本发明专利技术涉及一种具有改进的工艺性能、低成本的铁基纳米晶合金及其制造方法，该合金的组成为（重量百分比）：Ｆｅ８０～８５％，Ｓｉ７～９％，Ｂ１．５～２．５％，Ｃｕ１～２％，Ｍ４～９％，Ｍ’０．００１～０．０１％，其中，Ｍ为Ｍｏ、Ｎｂ的一种或两种，Ｍ’为改进工艺性能元素Ａｌ、Ｔｉ的一种或两种；制备该纳米晶合金的原料为低纯度普通工业原材料，其纯度至少满足下列成分范围之一：纯铁中：铁大于９９％～小于９９．９％，含硼原料中：硼大于１６％～小于９０％，含铌原料中：铌大于５５％～小于９９．９％，含钼原料中：钼大于５０％～小于９９．９％。本发明专利技术由于上述原料的使用，可以降低制造成本，配合控制的加入了改进工艺性能元素Ａｌ和／或Ｔｉ，可以降低钢水中的氧化物夹杂，改善钢水溶液的流动性，从而改善带材的加工性能，得到的带材的表面粗糙度Ｒａ小于２μｍ，且保持相应的磁特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种铁基合金，尤其是，属于金属材料领域。
技术介绍
铁基纳米晶合金已经有十余年的历史。日本特许公开JP62～167852和美国专利4881989公开了一种新型的铁基纳米晶合金，其化学成分满足下列表达式(Fe1-aMa)100-x-y-z-α-β-γCuxSiyBzM′αM″βXγ其中，M是Co和Ni的至少一种，M′是Nb，W，Ta，Zr，Hf，Ti和Mo的至少一种，M″是V，Cr，Mn，Al，铂族元素，Sc，Y，稀土元素，Au，Zn，Sn和Re的至少一种，X是C，Ge，P，Ga，Sb，In，Be，As的至少一种。并且0.1≤a≤0.5，0.1≤x≤3，0.1≤y≤30，0.1≤z≤25，5≤y+z≤30，0.1≤α≤30，β≤10，γ≤10。合金的50％以上为尺寸小于100nm的细小晶粒。上述合金的制造过程一般采用所谓的平面流铸造工艺首先在惰性气体气氛(如氩气)中冶炼所要求成分的母合金熔液，利用快速凝固技术，使母合金熔液通过一个狭长的喷嘴喷射到金属冷却介质上，形成非晶合金带材。将带材卷绕成铁芯，再在保护气氛中对铁芯进行退火处理，就形成了纳米晶和非晶的混合组织。在现有技术中，非晶纳米晶带材的大批量制造过程都在空气环境下进行，由于在带材铸造过程中空气卷入，会在带材与冷却介质的接触面上形成气泡。这个过程如附图1所示。这些气泡的存在使得带材凝固后在贴辊面存在气坑，造成了带材及后续产品的缺陷。首先，在气坑形成后，带材与冷却介质之间形成很大热阻，严重阻碍了传热，不利于带材的快速凝固，甚至导致带材脆化，不利于后续加工。其次，气坑使得带材凹凸不平，表面光洁度降低，粗糙度增大，甚至使得带材出现孔洞，降低了卷绕铁芯时的有效截面积，增大了变压器、电感等元器件的体积。为了减少带材表面气坑，现有技术采用了在钢液喷嘴周围形成低密度的还原性气氛或者在真空中制带的方法。但这都会大幅度增加工艺设备的复杂程度和生产成本。根据现有技术，在铁基纳米晶合金中，经常含有易于氧化的Nb等元素。在生产带材时，为了防止元素的氧化，一般采用高纯度的原材料，例如硼粉、纯铌、纯钼和纯度大于99.9％的工业纯铁等；但这不可避免地提高了生产成本。如果采用普通的工业级原材料，例如，硼铁、铌铁、钼铁等，由于其中含有较多的氧化物夹杂。这些夹杂降低了钢水溶液的流动性，不利于制带，严重时甚至堵塞喷嘴，使制带失败。有时为了防止喷嘴的堵塞，需要提高钢水温度20～50℃，但这样又反过来进一步加剧了钢水的氧化。专利技术目的及
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有改进的工艺性能的低成本铁基纳米晶合金，它采用低纯度普通工业原材料制造，而具有比现有纳米晶合金更好的表面质量，尤其是更小的表面粗糙度；同时它具有更好的工艺性能，在空气环境下易于制造。本专利技术的另一目的是提供了上述新的铁基纳米晶合金的制造方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了如下的技术方案一种具有改进的工艺性能的低成本铁基纳米晶合金，其组成为，(重量百分比)Fe 80～85％，Si 7～9％，B 1.5～2.5％，Cu 1～2％，M 4～9％，M’0.001～0.01％，其中，M为Mo和/或Nb，M’为改进工艺性能元素Al和/或Ti；制备该纳米晶合金的原料为低纯度普通工业原材料，其纯度至少满足下列成分范围之一纯铁中铁 大于99％～小于99.9％，含硼原料中硼 大于16％～小于90％，含铌原料中铌 大于55％～小于99.9％，含钼原料中钼 大于50％～小于99.9％。所述的低纯度普通工业原材料为选自下列原料中的至少一种工业硼铁、工业铌铁、工业钼铁和工业纯铁。