一种FeSiPC非晶软磁合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种FeSiPC非晶软磁合金及其制备方法。该制备方法为：首先将高磷铁矿原料和磷灰石混合均匀进行碳基还原处理，得到还原预处理后的钢液；然后进行脱硫处理，得到脱硫处理后的钢液；接着进行硅铁合金化处理，得到合金化处理后的钢液；再利用单辊旋淬技术，将所述合金化处理后的钢液快速冷却得到非晶带材；最后进行等温热处理，制备得到FeSiPC非晶软磁合金。该制备方法，以高磷铁矿和磷灰石为原料，采用直接还原或熔融还原非高炉炼铁技术制备得到还原预处理钢液。此外，设计的Fe

【技术实现步骤摘要】
一种FeSiPC非晶软磁合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及非晶软磁材料制备
，尤其涉及一种FeSiPC非晶软磁合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]软磁材料具有优异的磁性能和使用性能，广泛应用于航空、航天等高科技领域，随着科技的不断发展，对软磁材料设备的轻量化、小型化的要求日益提高，因此发展具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低矫顽力、低铁损的优异软磁材料已成为当下以及未来磁性材料发展的重要目标之一。
[0003]与传统硅钢等晶态软磁材料相比，铁基非晶软磁合金的电阻率是硅钢的三倍左右，铁损仅为取向硅钢的四分之一，能降低70～80％的空载损耗。现有研究中，为了提高铁基非晶合金的饱和磁化强度，必须保证合金中有足够多的铁磁性元素，但是过高的铁含量通常会导致合金的非晶形成能力较弱；而提高合金的非晶形成能力通常又需要添加较多非磁性的类金属或金属组元。这两个相互掣肘的矛盾之处使得铁基非晶合金很难在非晶形成能力和饱和磁化强度上得到较大的突破和进一步发展，也给研究人员在合金成分设计时带来了诸多的困难。目前，较为普遍的合金成分设计思路为添加有利于非晶形成的Si、P、C、B元素，同时，还需要考虑其他微量元素的掺杂，用以保证该铁基合金在具备较高的非晶形成能力的同时，还具有尽可能高的含铁量。目前工业化制备铁基非晶软磁合金带材过程中，原材料中的杂质元素，特别是工业铁磷和铁碳合金中的杂质元素会导致带材表面晶化，严重恶化软磁性能。为了进一步拓展铁基非晶软磁合金的应用范围，有必要开发新的适用于工业化生产铁基非晶软磁合金的新方法。
[0004]公开号为CN111001767A的专利技术专利公开了一种高饱和磁感应强度铁基非晶软磁合金及其制备方法。该制备方法为：1)制备初炼钢液：利用铁矿石经高炉炼铁、转炉吹炼或利用废钢经电炉熔炼得到；2)将初炼钢液进行炉外精炼进一步脱氧、脱硫、去除夹杂物，控制残余元素的含量，并进行合金成分微调，得到所需的精炼钢液；3)利用单辊旋淬技术将精炼钢液快速冷却得到非晶带材；4)将非晶带材进行热处理即得。虽然该制备方法采用传统的钢铁冶炼工艺，能够精确控制杂质含量和合金成分，但是该制备方法存在高炉炼铁成本高、能耗高、排放高的不足，不适用于制备少量非晶软磁合金。
[0005]有鉴于此，有必要设计一种改进的FeSiPC非晶软磁合金及其制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种FeSiPC非晶软磁合金及其制备方法。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种FeSiPC非晶软磁合金的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1，预处理：将高磷铁矿和磷灰石置于还原反应装置中，在900～1700℃下，进行碳
基还原处理，得到还原预处理后的还原合金；
[0009]S2，精炼：将步骤S1得到的还原预处理后的还原合金进行脱硫处理，得到脱硫处理后的合金；
[0010]S3，合金化：将步骤S2得到的所述脱硫处理后的合金进行硅铁合金化处理，得到合金化处理后的母合金；所述合金化处理后的母合金中，主组元及其质量百分比含量为：Fe
91
P
6.2
C
2.2
Si
0.6
(wt.％)；
[0011]S4，带材：利用单辊旋淬技术，设置铜辊线速度为20～60m/s，将步骤S3得到的所述合金化处理后的母合金快速冷却得到厚度为15～50μm的非晶带材；或者棒材：利用铜模铸造技术，得到直径1mm完全非晶的棒材；
[0012]S5，成品：将步骤S4制备的所述非晶带材或者棒材进行保温温度为240～420℃，保温时间为10～300min的等温热处理，制备得到FeSiPC非晶软磁合金。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，所述碳基还原采用直接还原工艺，具体过程为：将所述高磷铁矿和磷灰石破碎后与还原剂煤灰混匀，造团、干燥后放置于高温气氛控制炉中，控制还原反应气氛为惰性气氛，还原温度为1000～1350℃，反应时间为10～60min，将得到的反应产物再破碎、磁选，得到还原铁粉，然后在高温1500～1650℃条件下融分，得到还原合金。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，所述碳基还原采用熔融还原工艺，具体过程为：将所述高磷铁矿和磷灰石破碎后与还原剂煤灰混匀，造团、干燥后放置于高温气氛控制炉中，控制还原反应气氛为惰性气氛，还原反应温度为1500～1650℃，反应时间为10～60min；待反应完成后分离渣和合金，得到还原合金。