一种制备原料全部为低纯度工业合金的Fe基非晶合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种以原料全部为价格低廉的低纯度（<99.9 wt.%，质量百分比）工业合金制备的具有超低成本、优异的软磁性能、优良的耐腐蚀性能和良好的力学性能等优点的Fe基非晶合金及其制备方法。该合金的化学式为FeaAlbTicVdCreMnfCogNihZriNbjMokWlPmBnCoSipSq；式中各元素的含量以原子百分比（at.%）计，具体如下：b为0～5，c为0～2，d为0～5，e为0.005～10，f为0.03～3，g为0～20，h为0～20，i为0～5，j为0～5，k为0～6，l为0～3，m为8～15，n为0～6，o为5.5～12，p为0.2～5，q为0.001～2，余量为Fe，且a+b+c+d+e+f+g+h+i+j+k+l+m+n+o+p+q=100。该合金的非晶形成能力与性能的可调控性高、制备工艺简单。本发明专利技术对显著降低Fe基非晶合金的成本以推动其产业化发展具有重要的意义。

Fe base amorphous alloy for preparing raw material all low purity industrial alloy and preparation method thereof

The invention discloses a raw material for the low price of low purity (< 99.9 wt.%, mass fraction) industrial alloy prepared has advantages of low cost, excellent soft magnetic property, excellent corrosion resistance and good mechanical properties of Fe based amorphous alloy and preparation method thereof. The chemical formula of the alloy is FeaAlbTicVdCreMnfCogNihZriNbjMokWlPmBnCoSipSq; content of each element in the atomic percentage (at.%), as follows: B is 0 ~ 5, C is 0 ~ 2, D is 0 ~ 5, e is 0.005 ~ 10, f is 0.03 ~ 3, 0 ~ 20 g, h 0 I ~ 20, 0 ~ 5, j is 0 ~ 5, K is 0 ~ 6, l is 0 ~ 3, M is 8 ~ 15, n is 0 ~ 6, O is 5.5 ~ 12, P is 0.2 ~ 5, q is 0.001 ~ 2, the rest is Fe, and a+b+c+d+e+f+g+h+i+j+k+l+m+n+o+p+q=100. The amorphous forming ability and properties of the alloy are controllable and the preparation process is simple. The invention has important significance for reducing the cost of Fe base amorphous alloy greatly and promoting its industrialization development.

【技术实现步骤摘要】
一种制备原料全部为低纯度工业合金的Fe基非晶合金及其制备方法
本专利技术涉及一种非晶合金，更特别地说是指一种以原料全部为价格低廉的低纯度（<99.9wt.%）工业合金制备的具有超低成本和高性能（优异的软磁性能、优良的耐腐蚀性能和良好的力学性能）等优点的FeaAlbTicVdCreMnfCogNihZriNbjMokWlPmBnCoSipSq非晶合金及其制备方法。
技术介绍
