高磁感200μm级铁基非晶软磁合金带材及其制备方法技术

本发明专利技术属于软磁合金技术领域，特别涉及一种高磁感200μm级铁基非晶软磁合金带材及其制备方法。铁基非晶合金的化学表达式为Fe

【技术实现步骤摘要】
高磁感200
μ
m级铁基非晶软磁合金带材及其制备方法


[0001]本专利技术属于软磁合金
，特别涉及一种高磁感200μm级铁基非晶软磁合金带材及其制备方法，适用基于双辊薄带连铸技术制备大尺寸铁基非晶软磁合金薄带。

技术介绍

[0002]软磁材料是最早出现的一类软磁功能材料，伴随其发展先后经历了纯铁、坡莫合金、FeCo合金、铁氧体、取向/无取向硅钢和非晶合金等。硅钢片具有较高的饱和磁感应强度，高达2.0T，是目前应用最广泛的软磁材料。但硅钢较大的矫顽力和高频铁损，不可避免的在工业应用中产生巨大的能量损耗，而铁基非晶合金具有低矫顽力、高磁导率和低铁损等特点，且生产工艺简单，无须后续加工，成本优势显著，被认为是理想的铁芯材料。然而，铁基非晶合金较低的饱和磁感应强度和有限的条带尺寸严重限制了材料的发展和应用。
[0003]在非晶态合金的发展过程中，制备方法和设备的创造在该领域的发展中起着主导作用，这是因为非晶态合金制备的成功与否取决于制备工艺及设备的最大冷却速率。临界冷却速率是描述合金玻璃形成能力的最佳方法，研究证明铁基非晶合金的制备要求平均冷却速率高于105～106K/s，薄带和铜辊之间的热传递决定了合金的厚度和非晶态特性。迄今为止，许多工作致力于铁基非晶合金制备方法的研究。但由于玻璃形成能力的限制，尽管出现许多制备毫米级块状金属玻璃的方法，包括铜模吸铸、机械合金化、压铸等，但是单辊熔融纺丝仍然是近些年来非晶带材的主要生产方法。此外，Albertus等人通过单辊熔融纺丝技术生产了120mm宽的NANOMET非晶带，但其厚度仅为25mm；王安定等人使用相同的方法制备了厚度为81μm的Fe
83
C1B
11
Si2P3非晶条带；但条带宽度仅为1mm。因此，在现有的铁基非晶合金体系中，匮乏的制备手段和合金较低的玻璃形成能力使铁基非晶合金的制备和大规模应用受到严重限制。
[0004]双辊薄带连铸技术是21世纪以来国家大力提倡的一种近终成形技术，它将铸造和热轧集成到一个步骤中，由于其工艺流程短，成本低，冷却速度快等特点，在传统的硅钢和有色金属领域引起了广泛的关注。相比于单辊熔融纺丝工艺，该工艺中熔融金属承受两个反向旋转辊轮产生的轧制力，促进了辊轮与合金熔体之间的热传导。此外，轧制力会加速元素的均匀分布并抑制有序结构的生成。因此，我们认为双辊薄带连铸技术是工业化生产大型铁基非晶合金的潜在方法。

