一种铁基纳米晶合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种如式FeaBbCucHfd所示的铁基纳米晶合金，其中，a、b、c与d分别表示对应组分的原子百分含量；a＝86～87，b＝12～13，c＝0.4～0.5，d＝0.5～0.6，c+d＝1.0，a+b+c+d＝100。本申请还提供了所述铁基纳米晶合金的制备方法。本申请通过调整铁基纳米晶合金的成分与制备方法，提高了富铁含量的铁基非晶/纳米晶合金的非晶形成能力和饱和磁感应强度。

【技术实现步骤摘要】
一种铁基纳米晶合金及其制备方法
本专利技术涉及铁基合金材料
，尤其涉及一种铁基纳米晶合金及其制备方法。
技术介绍
自然界中的固态物质，宏观上表现为种类繁多、性能各异、用途万千，但是从微观原子排列结构的角度上，主要概括为以下三类：1)晶态结构-具有规则的几何外形，原子排列呈现周期性的重复，以一定的分子、原子或离子作为最小的单元；2)准晶态结构-无平移周期性重复，却有一定的位置顺序；3)非晶态结构-原子呈混乱排列、结构无周期性、不称性。对于材料而言，成分是基础，组织是关键，微观结构的差别决定材料在后续加工和应用上的区别，成分设计与微观结构调控一直是科研工作者最为热衷的研究之一。从热力学稳定性上讲，非晶态结构是一种介于稳定和不稳定状态之间的高能亚稳态组织，当受到外界能量的激发时，能够自发地转变为晶态结构。获得非晶态结构的方法有：快速凝固、固体反应、气相沉积、机械合金化、激光处理和离子注入等。从原子结合的角度讲，非晶态结构主要以金属键结合而成，原子的排列组合上混乱无序，在微观结构上是短程无序，不存在明显的位错、析出物、晶界等缺陷。作为结构材料或涂层材料，非晶态结构的高强度、高硬度、高耐磨性、抗腐蚀性展现了优异的特性，受到了众多仪表仪器、电子器件厂商的青睐，作为功能材料，特别是铁基非晶合金晶化后获得的优异的软磁性能，为电力电子产品的小型化、高效化、节能化、精密化提供了更广阔的磁材选择空间。因此，非晶态合金具备的结构特性和功能特性使得其在众多领域有着巨大的应用价值和社会效应。铁基非晶合金，由于丰富的材料来源、低廉的成本、良好的软磁性能等特点，是非晶合金体系中开发最早、应用最广和最为热捧的一类。铁基非晶合金软磁材料最早是作为配电变压器铁芯、主变铁芯、电抗铁芯替代材料应用的。相比于硅钢片，具有相近的饱和磁感应强度(Bs)、低的矫顽力(Hc)、高的导磁率(μi)以及低的损耗(W)。在工频状态下，空载损耗是硅钢片的五分之一到三分之一，具有良好的经济效益和社会效应。铁基纳米晶合金是在将非晶态的淬态带材经晶化热处理后，在非晶基体上形成纳米尺寸的α-Fe晶粒，以获得更高的导磁率、频率特性和阻抗特性，特别适合在逆变铁芯，滤波铁芯、互感器铁芯、电抗器铁芯领域使用。近些年来，随着新能源汽车、智能家居、人工智能以及交通轨道迅猛发展，对材料提出了新的要求，具有更高饱和磁感应强度的新型富铁非晶/纳米晶材料正在悄然兴起。但是，该体系合金的非晶形成能力受限，制备过程中极易晶化形成极细的纳米颗粒，其尺寸介于形核团簇和X射线探测范围之间。同时，由于这类材料缺少晶粒生长抑制剂，α-Fe晶化过程难以控制且造成晶粒粗大，严重影响其工业化应用的进程。富铁非晶合金的难以获得完全非晶态的淬态带材的缺点，严重阻碍了其大规模应用的步伐。因此，解决富铁非晶的淬态带材的制备，应先提高其形成能力，即获得非晶形成能力强的合金成分，引入晶化抑制剂，调控其α-Fe相的晶化过程，获得细小且均匀的α-Fe晶粒，确保饱和磁通密度(Bs)达到1.9T和初始磁率达到16000～25000。现已商业化的铁基非晶/纳米晶应用推广已有近二十年，新的铁基非晶/纳米晶软磁合金材料有着迫切的需求。为了顺应现代产品节能、环保、小型化的发展潮流，连接了铁基非晶/纳米晶与硅钢片和连接铁基非晶/纳米晶与铁氧体之间的性能区间，富铁非晶/纳米晶软磁合金材料成为了一个新的研究热潮。2009年，由日本东北大学金属材料研究所的牧野彰宏等人报道了关于富铁Fe-Si-B-P-Cu体系的非晶/纳米晶合金，该合金同时具有高的磁导率和高的饱和磁通密度，且饱和磁通密度非常接近取向硅钢，而磁导率能达到硅钢的十倍，该合金的商业名称为“Nanomet”。由此，提供一种铁基非晶/纳米晶合金具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种高饱和磁感应强度的铁基纳米晶合金，其具有较好的非晶形成能力。有鉴于此，本申请提供了一种如式(Ⅰ)所示的铁基纳米晶合金，FeaBbCucHfd(Ⅰ)；其中，a、b、c与d分别表示对应组分的原子百分含量；a＝86～87，b＝12～13，c＝0.4～0.5，d＝0.5～0.6，c+d＝1.0，a+b+c+d＝100。