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，步骤S3直接进行硅铁合金化处理，具体过程为：将还原且脱硫处理后的合金和硅铁合金按比例置于感应熔炼炉中，控制气氛为还原气氛，熔化合金混合物进行合金化，并添加精炼渣进行感应熔炼，得到母合金。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述高磷铁矿和磷灰石的投加比例为7.75：1；所述还原且脱硫处理后的合金与所述硅铁合金添加比例为1：0.026。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述精炼渣为60SiO2‑
20CaO
‑
10Al2O3‑
10B2O3，精炼渣配比为3wt.％。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，在所述步骤S4中，所述铜辊线速度为30～40m/s，所述带材厚度为25～35μm；
[0019]在步骤S5中，所述保温温度为320～360℃，所述保温时间为30～60min。为实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了一种上述制备方法制备得到的FeSiPC非晶软磁合金。所述FeSiPC非晶软磁合金的化学式为：Fe
80
Si1P
10
C9(at.％)。
[0020]其中，所述FeSiPC非晶软磁合金的组成成分的质量百分含量为：Fe
91
P
6.2
C
2.2
Si
0.6
(wt.％)。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，所述FeSiPC非晶软磁合金的饱和磁感应强度≥1.45T，矫顽力≤3.2A/m，1KHz下有效磁导率≥6000。
[0022]本专利技术的有益效果是：
[0023]本专利技术提供的FeSiPC非晶软磁合金的制备方法，以高磷铁矿和磷灰石为原料，采用直接还原或熔融还原非高炉炼铁技术制备得到还原预处理钢液。此外，设计的
Fe
80
Si1P
10
C9(at.％)合金成分与还原预处理钢液成分相差不大，只需要经过微合金化即可得到目标合金，然后采用非晶带材一次成型工艺，具有流程短、成本低、能耗低的优势。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1制备的FeSiPC非晶软磁合金的形貌和XRD图。
[0025]图2为本专利技术实施例1制备的FeSiPC非晶软磁合金的磁滞回线。
[0026]图3为本专利技术实施例1制备的FeSiPC非晶软磁合金的有效磁导率随本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FeSiPC非晶软磁合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1，预处理：将高磷铁矿和磷灰石按预定比例置于还原反应装置中，在900～1700℃下，进行碳基还原处理，得到还原预处理后的还原合金；S2，精炼：将步骤S1得到的还原预处理后的还原合金进行脱硫处理，得到脱硫处理后的合金；S3，合金化：将步骤S2得到的所述脱硫处理后的合金进行硅铁合金化处理，得到合金化处理后的母合金；S4，带材：利用单辊旋淬技术，设置铜辊线速度为20～60m/s，将步骤S3得到的所述合金化处理后的母合金快速冷却得到厚度为15～50μm的非晶带材；或者，棒材：利用铜模铸造技术，得到直径1mm完全非晶的棒材；S5，成品：将步骤S4制备的所述非晶带材或者棒材进行保温温度为240～420℃，保温时间为10～300min的等温热处理，制备得到FeSiPC非晶软磁合金。2.根据权利要求1所述的一种FeSiPC非晶软磁合金的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述碳基还原采用直接还原工艺，具体过程为：将所述高磷铁矿和磷灰石破碎后与还原剂煤灰混匀，造团、干燥后放置于高温气氛控制炉中，控制还原反应气氛为惰性气氛，还原温度为1000～1350℃，反应时间为10～60min，将得到的反应产物再破碎、磁选，得到还原铁粉，然后在高温1500～1650℃条件下融分，得到还原合金。3.根据权利要求1所述的一种FeSiPC非晶软磁合金的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述碳基还原采用熔融还原工艺，具体过程为：将所述高磷铁矿和磷灰石破碎后与还原剂煤灰混匀，造团、干燥后放置于高温气氛控制炉中，控制还原反应气氛为惰性气氛，还原反应温度为1500～1650℃，反应时间为10～60min；待反应完成后分离渣和合金，得到还原合金。4.根据权利要求1所述的一种FeSiPC非晶软磁合金的制备方法，其特征在于：所述合金化处理后的母合金中，主组元及其质量百分比含量为：Fe
91

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，倪红卫，刘涛，李杨，张国阳，邵玉林，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：