以及合金产品的制备，所述母合金为合金产品件制备工艺中的原料。母合金的制备过程即将非晶合金原料按照配方混合在一起进行熔炼，熔炼均匀后冷却成铸锭。然后再机械加工母合金锭使其达到非晶合金件制备工艺所要求的尺寸，最后通过非晶合金件制备方法进行合金的铸造成型。本专利技术中技术方案同样是从非晶合金件的两个主要制备步骤入手。母合金锭制备结束且经过机械处理加工成适于非晶合金件制备的原料尺寸后，利用压铸、浇注、吸铸等常用非晶合金件制备工艺进行铸造，使铸型中充满非晶合金熔液，然后通过分段冷却进行非晶合金件的迅速冷却。由非晶合金内非晶相产生的原理可知，非晶态合金是呈液态的金属在冷却过程中形核过程被抑制而均匀连续地凝固成固体而得到的。本专利技术的专利技术人在实践中发现，当铁基非晶合金处于模具铸型中时，其形成非晶相所需的温度降速率无需过快即可快速形成，直至温度降低到特定温度才会引发大量晶态合金的产生，而且由于在铸型中的合金件表面与外部气体几乎没有接触，甚至不用担心表面氧化的问题，故此时可以采用普通的随模冷却系统，如普通水冷系统进行冷却即可，保持其冷却速度在50-200K/s范围内，而一旦铁基非晶合金件温度降至300-450℃，此时非晶合金件已成型，温度降速度过低则会引发形核过程，此时采用较为快速的冷却速度104-106K/s将其冷却至室温。二次冷却步骤中采用的冷却方法为直接水淬或者油淬。采用上述冷却方法，经验证不仅能够保证非晶合金件内非晶态相的占比超过80%，而且不影响非晶合金件的各项性能。由于采用二次冷却的方法已经可以确认最终非晶合金件内部非晶态相的占比，而且由于第二次冷却步骤中采用直接水淬或者油淬，能够有效避免铁基非晶合金件表面发生氧化，所以本专利技术的技术方案中相关参数控制可适量放宽。如本专利技术的技术方案中无需采用过于严密的真空度控制，相比起现有技术中动辄低于10-2Pa的真空度要求，本专利技术步骤一中母合金锭熔炼的真空度或者惰性气氛压力为0.1-100Pa；步骤三中，熔炼过程的真空度或者惰性气氛压力为10-2-10Pa。优选地，使用油淬的方式更佳，能够更快的传导热量提升降温速率，也能够进一步保护铁基非晶合金表面不受氧化。进一步地，步骤一中制备母合金锭的原料为Fe2O3和Fe的间充型磷化物中的一种或者多种，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低成本铁基非晶合金件制备工艺，其特征在于包括如下步骤：步骤一，将原料按照配比进行混合，然后在真空条件或者惰性气氛下熔炼成均匀的母合金锭；步骤二，将母合金锭粉碎作为熔炼原料；步骤三，将熔炼原料加热至高于其熔点100‑200K，使之熔化混合均匀后，在真空条件下或者惰性气氛中利用压铸、吸铸或者浇注的方式进行非晶合金件的铸造，获得所需非金合金件；所述铸造过程中非晶合金件的冷却步骤为：一次冷却：在真空度或者惰性气氛压力为10

【技术特征摘要】
1.一种低成本铁基非晶合金件制备工艺，其特征在于包括如下步骤：步骤一，将原料按照配比进行混合，然后在真空条件或者惰性气氛下熔炼成均匀的母合金锭；步骤二，将母合金锭粉碎作为熔炼原料；步骤三，将熔炼原料加热至高于其熔点100-200K，使之熔化混合均匀后，在真空条件下或者惰性气氛中利用压铸、吸铸或者浇注的方式进行非晶合金件的铸造，获得所需非金合金件；所述铸造过程中非晶合金件的冷却步骤为：一次冷却：在真空度或者惰性气氛压力为10-2-10Pa条件下，以50-200K/s的冷却速度对铸造模具进行冷却，冷却至非晶合金件温度为300-450℃；二次冷却：取出铸造模具中的成型非晶合金件，在大气气氛下，以104-106K/s的冷却速度将其冷却至室温。2.如权利要求1所述低成本铁基非晶合金件制备工艺，其特征在于：步骤一中制备母合金锭的原料为Fe2O3和Fe的间充型磷化物中的一种或者多种，且原料纯度不低于98%。3.如权利要求1所述低成本铁基非晶合金件制备工艺，其特征在于：步骤一中母合金锭熔炼的真空度或者惰性气氛压力为0.1-100Pa；步骤三中，熔炼过程的真空度或者惰性气氛压力为10-2-10Pa。4.如权利要求1所述低成本铁基非晶合金件制备工艺，其特征在于：步骤三中，二次冷却步骤中采用的冷却方式为：利用水淬或者油淬对脱模后的非晶合金件进行冷却。5.如权利要求1所述低成本铁基非晶合金件制备工艺，其特征在于：步骤三中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋佳，
申请(专利权)人：深圳市锆安材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44