一种铁基非晶合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种铁基非晶合金及制备方法。铁基非晶合金的制备原料包括铁基金属材料和添加剂，铁基金属材料包括纯铁、铁磷中间合金和铁硼中间合金；添加剂包括氧化硼和焊剂。焊剂中的SiO2与Fe发生反应，能够向熔体中补充有益合金元素。B2O3覆盖在熔体的表面，以保护熔体，进而减少B、P元素的烧损量。由于B、P元素的烧损量减少，因此熔体中各元素的含量保持平衡，进而提高非晶形成能力和软磁性能。本发明专利技术所制备的铁基非晶合金具有较高的饱和磁感应强度和较强的非晶形成能力，且饱和磁感应强度最高能够达到1.7‑1.75T。

Iron based amorphous alloy and preparation method thereof

The invention provides an iron based amorphous alloy and a preparation method thereof. The preparation of Fe based amorphous alloys includes ferrous metal materials and additives. Iron based metal materials include pure iron, iron phosphorus intermediate alloy and iron boron intermediate alloy. Additives include boron oxide and flux. The SiO2 in the flux reacts with Fe to supplement the beneficial alloy elements into the melt. B2O3 is deposited on the surface of the melt to protect the melt, thus reducing the burning amount of B and P elements. Because the amount of burning loss of B and P elements decreases, the content of the elements in the melt is balanced and the amorphous forming ability and soft magnetic properties are improved. The Fe based amorphous alloy prepared with high saturation magnetic induction strength and strong ability to form amorphous, and the saturation magnetic induction intensity can be up to 1.7 1.75T.