优选的，所述Fe的原子百分含量为86％，B的原子百分含量为13％，Cu的原子百分含量为0.5％，Hf的原子百分含量为0.5％。优选的，所述Fe的原子百分含量为86％，B的原子百分含量为13％，Cu的原子百分含量为0.4％，Hf的原子百分含量为0.6％。优选的，所述Fe的原子百分含量为86.2％～86.7％。优选的，所述B的原子百分含量为12.3％～12.6％。本申请还提供了所述的铁基纳米晶合金的制备方法，包括以下步骤：将原料按照原子百分含量配料，将配料后的原料进行熔炼，得到熔液；将所述熔液喷制成铁基合金带材；将所述铁基合金带材进行热处理，得到铁基纳米晶合金；所述热处理包括依次进行的常规热处理与磁场热处理；所述常规热处理具体为：将所述铁基合金带材以第一升温速度升温至第一目标温度，保温t1min，再以第二升温速度升温至第二目标温度，保温t2min，冷却；所述磁场热处理具体为：将常规热处理后的铁基合金带材以第三升温速度升温至第三目标温度，保温t3min，在保温过程中施加外磁场，冷却。优选的，所述第一升温速度为2～10℃/min，所述第二升温速度为1℃/min，所述第三升温速度为5～7℃/min。优选的，所述第一目标温度为350～400℃，所述第二目标温度为450～550℃，所述第三目标温度为380～400℃；所述t1为60～90min，所述t2为90～120min，所述t3为60～120min。优选的，所述外磁场的强度为800～1200Gs。本申请提供了一种如式FeaBbCucHfd所示的富铁含量的铁基纳米晶合金，该铁基纳米晶合金以少量的铪提高了合金的非晶形成能力，调控了快速冷却过程中由于铜原子团簇引起的晶化现象以及化合物的析出，保持了液态状态下铜元素的弥散状态的固态遗传效应，且具有良好的α-Fe相的可调控性。另一方面，本申请在制备铁基纳米晶合金的过程中，先采用常规热处理调控α-Fe相变的析出，获得最佳的饱和磁感应强度，然后采用磁场热处理的方式降低了合金的矫顽力，使得到的铁基纳米晶合金具有优异的磁性能。附图说明图1为本专利技术实施例制备的铁基纳米晶合金的XRD照片；图2为本专利技术实施例制备的铁基纳米晶合金的DSC放热曲线；图3为本专利技术实施例1制备的铁基纳米晶合金经不同热处理温度后的析出相的XRD照片；图4为本专利技术实施例2制备的铁基纳米晶合金经不同热处理温度后的析出相的XRD照片；图5为本专利技术实施例1制备的铁基纳米晶合金的VSM热处理前后对比曲线图；图6为本专利技术实施例2制备的铁基纳米晶合金的VSM热处理前后对比曲线图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。鉴于铁基纳米晶合金具有的优良磁性能，本申请提供了一种铁基纳米晶合金，以期提高铁基纳米晶合金的饱和磁感应强度与非晶形成能力。具体的，本专利技术提供了一种铁基纳米晶合金，该合金是以金属铁元素为主体元素，加入其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种如式(Ⅰ)所示的铁基纳米晶合金，FeaBbCucHfd   (Ⅰ)；其中，a、b、c与d分别表示对应组分的原子百分含量；a＝86～87，b＝12～13，c＝0.4～0.5，d＝0.5～0.6，c+d＝1.0，a+b+c+d＝100。

【技术特征摘要】
1.一种如式(Ⅰ)所示的铁基纳米晶合金，FeaBbCucHfd(Ⅰ)；其中，a、b、c与d分别表示对应组分的原子百分含量；a＝86～87，b＝12～13，c＝0.4～0.5，d＝0.5～0.6，c+d＝1.0，a+b+c+d＝100。2.根据权利要求1所述的铁基纳米晶合金，其特征在于，所述Fe的原子百分含量为86％，B的原子百分含量为13％，Cu的原子百分含量为0.5％，Hf的原子百分含量为0.5％。3.根据权利要求1所述的铁基纳米晶合金，其特征在于，所述Fe的原子百分含量为86％，B的原子百分含量为13％，Cu的原子百分含量为0.4％，Hf的原子百分含量为0.6％。4.根据权利要求1所述的铁基纳米晶合金，其特征在于，所述Fe的原子百分含量为86.2％～86.7％。5.根据权利要求1所述的铁基纳米晶合金，其特征在于，所述B的原子百分含量为12.3％～12.6％。6.权利要求1～5任一项所述的铁基纳米晶合金的制备方法，包括以下步骤：将原料按照原子百分含量配料，将配料后的原料进行熔炼，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周林，杨元政，王国太，肖猛，袁涵，李文，姚春莲，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44