新材料作为一类性能独特的材料，有关其基础理论和实际应用的研究是包括国家中长期科学和技术发展规划纲要、国家自然科学基金“十三五”发展规划等政策在内的重点支持方向。针对该类材料的基础研究对我国经济和社会的发展具有特别重要的意义。发现于二十世纪六十年代的非晶合金（又称金属玻璃）就是一种最具代表性的新材料，一直受研究者的广泛关注。而在众多非晶合金中，Fe基非晶合金，因具有高的非晶形成能力、优异的软磁性能（高饱和磁化强度、低的矫顽力，高的磁导率以及低的损耗）、优良的耐腐蚀性能、高强度和高硬度等优点，使其作为新型结构功能一体化材料表现出十分重要的研究价值和非常广阔的应用前景。研究表明：以Fe基非晶合金制备的配电变压器其铁损值仅为相应类型的硅钢系列变压器的1/3~1/4，且其设备重量轻、体积小、工作效率高，可作为一种高效节能型配电变压器，进而能降低相应的能源损耗和环境污染，具有良好的经济和社会效益；在高侵蚀性溶液中，Fe基非晶合金的腐蚀速率仅为常规不锈钢的万分之一，以其制备的核废料的运输与储存用涂层材料、舰船与潜艇的易磨损腐蚀零部件涂层材料、隧道挖掘与石油钻探设备的易磨损腐蚀零部件涂层材料，可显著提高基体材料的服役性能与寿命；Fe基非晶合金的断裂强度高达3000MPa、维氏显微硬度高达9GPa、相同硬度下耐磨性是工具钢的10倍以上，其作为刀具材料与普通13Cr钢刀具材料相比耐久性更强。然而，已有的Fe基非晶合金由于制备原料主要为价格昂贵的高纯度（≥99.9wt.%）原料，因而都具有较高的成本，这严重制约了Fe基非晶合金的应用。以B元素为例，高纯度纯B（99.9wt.%）的价格约是低纯度（＜99wt.%）Fe-B合金的50倍，那么在不同B含量的Fe基非晶合金体系中由此可能会使具有相同名义成分的Fe基非晶合金的研制成本相差约一倍或数倍。同时，对于同一种原料其纯度越高相应的价格就越贵。例如，纯度为99.99wt.%的纯B其价格约是纯度为99.9wt.%的纯B的1.5倍，那么由此所产生的Fe基非晶合金的研制成本差别就会更大。而合金全部组元由于原料纯度所导致的总体成本差别将十分显著。此外，申请者前期调研显示：对于容量为4000kVA的配电变压器，如果以Fe-Si-B非晶合金研制，其潜在的成本比以S9型硅钢研制要高30%左右，相应的价格贵约1.5万元，这些高出的成本需要非晶合金变压器至少运行3-5年才能回收，这就降低了由非晶合金变压器高效节能优点所产生的良好经济和社会效益；我国电力以煤炭为要能源，燃煤已成为空气等环境污染的主要原因，需要通过使用由Fe基非晶合金所研制的具有高效节能优点的变压器等方式来解决该问题；在新能源领域，国家拟大力发展的风电、光伏装机容量将快速增长，相应的对于由Fe基非晶合金所研制的用于这些行业的高效节能型变压器的需求量也将增大。而如果能降低Fe基非晶合金的研制成本，那么将有助于推动Fe基非晶合金的相关应用，进而促进该行业的整体发展。因此，迫切需要研制超低成本的新型Fe基非晶合金。另一方面，Fe基非晶合金作为一种具有广阔应用前景的新型材料，其实际服役环境可能是复杂多样的，这就需要其能够兼具有优异的磁性能、优良的耐腐蚀性能和良好的力学性能等优点以使Fe基非晶合金能够更好的满足实际服役要求。综上所述，开展以原料全部为价格低廉的低纯度（＜99.9wt.%）工业合金开发具有超低成本和高性能等优点的FeaAlbTicVdCreMnfCogNihZriNbjMokWlPmBnCoSipSq系非晶合金的研究，对显著降低Fe基非晶合金的研制成本以解决由于高成本问题所导致的应用瓶颈、拓展Fe基非晶合金的潜在应用和丰富Fe基非晶合金的基础理论具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种以原料全部为价格低廉的低纯度（<99.9wt.%）工业合金开发的具有超低成本和高性能（优异的软磁性能、优良的耐腐蚀性能和良好的力学性能）等优点的FeaAlbTicVdCreMnfCogNihZriNbjMokWlPmBnCoSipSq非晶合金及其制备方法。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术的一种Fe基非晶合金，其化学式为FeaAlbTicVdCreMnfCogNihZriNbjMokWlPmBnCoSipSq；式中各元素的含量以原子百分比（at.%）计，具体如下：b为0～5，c为0～2，d为0～5，e为0.005～10，f为0.03～3，g为0～20，h为0～20，i为0～5，j为0～5，k为0～6，l为0～3，m为8～15，n为0～6，o为5.5～12，p为0.2～5，q为0.001～2，余量为Fe，且a+b+c+d+e+f+g+h+i+j+k+l+m+n+o+p+q=100。本专利技术FeaAlbTicVdCreMnfCogNihZriNbjMokWlPmBnCoSipSq非晶合金，优选成分为Fe81.319Mn0.05Cr0.021P10.002C8.104Si0.502S0.002。本专利技术FeaAlbTicVdCreMnfCogNihZriNbjMokWlPmBnCoSipSq非晶合金，优选成分为Fe79.32Mn0.051Cr0.021Al0.002P10.001C8.102B2Si0.501S0.002。