【技术实现步骤摘要】
一种铁基非晶合金及其制备方法
本专利技术涉及非晶合金
，尤其涉及一种铁基非晶合金及其制备方法。
技术介绍
非晶合金是合金在超急冷凝固时合金原子来不及有序排列结晶而得到的长程无序结构的固态合金。非晶合金没有晶态合金的晶粒、晶界存在。非晶合金具有优异的磁性、耐蚀性、耐磨性，较高的电阻率、机电耦合性以及较高的强度、硬度和韧性等，因而具有较广阔的应用前景。铁基非晶合金为众多非晶合金中的一种，具有高饱和磁感应强度，磁导率、激磁电流以及低铁损特性。目前，铁基非晶合金主要为FeSiB非晶合金。FeSiB非晶合金仅利用低成本的废钢、Fe-B、Fe-Si等中间合金通过熔甩工艺制成，因而具有较低的制备成本。FeSiB非晶合金具有高电阻和极低铁损，容易形成低剩磁状态，因而广泛应用于输配电、电子信息、新能源汽车等行业，满足我国节能减排的重大需求。但FeSiB非晶合金与硅钢相比，FeSiB非晶合金的饱和磁感应强度(Bs)较低，其应用受到局限。大量研究结果表明，增加铁基非晶合金中铁元素的含量能够提高铁基非晶合金的饱和磁感应强度。当增加铁基非晶合金中铁元素的含量时，维持非晶形成能力的类金属的含量降低，从而造成非晶合金中α-Fe析出，导致非晶形成能力的下降，最终使得铁基非晶合金不易生产。研究表明，适量添加磷元素能够提高铁基非晶合金的形成能力以及提高铁含量，且不会造成铁基非晶合金的饱和磁感应强度降低。如目前广泛应用的Fe78Si9B13非晶合金的饱和磁感应强度为1.56T，添加磷元素后制备得到的Fe84B8.5Si4.5P3非晶合金的饱和磁感应强度增加到1.7T。另外，Fe-B-P体系的非晶合金非晶形成能力要好于Fe-B-Si体系的非晶合金非晶形成能力。虽然，Fe-B-P体系的非晶合金非晶形成能力好于Fe-B-Si体系，但Fe-B-P体系的非晶合金在制备过程中，磷比硅和硼更容易烧毁，进而使得非晶合金制备原料中铁含量增加，造成非晶合金中α-Fe析出，导致非晶形成能力的下降，最终使得铁基非晶合金不易生产。因此，Fe-B-P体系的非晶合金很少能够应用于工业领域。
技术实现思路
本专利技术提供一种铁基非晶合金及其制备方法，以解决现有Fe-B-P体系的非晶合金在制备时非晶形成能力较低、饱和磁感应强度较低的问题。本专利技术提供一种铁基非晶合金，该铁基非晶合金的制备原料包括铁基金属材料和添加剂。其中，铁基金属材料包括纯度为99.99％的纯铁、铁磷中间合金和铁硼中间合金。添加剂包括氧化硼(B2O3)和焊剂。具体地，纯度为99.99％的纯铁、铁磷中间合金和铁硼中间合金为铁基非晶合金的形成提供基本的元素成分。铁基非晶合金在制备时，纯铁、铁磷中间合金和铁硼中间合金的称取量根据铁基非晶合金中各元素的原子百分含量确定。铁磷中间合金和铁硼中间合金可以采用工业级或分析级别的合金。由于实际购买的铁磷中间合金和铁硼中间合金的纯度不同，因而铁磷中间合金和铁硼中间合金中磷和硼的含量不同。因此，铁基非晶合金在制备时，磷和硼的添加量的计算还需要考虑铁磷中间合金和铁硼中间合金的纯度。在本专利技术提供的铁基非晶合金中，焊剂采用埋弧焊用高锰高硅型碱性焊剂或氟碱型渣系烧结焊剂，如HJ430、HJ431、HJ433、SJ101等。高锰高硅型碱性焊剂或氟碱型渣系烧结焊剂中均含有氧化硅(SiO2)和氧化锰(MnO)两种化学成分。在本专利技术提供的焊剂中，SiO2的质量百分比为20-50％，MnO的质量百分比为20-30％。焊剂中各组分的质量百分比之和为100％。纯铁、铁磷中间合金和铁硼中间合金所组成的铁基金属材料在熔炼时形成熔体。焊剂中的SiO2能够与熔体中的Fe发生反应，进而便于向熔体中补充有益合金元素。SiO2与熔体中Fe的反应为SiO2+2Fe＝2FeO+Si。由于Si元素的增加是通过低成本的SiO2反应生成，因而大大降低铁基非晶合金的生产成本，且制备的铁基非晶合金仍然具有较好的软磁性能和非晶形成能力。若焊剂中SiO2的含量较高，且铁基非晶合金制备过程中添加较多的焊剂，则大量的SiO2与Fe发生反应，导致铁基非晶合金制备过程中的Fe含量降低。若铁基非晶合金制备过程中的Fe含量降低，则铁基非晶合金的饱和磁感应强度降低，不利于工业应用。因此，当焊剂中的SiO2含量较高时，焊剂的添加质量需要较少，即焊剂的添加量与焊剂中SiO2的含量成反比。B2O3为低熔点氧化物，能够覆盖在熔体的表面，进而起到保护熔体的作用。由于B2O3对熔体的保护作用，熔体中的B、P元素不易被烧损，进而减少B、P元素的烧损量。由于B、P元素的烧损量减少，因此能够维持熔体中各元素的含量保持平衡，进而提高非晶形成能力和软磁性能。进一步，本专利技术提供的铁基非晶合金可表示为FeaBbPc，其中，Fe为铁，B为硼，P为磷。在FeaBbPc组成的铁基非晶合金中，a、b、c分别为各组分的原子百分含量，即a为Fe元素的原子百分含量，b为B元素的原子百分含量，c为P元素的原子百分含量。本专利技术提供的铁基非晶合金中的主要元素为Fe、B、P，当然还包括其他微量元素，如Si等。为便于描述，在下述的描述中，FeaBbPc组成的铁基非晶合金简称为FeaBbPc非晶合金。在FeaBbPc非晶合金中，a、b、c分别满足a：75-86，b：4-20，c：4-15，且a、b和c的总和为100。当Fe、B、P元素的原子百分含量分别满足a：75-86，b：4-20，c：4-15时，本专利技术所制备的FeaBbPc非晶合金具有较高的饱和磁感应强度和较强的非晶形成能力。具体地，Fe为磁性元素。在FeaBbPc非晶合金中，为获取较高的饱和磁感应强度，非晶合金中需要一定含量的Fe。若非晶合金中Fe的含量过多，则容易使得非晶合金中的类金属含量降低，从而造成非晶合金中α-Fe析出，导致非晶形成能力的下降。因此，FeaBbPc非晶合金中需要确保Fe的含量。优选地，Fe元素的原子百分含量a为75-86。较为优选地，Fe元素的原子百分含量a为80-85。B为类金属中的一种，其中，类金属又称半金属。B影响非晶合金的非晶形成能力，因而是制备非晶合金必不可少的元素。当FeaBbPc非晶合金中B元素的原子百分含量小于4时，非晶形成能力较低，不易形成非晶合金。当FeaBbPc非晶合金中B元素的原子百分含量过高时，也不易形成非晶合金。因此，在本专利技术中，B元素的原子百分含量b为4-20。较为优选地，B元素的原子百分含量b为8-15。P具有较高的混合热。P的添加有利于提高过冷液相的稳定性，起到非晶形成元素的作用。另外，P的最外层p轨道的轨道电子较多，当P含量增加时，会促使更多的3d轨道充满，进而导致饱和磁感应强度降低。因此，FeaBbPc非晶合金中，P也需要保有一定的含量。在本专利技术中，P元素的原子百分含量c为4-15。较为优选地，P元素的原子百分含量c为4-8。本专利技术还提供了铁基非晶合金的制备方法，该制备方法包括：将焊剂放置于200-250℃的温度下烘干1h，同时将B2O3放置于100-150℃的温度下烘干1h，以去除焊剂和氧化硼表面的水分。按照铁基非晶合金中各原料的原子百分含量称取铁基金属材料。其中，铁基非晶合金为FeaBbPc非晶合金。铁基金属材料包括纯度为99.99％的纯铁、铁磷中间合金和铁硼中间合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁基非晶合金，其特征在于，所述铁基非晶合金的制备原料包括铁基金属材料和添加剂，所述铁基金属材料包括纯度为99.99％的纯铁、铁磷中间合金和铁硼中间合金；所述添加剂包括氧化硼和焊剂。

【技术特征摘要】
1.一种铁基非晶合金，其特征在于，所述铁基非晶合金的制备原料包括铁基金属材料和添加剂，所述铁基金属材料包括纯度为99.99％的纯铁、铁磷中间合金和铁硼中间合金；所述添加剂包括氧化硼和焊剂。2.根据权利要求1所述的铁基非晶合金，其特征在于，所述铁基金属材料与所述添加剂的质量比为1：(3-6)。3.根据权利要求1所述的铁基非晶合金，其特征在于，所述焊剂和所述氧化硼的质量之比为1：(1-2)。4.根据权利要求1所述的铁基非晶合金，其特征在于，所述焊剂为高锰高硅型碱性焊剂或氟碱型渣系烧结焊剂，所述高锰高硅型碱性焊剂或所述氟碱型渣系烧结焊剂均包括氧化硅和氧化锰。5.根据权利要求4所述的铁基非晶合金，其特征在于，所述氧化硅的质量百分比为20-50％；所述氧化锰的质量百分比为20-30％。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的铁基非晶合金，其特征在于，所述铁基非晶合金的组成为FeaBbPc，其中，a、b、c分别为各组...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪莲，王丽，邵鹏程，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37