一种大尺寸高饱和磁感应强度铁基非晶合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于软磁合金技术领域，特别涉及一种大尺寸高饱和磁感应强度铁基非晶合金及其制备方法。铁基非晶合金的化学表达式为Fe

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸高饱和磁感应强度铁基非晶合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于软磁合金
，特别涉及一种大尺寸高饱和磁感应强度铁基非晶合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]铁基非晶合金是继金属软磁、铁氧体软磁后的新一代软磁材料。铁基非晶合金的制备通常要求极高的冷却速度，采用熔体快速冷却工艺制备。Fe基非晶合金主要用作变压器铁芯，相比于传统的硅钢变压器其空载损耗可降低约50％，特别是在空载率较高的农村地区效果尤为显著，Fe基非晶变压器的应用同时降低了能源损耗和有害气体排放，符合国家“碳达峰，碳中和”的战略目标。
[0003]铁基非晶合金具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、高磁导率和高电阻率等特点，但目前用作非晶变压器生产的铁基非晶合金的饱和磁感应强度仅有1.56T左右，远不及硅钢材料的2.03T，导致铁基非晶合金变压器体积更大、相同规格负载条件下能耗更大。因此，为拓宽铁基非晶合金的应用领域，提升合金的竞争力，亟需开发饱和磁感应强度超过1.6T的铁基非晶合金。
[0004]自铁基非晶合金问世以来，针对高饱和磁感应强度铁基非晶合金的设计开发从未中断。在过去几十年对高磁感铁基非晶合金的研究中，开发出了一大批的非晶合金成分，为提高合金的饱和磁感应强度，这些合金成分通常遵守以下设计策略：(1)尽量提高合金成分中铁元素含量；(2)铁基非晶合金中适量的钴元素添加；(3)减少无磁性的金属元素添加，避免铁元素质量分数的大幅减低。
[0005]钴元素添加是提高铁基非晶合金饱和磁感应强度的有效途径，由于铁钴元素间较强的铁磁交互作用强度，大量高饱和磁感强度的FeCo基非晶合金问世，如美国联众公司生产的Fe
67
Co
18
B
14
Si1合金的饱和磁感应强度高达1.8T，但高达18at％的钴元素添加导致合金成本高昂，无法实现规模化的商业应用。
[0006]为开发低成本高磁感的铁基非晶合金，Ogawa等人报道了一种牌号为HB1的FeSiBC非晶合金，该合金的饱和磁感应强度达到1.67T，虽不及Fe
67
Co
18
B
14
Si1合金的1.8T，但远超METGLAS 2605SA1合金的1.56T，并且证明在无钴等贵金属元素添加的条件下可进一步提高铁基非晶合金的饱和磁感应强度，但是由于合金中较高的碳元素添加导致工艺难以控制，无法实现稳定的工业化生产。
[0007]为提高铁基非晶合金的玻璃形成能力，合金成分中通常加入大量的类金属元素，主要有硼、硅、磷、碳等四种元素。其中，磷元素的抗氧化性极差，在一定的氧环境下会发生严重氧化，恶化合金性能，因此对制备环境的气体氛围提出极高的要求。另外，磷元素的添加通常是通过磷铁等中间合金进行，但国内外磷铁质量参差不齐，杂质含量普遍较高，生产过程中大量的工业磷铁使用会大幅恶化带材性能，并且在熔体制备过程中必须加入造渣过程，增加了合金制备流程的复杂性，增加了工业生产的困难度。
[0008]因此，本专利技术仍以传统的FeSiB体系为基础，通过合金组元调节以及微量合金元素
添加，开发出新的强玻璃形成能力铁基非晶合金，制备大尺寸高性能铁基非晶材料。

