一种高磁感应铁基非晶软磁合金及其制备方法技术

一种高磁感应铁基非晶软磁合金及其制备方法，所述铁基非晶软磁合金的典型成分为FexSiyBzCuaPbCc，其中，x=80‑85at%，y=8‑12at%，z=5‑10at%，a=0.2‑0.5at%，b=1‑3at%，c=0.1‑0.5at%。本发明专利技术所述的高磁感应铁基非晶软磁合金及其制备方法，配方设置合理，制备方法步骤简单，采用高Fe含量以来获得高饱和磁感应强度，通过添加Si、B、Cu、P、C元素以及优化含量解决高Fe含量合金系的非晶形成能力较低、带材的厚度和宽度受到限制的问题，不含有昂贵的金属元素，大幅降低了材料的成本，易于大规模推广和生产，应用前景广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种高磁感应铁基非晶软磁合金及其制备方法
本专利技术属于非晶纳米晶软磁合金
，具体涉及一种高磁感应铁基非晶软磁合金及其制备方法。
技术介绍
非晶合金是通过传统材料采用特殊的工艺处理而得到的一种新兴合金材料；同传统的氧化物玻璃相比，该类合金主要以金属元素为主，彼此之间以金属键的方式相结合，因而具备许多金属方面的独特性质，加之特殊的原子排列结构，使其在各方面均呈现优异的性能，被广泛应用于各个领域。在众多的非晶合金中，Fe基非晶合金以其低廉的原材料、简单的制备工艺和优异的软磁性能成为了材料界中的研究热点。铁基非晶软磁合金正逐渐取代以硅钢二坡莫合金和铁氧体等传统晶态材料，作为变压器和电感器的理想材料。铁基非晶软磁合金逐渐演变为三大体系：Finemet类合金、Nanoperm类合金以及Hitperm类合金。对于非金属元素占比较大(约22at．％)的Finemet系合金，导致低Fe含量的饱和磁感应强度Bs较低(仅1.25T左右)，与高Bs的硅钢片(1．8T以上)较，存在一定的差距。同时，由于其含有贵金属Nb，也加大了材料的成本。Nanoperm类合金较好的解决了这一劣势，大幅提升了Bs。不足之处由于含有Zr等金属元素，一般需要在真空环境下进行，导致工艺复杂化；同样对于Hitperm系合金，合金的软磁性能得到改善，但是由于含有Co等元素，极大地增加了材料成本，应用领域受到限制。因此，本专利技术研发出一种高磁感应铁基非晶软磁合金及其制备方法，具有高饱和磁感应强度，并且成本低，易于生产和大规模生产。中国专利申请号为CN201811347087.4公开了一种铁基非晶纳米晶软磁合金及其制备方法和应用，将铁、硅、硼源、铜、铌和镍进行熔炼后，得到合金锭；将合金锭破碎后清洗，然后进行甩带，得到非晶合金带；在真空或保护性气氛的条件下，将非晶合金带在430～450℃进行热处理后，得到铁基非晶纳米晶软磁合金，其饱和磁感应强度需要进一步提高和成本降低。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服以上不足，本专利技术的目的是提供一种高磁感应铁基非晶软磁合金及其制备方法，配方设置合理，制备方法步骤简单，采用高Fe含量以来获得高饱和磁感应强度，通过添加Si、B、Cu、P、C元素以及优化含量解决高Fe含量合金系的非晶形成能力较低、带材的厚度和宽度受到限制的问题，不含有昂贵的金属元素，大幅降低了材料的成本，易于大规模推广和生产，应用前景广泛。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种高磁感应铁基非晶软磁合金，所述铁基非晶软磁合金的典型成分为FexSiyBzCuaPbCc，其中，x=80-85at%，y=8-12at%，z=5-10at%，a=0.2-0.5at%，b=1-3at%，c=0.1-0.5at%。铁基非晶软磁合金具备低损耗、优良的软磁特性及较为低廉的成本。但是，当铁基非晶软磁合金中Fe含量≤78at%时，铁铁基非晶软磁合金的饱和磁感应强度较低，但当铁基非晶软磁合金中Fe含量≥83at%时，导致削弱了合金系形成非晶的能力，带材厚度仅限于20gm以内才能形成非晶合金，并且退火过后的带材呈脆性，压制运输过程中极易破碎且性能对应力敏感，加大了工业化生产的难度。由于铁基非晶软磁合金的磁性能依赖于合金的成分以及其原子空间排列的影响，因此，本专利技术采用高Fe含量以来获得高饱和磁感应强度，通过添加Si、B、Cu、P、C元素以及优化含量解决高Fe含量合金系的非晶形成能力较低、带材的厚度和宽度受到限制的问题；其中，Si、B、Cu、P、C与Fe协调效应好，Si可以减小平均晶粒尺寸和拓宽合金热处理的温度区间以及抑制Fe-(B，P)等二次相的析出增加热稳定，B元素可以起到稳定非晶相和阻碍晶粒进一步生长的作用，从而更好地控制晶粒尺寸和非晶态的形态，通过添加少量的Cu元素，在FexSiyBzCuaPbCc合金退火前期促使形成Cu原子团簇，对a-Fe纳米晶的析出提供有效成核点位；添加P元素，合金的晶化峰逐渐被抑制，有助于提高淬态时的非晶形成能力且在热处理时细化晶粒；添加微量的C元素，提高了一级起始晶化温度，较低的居里温度，优化了合金的弯曲韧-脆性转变温度点，使得合金拥有更优的热稳定性和低矫顽力、韧性更良好。此外，增加Fe含量还可以降低合金成本，本专利技术中也不含有昂贵的金属元素，例如Zr、Nb等，大幅降低了材料的成本。本专利技术还涉及所述高磁感应铁基非晶软磁合金的制备方法，包括以下步骤：（1）配料：按照上述配方对Fe、Si、Cu、C、FeP、FeB进行配料；（2）熔炼母合金：通过非自耗真空电弧熔炼炉，将上述原料熔炼成合金锭；（3）精炼、制备带材：上述合金锭经过表面处理去除氧化层后破碎成合金块，经丙酮溶液清洗后装入石英管，采用感应线圈熔融石英管内的合金块，当石英管内的合金块熔融成液体后，采用单铜辊快淬急冷法，通过感应式急冷甩带机制备成非晶合金带材；（4）热处理：将上述非晶合金带材放置于真空管式炉的石英舟中，然后推入至真空管式炉的加热炉膛中间；对真空管式炉的炉腔进行抽真空，当真空度达到-0.1Mpa时关闭机械泵，同时开启通气阀通入N2气体，使得非晶合金带材在N2气氛内进行热处理；热处理完成后，非晶合金带材随着真空管式炉的炉腔一起冷却到室温后取出，得到高磁感应铁基非晶软磁合金。本专利技术选择FeB代替B粉，成本低，成分易控制，熔炼方便，B粉在高温易氧化和发生喷射、挥发，成分不易控制。进一步的，上述的高磁感应铁基非晶软磁合金的制备方法，所述步骤（2）的熔炼母合金，具体包括如下步骤：（1）清洗：将上述配料好的Fe、Si、Cu、C、FeP、FeB原料置于有丙酮/乙醇溶液内，经超声波清洗去除表面油污及其他有机物；（2）抽真空：将Fe、Si、Cu、C、FeP、FeB原料依次放入坩埚内，通过机械泵对非自耗真空电弧熔炼炉抽低真空至1.33×10-2Pa，随后利用扩散泵抽高真空至10-3Pa数量级，充入高纯氩气对非自耗真空电弧熔炼炉内洗气，接着继续抽真空，重复上述过程2—3次；（3）熔炼：先在非自耗真空电弧熔炼炉内熔炼钛锭吸收掉炉体内残存的氧气，再将坩埚内放置好的Fe、Si、Cu、C、FeP、FeB原料依次熔炼成合金锭，每个合金锭反复熔炼4~6次以减少成分偏析。本专利技术所述熔炼母合金，提高了Fe、Si、Cu、C、FeP、FeB原料的清洁度以及减少杂质的影响，整个熔炼过程，均在充满氩气的氛围内进行。熔炼后的合金锭表面光滑、无杂质且呈现金属光泽。进一步的，上述的高磁感应铁基非晶软磁合金的制备方法，所述步骤（2）的精炼、制备带材，具体包括如下步骤：（1）精炼熔融：合金锭经过表面处理去除氧化层后破碎成合金块，经丙酮溶液清洗后装入石英管，采用感应线圈熔融石英管内的合金块，当石英管内的合金块熔融成液体；（2）制备带材：开启感应式急冷甩带机的水冷铜辊，铜辊转速为60-100m/s，抽将石英管抽低真空至10-1Pa数量级后，通过扩散泵继续抽高真空至5×10-3Pa后，充入高纯氩气保护气体，形成0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高磁感应铁基非晶软磁合金，其特征在于，所述铁基非晶软磁合金的典型成分为FexSiyBzCuaPbCc，其中，x=80-85at%，y=8-12at%，z=5-10at%，a=0.2-0.5at%，b=1-3at%，c=0.1-0.5at%。/n