技术实现思路

[0005]针对现有铁基非晶合金制备工艺及性能上存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种高磁感200μm级铁基非晶软磁合金带材及其制备方法，基于双辊薄带连铸技术，通过成分设计制备性能优良的铁基非晶软磁合金薄带。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0007]一种高磁感200μm级铁基非晶软磁合金带材，铁基非晶合金的化学表达式为Fe
a
Ni
b
P
c
B
d
Si
e
Cu
f
C
g
，其中a、b、c、d、e、f、g分别表示各组分的原子百子含量：67.9≤a≤79.9，
0≤b≤11.9，10.9≤c≤12.9，2.9≤d≤5.9，1.9≤e≤2.9，0.2≤f≤0.9，0.05≤g≤0.2，且a+b+c+d+e+f+g＝100。
[0008]所述的高磁感200μm级铁基非晶软磁合金带材的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)按成分设计所述的原子百分比称取合金原料；
[0010](2)将合金原料置于真空感应熔炼炉中熔炼，抽真空后充入保护气体，在保护气体氛围下将步骤(1)中的合金原料加热至1300～1500℃，熔炼10～30min；
[0011](3)将中间包抽真空后加热至1200℃，充入保护气体，将步骤(2)中的合金熔体倾倒入中间包中，将合金熔体恒温至1200℃；
[0012](4)将双辊轧机抽真空后充入保护气体，在保护气体氛围下，将中间包中的合金熔体在1200℃下喷射于双辊轧机上两反向旋转的铜辊之间，控制辊轮轧制力，得到不同尺寸铁基非晶软磁合金薄带。
[0013]所述的高磁感200μm级铁基非晶软磁合金带材的制备方法，步骤(1)中，B、P原材料分别为硼铁合金和磷铁合金，且Fe、Ni、Cu、Si、C原材料纯度不低于99wt％。
[0014]所述的高磁感200μm级铁基非晶软磁合金带材的制备方法，步骤(2)、(3)、(4)中，抽真空至气压为1
×
10
‑2Pa以下，保护气体氛围为氮气、氩气或氦气。
[0015]所述的高磁感200μm级铁基非晶软磁合金带材的制备方法，步骤(4)中，铜辊的表面线速度为0.5～2m/s，铜辊间的轧制力为10～50kN。
[0016]所述的高磁感200μm级铁基非晶软磁合金带材的制备方法，步骤(4)中，铁基非晶软磁合金薄带的厚度为200～300μm，宽度为20～50mm。
[0017]所述的高磁感200μm级铁基非晶软磁合金带材的制备方法，步骤(4)后，对铁基非晶软磁合金带材进行退火热处理，热处理温度为200～400℃，保温时间为10～100min，铁基非晶软磁合金带材的饱和磁感应强度不低于1.4T，矫顽力不大于9A/m。
[0018]本专利技术的设计思想为：
[0019]本专利技术中，Fe元素是磁性元素，高质量分数的Fe元素添加有助于提高合金的饱和磁感应强度，但随着合金中Fe含量的增加，合金的玻璃形成能力下降，不利于合金条带制备。
[0020]本专利技术中，P元素的添加有利于提高合金的玻璃形成能力和合金的热稳定性。适量的P元素添加可以提高合金的磁导率，降低矫顽力，但随着P元素含量的增加，合金的磁感应强度会随之下降。
[0021]本专利技术中，B元素的添加主要是提高合金的玻璃形成能力和软磁合金的居里温度，B元素含量较低时，无法达到添加的预期目标，而含量过高会降低合金中铁磁元素含量，恶化合金软磁性能。
[0022]本专利技术中，Si元素的添加主要是提高合金的玻璃形成能力和降低合金的磁致伸缩系数，Si含量过低时，不能发挥其提高合金玻璃形成能力的作用，当Si含量过高时，会降低软磁合金的饱和磁感应强度。
[0023]本专利技术中，C元素的添加可以显著提高合金的玻璃形成能力，但是过量的C元素添加会增加合金的室温脆性。
[0024]本专利技术中，Cu元素的添加可以提高非晶合金的热稳定性，在退火过程中发生富集，形成零散分布的Cu团簇，为纳米晶结晶提供形核质点，但Cu元素含量过高，在条带凝固过程
中容易形成过量的Cu团簇，降低合金的玻璃形成能力。
[0025]本专利技术中，Ni元素的添加会显著提高Fe基非晶合金的玻璃形成能力和弯曲韧性。Ni元素由于和其他主要合金元素间大的负的混合焓，Ni元素添加提高了合金的混乱度和过冷液相的稳定性，从而提高了合金的玻璃形成能力。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高磁感200μm级铁基非晶软磁合金带材，其特征在于，铁基非晶合金的化学表达式为Fe
a
Ni
b
P
c
B
d
Si
e
Cu
f
C
g
，其中a、b、c、d、e、f、g分别表示各组分的原子百子含量：67.9≤a≤79.9，0≤b≤11.9，10.9≤c≤12.9，2.9≤d≤5.9，1.9≤e≤2.9，0.2≤f≤0.9，0.05≤g≤0.2，且a+b+c+d+e+f+g＝100。2.如权利要求1所述的高磁感200μm级铁基非晶软磁合金带材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按成分设计所述的原子百分比称取合金原料；(2)将合金原料置于真空感应熔炼炉中熔炼，抽真空后充入保护气体，在保护气体氛围下将步骤(1)中的合金原料加热至1300～1500℃，熔炼10～30min；(3)将中间包抽真空后加热至1200℃，充入保护气体，将步骤(2)中的合金熔体倾倒入中间包中，将合金熔体恒温至1200℃；(4)将双辊轧机抽真空后充入保护气体，在保护气体氛围下，将中间包中的合金熔体在1200℃下喷射于双辊轧机上两反向...

【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：