该低成本铁基纳米晶合金，由占体积分数50％～80％、尺寸为15～25nm的bcc纳米晶粒和包围上述纳米晶粒的非晶相组成。该低成本铁基纳米晶合金的带材的表面粗糙度Ra小于2μm。一种具有改进的工艺性能的低成本铁基纳米晶合金的制造方法，是将原料纯铁、工业硅、电解铜和含合金元素原料按所需成分配料，经冶炼、制带、退火，得到所需的铁基纳米晶合金，该合金的组成为(重量百分比)Fe 80～85％，Si 7～9％，B 1.5～2.5％，Cu 1～2％，M 4～9％，M’0.001～0.01％，其中，M为Mo、Nb的一种或两种，M’为改进工艺性能元素Al、Ti的一种或两种；所述的纯铁和含合金元素原料为低纯度普通工业原材料，其纯度至少满足下列成分范围之一纯铁中铁 大于99％～小于99.9％， 含硼原料中硼 大于16％～小于90％，含铌原料中铌 大于55％～小于99.9％，含钼原料中钼 大于50％～小于99.9％。在现有技术中，Al、Ti等一般都是非晶材料中的夹杂元素，都要设法去除。例如，在Proc.4thConf.Rapidly Quenched Metals，957(1981)和日本金属学会志第2卷第7号第733页(1988)中分别记载了Al和Ti的添加对非晶合金磁性能的不利影响。然而，本专利技术人在研究铁基纳米晶材料时发现，微量Al、Ti的适当添加对改进合金的制造性能是有益的，而且对合金的性能无不利影响。本专利技术的第一个发现是Al、Ti等的微量加入改变了高温下合金熔液的表面张力，有利于所制造的纳米晶带材表面光洁度的提高。根据现有技术，铁基纳米晶带材的制造在大气环境下进行，制带过程如图1所示。母合金熔液1经过一个狭长的喷嘴缝隙2喷射到高速运动的冷却介质3上，形成熔潭4，并实现快速凝固，形成厚度为0.02～0.04毫米的带材5。由于冷却介质的高速运动，其表面附着的空气也会高速运动，形成附面层6。该附面层撞击母合金熔液时，会改变熔潭的形状，空气裹入熔液与冷却介质之间的界面，形成气泡7。这样，在冷却后的带材贴辊面存在与气泡对应的凹坑。这些气坑的存在造成了带材及后续产品的缺陷。首先，在气坑形成后，带材与冷却介质之间形成很大热阻，严重阻碍了传热，不利于带材的快速凝固，甚至导致带材脆化，不利于后续加工。其次，气坑使得带材凹凸不平，表面粗糙度增大，甚至使得带材出现孔洞，降低了卷绕铁芯时的有效截面积，增大了变压器、电感等元器件的体积。因此，在制造过程中总是希望裹入的气泡越少越好。对熔潭特性的研究表明，适当增加熔潭与空气接触面的表面张力有利于提高熔潭稳定性，可以减少气泡的裹入。根据现有技术，铁基纳米晶合金在制带过程中熔潭的温度约为1250～1350℃，其表面张力一般在1.2～1.4N/m范围内。本专利技术人发现，在现有的铁基纳米晶合金中加入微量的Al、Ti可以将熔潭的表面张力增大10～15％，如图2所示。这使得熔潭更加稳定和更好地抵抗空气附面层的冲击，抑制气泡裹入和带材贴辊面气坑的形成，改善带材表面质量。图3为本专利技术和现有技术制造的带材表面气坑对比。本专利技术人还发现，铁基纳米晶材料FeCoCuNbSiB中微量Al、Ti的加入可以净化钢液，提高钢液的流动性，非常有利于制带。由于铁基纳米晶合金带材大批量的生产都采用纯度较低的原材料，其中含有较高的氧化物杂质。这些杂质在钢液中会降低流动性，使得钢液粘滞，不利于制带，严重时会堵塞喷嘴，使制带失败。有时为了避免喷嘴的堵塞，必须将钢液温度提高数十度。但这又反过来进一步加剧了钢液的氧化。本专利技术人发现，微量Al、Ti的加入还起到了脱氧剂的作用，将钢本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有改进的工艺性能的低成本铁基纳米晶合金，其特征在于：其组成为，（重量百分比）：Ｆｅ８０～８５％，Ｓｉ７～９％，Ｂ１．５～２．５％，Ｃｕ１～２％，Ｍ４～９％，Ｍ’０．００１～０．０１％，其中，Ｍ为Ｍｏ和／或Ｎｂ，Ｍ’为改进工艺性能元素Ａｌ和／或Ｔｉ；制备该纳米晶合金的原料为低纯度普通工业原材料，其纯度至少满足下列成分范围之一： 纯铁中：铁大于９９％～小于９９．９％，含硼原料中：硼大于１６％～小于９０％， 含铌原料中：铌大于５５％～小于９９． ９％，含钼原料中：钼大于５０％～小于９９．９％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈文智，王立军，叶清，丁力栋，刘国栋，
申请(专利权)人：安泰科技股份有限公司，钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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