【技术特征摘要】
1.一种高磁感应铁基非晶软磁合金，其特征在于，所述铁基非晶软磁合金的典型成分为FexSiyBzCuaPbCc，其中，x=80-85at%，y=8-12at%，z=5-10at%，a=0.2-0.5at%，b=1-3at%，c=0.1-0.5at%。


2.根据权利要求1所述高磁感应铁基非晶软磁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配料：按照上述配方对Fe、Si、Cu、C、FeP、FeB进行配料；
（2）熔炼母合金：通过非自耗真空电弧熔炼炉，将上述原料熔炼成合金锭；
（3）精炼、制备带材：上述合金锭经过表面处理去除氧化层后破碎成合金块，经丙酮溶液清洗后装入石英管，采用感应线圈熔融石英管内的合金块，当石英管内的合金块熔融成液体后，采用单铜辊快淬急冷法，通过感应式急冷甩带机制备成非晶合金带材；
（4）热处理：将上述非晶合金带材放置于真空管式炉的石英舟中，然后推入至真空管式炉的加热炉膛中间；对真空管式炉的炉腔进行抽真空，当真空度达到-0.1Mpa时关闭机械泵，同时开启通气阀通入N2气体，使得非晶合金带材在N2气氛内进行热处理；热处理完成后，非晶合金带材随着真空管式炉的炉腔一起冷却到室温后取出，得到高磁感应铁基非晶软磁合金。


3.根据权利要求2所述高磁感应铁基非晶软磁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）的熔炼母合金，具体包括如下步骤：
（1）清洗：将上述配料好的Fe、Si、Cu、C、FeP、FeB原料置于有丙酮/乙醇溶液内，经超声波清洗去除表面油污及其他有机物；
（2）抽真空：将Fe、Si、Cu、C、FeP、FeB原料依次放入坩埚内，通过机械泵对非自耗真空电弧熔炼炉抽低真空至1.33×10-2Pa，随后利用扩散泵抽高真空至10-3Pa...

【专利技术属性】
技术研发人员：安石，
申请(专利权)人：江苏三环奥纳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32