本专利技术FeaAlbTicVdCreMnfCogNihZriNbjMokWlPmBnCoSipSq非晶合金，优选成分为Fe72.302Mn0.051Cr7.03Al0.002P10.002C8.1B2Si0.51S0.003。本专利技术制备FeaAlbTicVdCreMnfCogNihZriNbjMokWlPmBnCoSipSq非晶合金的方法，其包括有下列步骤：步骤一：配料按照FeaAlbTicVdCreMnfCogNihZriNbjMokWlPmBnCoSipSq的化学式称取含有式中相应组元的价格低廉的低纯度（<99.9wt.%）工业合金：粗钢、Al-Fe合金（铝铁合金）、Fe-Ti合金（铁钛合金）、V-Fe合金（钒铁合金）、Cr-Fe合金（铬铁合金）、Mn-Fe合金（锰铁合金）、Fe-Co合金（铁钴合金）、Ni-Fe合金（镍铁合金）、Zr-Fe合金（锆铁合金）、Nb-Fe合金（铌铁合金）、Mo-Fe合金（钼铁合金）、W-Fe合金（钨铁合金）、Fe-P合金（铁磷合金）、Fe-B合金（铁硼合金）、Fe-C合金（铁碳合金）和Si-Fe合金（硅铁合金）；所述FeaAlbTicVdCreMnfCogNihZriNbjMokWlPmBnCoSipSq的化学式所用原料的质量百分比纯度均小于99.9%；所述FeaAlbTicVdCreMnfCogNihZriNbjMokWlPmBnCoSipSq中各元素的含量以原子百分比（at.%）计，具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Fe基非晶合金，其化学式为FeaAlbTicVdCreMnfCogNihZriNbjMokWlPmBnCoSipSq；式中各元素的含量以原子百分比（at.%）计，具体如下：b为0～5，c为0～2，d为0～5，e为0.005～10，f为0.03～3，g为0～20，h为0～20，i为0～5，j为0～5，k为0～6，l为0～3，m为8～15，n为0～6，o为5.5～12，p为0.2～5，q为0.001～2，余量为Fe，且a+b+c+d+e+f+g+h+i+j+k+l+m+n+o+p+q=100。

【技术特征摘要】
1.一种Fe基非晶合金，其化学式为FeaAlbTicVdCreMnfCogNihZriNbjMokWlPmBnCoSipSq；式中各元素的含量以原子百分比（at.%）计，具体如下：b为0～5，c为0～2，d为0～5，e为0.005～10，f为0.03～3，g为0～20，h为0～20，i为0～5，j为0～5，k为0～6，l为0～3，m为8～15，n为0～6，o为5.5～12，p为0.2～5，q为0.001～2，余量为Fe，且a+b+c+d+e+f+g+h+i+j+k+l+m+n+o+p+q=100。2.根据权利要求1所述的Fe基非晶合金，其特征在于：所述的FeaAlbTicVdCreMnfCogNihZriNbjMokWlPmBnCoSipSq非晶合金，优选成分为Fe81.319Mn0.05Cr0.021P10.002C8.104Si0.502S0.002。3.根据权利要求1所述的Fe基非晶合金，其特征在于：所述的FeaAlbTicVdCreMnfCogNihZriNbjMokWlPmBnCoSipSq非晶合金，优选成分为Fe79.32Mn0.051Cr0.021Al0.002P10.001C8.102B2Si0.501S0.002。4.根据权利要求1所述的Fe基非晶合金，其特征在于：所述的FeaAlbTicVdCreMnfCogNihZriNbjMokWlPmBnCoSipSq非晶合金，优选成分为Fe72.302Mn0.051Cr7.03Al0.002P10.002C8.1B2Si0.51S0.003。5.一种Fe基非晶合金的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：步骤一：配料按照FeaAlbTicVdCreMnfCogNihZriNbjMokWlPmBnCoSipSq的化学式称取含有式中相应组元的价格低廉的低纯度（<99.9wt.%）工业合金：粗钢、Al-Fe合金（铝铁合金）、Fe-Ti合金（铁钛合金）、V-Fe合金（钒铁合金）、Cr-Fe合金（铬铁合金）、Mn-F...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐涛，坚增运，常芳娥，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61