技术实现思路

[0009]本专利技术解决的技术问题是提供一种大尺寸高饱和磁感应强度铁基非晶合金及其制备方法，铁基非晶合金具有饱和磁感应强度高、玻璃形成能力强、矫顽力小和制备工艺简单的特点。
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0011]一种大尺寸高饱和磁感应强度铁基非晶合金，铁基非晶合金的化学表达式为Fe
a
B
b
Si
c
C
d
Cu
e
M
f
，其中a、b、c、d、e、f分别表示各组分的原子百子含量：53.1≤a≤83.5，8.4≤b≤15.6，3≤c≤32，0≤d≤1，0≤e≤0.8，0.05≤f≤0.4，M为Y、Nb、Zr中的一种或两种以上组合，且a+b+c+d+e+f＝100。
[0012]所述的大尺寸高饱和磁感应强度铁基非晶合金的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)按照铁基非晶合金Fe
a
B
b
Si
c
C
d
Cu
e
M
f
的原子百分比称取合金原料；
[0014](2)将合金原料置于真空感应炉或真空电弧炉中熔炼，抽真空后充入保护气体，在保护气体氛围下将合金原料加热熔化，在电磁搅拌作用下继续熔炼5～20min，将熔融合金注入冷却模具或随炉冷至室温，制成母合金锭；
[0015](3)将母合金锭破碎、清洗后重新熔化，将双辊轧机抽真空后充入保护气体，采用双辊铸轧法将液态合金喷射到反向旋转的铜辊表面，制备大尺寸铁基非晶合金铸带。
[0016]所述的大尺寸高饱和磁感应强度铁基非晶合金的制备方法，步骤(1)中，合金原料纯度＞99.5wt％。
[0017]所述的大尺寸高饱和磁感应强度铁基非晶合金的制备方法，步骤(2)、(3)中，抽真空至气压为1
×
10
‑2Pa以下。
[0018]所述的大尺寸高饱和磁感应强度铁基非晶合金的制备方法，步骤(2)、(3)中，保护气体氛围为氮气、氩气或氦气。
[0019]所述的大尺寸高饱和磁感应强度铁基非晶合金的制备方法，步骤(3)中，铜辊的表面线速度为0.5～2m/s。
[0020]所述的大尺寸高饱和磁感应强度铁基非晶合金的制备方法，步骤(3)中，铁基非晶合金铸带的厚度为120～200μm，宽度为1～2.5mm。
[0021]所述的大尺寸高饱和磁感应强度铁基非晶合金的制备方法，步骤(3)后，对铁基非晶合金铸带进行退火热处理，热处理温度为750K～830K，退火时间为3min～25min，退火铸带的饱和磁感应强度不低于1.55T，矫顽力不大于7A/m。
[0022]基于铁基非晶合金中各添加元素对合金热力学稳定性、玻璃形成能力和软磁性能的影响，再结合本专利技术的目的，在设计大玻璃形成能力、优异软磁性能和低成本的铁基非晶合金的过程中，本专利技术采用的设计方法如下：
[0023](1)在提高铁基非晶合金玻璃形成能力的同时，为避免大幅恶化合金的软磁性能，应避免无磁性过渡族金属元素的大量添加。适量Zr、Nb、Hf等金属元素的添加可以有效提升合金的玻璃形成能力，但合金元素大的原子质量会降低合金中铁元素含量，降低合金的饱和磁感应强度，并且会导致合金成本增加，因此在成分设计过程中应充分考虑过渡族金属元素的负面影响，避免过渡添加。
[0024](2)对于铁磁性金属元素Co、Ni元素，Ni元素添加会大幅降低合金的饱和磁感应强度，Co元素与Fe元素间大的铁磁交互作用强度虽然可以提高合金的饱和磁感应强度，但Co元素较高的原材料价格会极大地提高合金成本，故本专利技术中不采用Co、Ni元素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸高饱和磁感应强度铁基非晶合金，其特征在于，铁基非晶合金的化学表达式为Fe
a
B
b
Si
c
C
d
Cu
e
M
f
，其中a、b、c、d、e、f分别表示各组分的原子百子含量：53.1≤a≤83.5，8.4≤b≤15.6，3≤c≤32，0≤d≤1，0≤e≤0.8，0.05≤f≤0.4，M为Y、Nb、Zr中的一种或两种以上组合，且a+b+c+d+e+f＝100。2.如权利要求1所述的大尺寸高饱和磁感应强度铁基非晶合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按照铁基非晶合金Fe
a
B
b
Si
c
C
d
Cu
e
M
f
的原子百分比称取合金原料；(2)将合金原料置于真空感应炉或真空电弧炉中熔炼，抽真空后充入保护气体，在保护气体氛围下将合金原料加热熔化，在电磁搅拌作用下继续熔炼5～20min，将熔融合金注入冷却模具或随炉冷至室温，制成母合金锭；(3)将母合金锭破碎、清洗后重新熔化，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯亮亮，庞云艳，沈干林，唐剑平，
申请(专利权)人：江苏东工新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：