一种铁基非晶态合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种以铁作主要成分的非晶态合金材料及其制备方法。本发明专利技术的铁基非晶态合金料含有包括如下重量份的化学成分：Ｆｅ：９１．０－９３．５；Ｓｉ：５．２－６．６；Ｂ：２．５－３．３；Ｃｒ：０．０５－０．２５；Ｃｕ：０．０１０－０．０３０；Ｃ：０．０５－０．２０。本发明专利技术铁基非晶态合金带材的成分设计简单，材料的机械性能好和可加工性好，成材率达到９０％以上。制备的铁基非晶态合金带材的综合磁性能高，用其制成的变压器的铁芯损耗大大降低。铁基非晶态合金带材应用范围广，使用成本低。节约了能源，保护了环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非晶态合金软磁材料，特别涉及一种以铁作主要成分的非晶 态合金软磁材料。
技术介绍
非晶材料是二十世纪七十年代诞生的一种新型超导磁材料，非晶材料 及其制备工艺被国际公认为是金属材料和冶金工艺的革命性进展，由于其节能环 保而被誉为绿色材料。这些非晶态材料的主要原材料为铁、硅、硼等，通常采用 使母合金从熔融状态急冷凝固的急冷技术制取非晶态合金薄带，通过使之急速地凝固而铸造成薄带，薄带的厚度不及人头发丝四分之一，最后得到了原子排列组 合上呈现出短程有序、长程无序特点的非晶态合金薄带。与传统的合金材料相比，非晶态合金材料具有许多独特的性能，如优异的磁 性、耐蚀性、耐磨性、高强度、高硬度、高电阻等。非晶态合金材料可用以替代 传统的硅钢、铁氧体、坡莫合金等软磁材料，由非晶态合金制成的电气元件体积 小、重量轻，在电路中起到贮能、滤波、防电磁干扰等作用，可有效提高电工、 电子及通信系统产品的性能和寿命，推动电子产品的更新换代。例如，在电力技术中，采用非晶态合金作为铁芯材料的配电变压器，其空 载损耗可比同容量的硅钢芯变压器降低60% 80%，节能效果显著；非晶态合 金的使用寿命可以达到50年，它是硅钢片使用寿命的两倍，而且非晶态合金带 材可以循环使用，降低了原材料和能源的消耗。其中铁基非晶态合金材料作为电 力变压器和高频变压器等的铁心材料，因其含铁低，并且饱和磁通密度和导磁率 大等特点，铁基非晶态合金，例如Fe-B-Si系、Fe-B-Si-C系等铁基非晶态合金已 被广泛釆用。目前，美国通过使用这种用非晶态合金薄带制备的变压器，每年可节约近 50xl09KWH的空载损耗，节能产生的经济效益约为35亿美元。同时，减少电力 损耗也就降低了发电的燃料消耗，从而减少了诸如C02、 S02、 NOx等有害气体 的排放量。因而，非晶态合金又被誉为绿色环保材料。我国是世界上能源消费增 长最快的国家，同时也是能源紧缺国家，为满足社会可持续发展和保护生态环境4的需要，发展这种新型变压器显得尤为重要。我国目前的非晶合金材料lkl01，其化学成分为Si: 5 — 5.4%， B: 2.85-3.05%， 余量为铁，其技术特性为饱和磁感应强度Bs: 1.32T，矩形比Br/Bs: 0.28-0.3, 矫顽力Hc: 7.20A/m，导磁率um: 20—22H/m，铁芯损耗15W/kg。其中饱和 磁感应强度和矩形比均低于美国Allied公司生产的同类产品标准，铁芯损耗高于 美国Allied公司生产的同类产品的25X。而且，我国生产的非晶态合金材料lk101 存在着诸如脆性大、韧性差和可加工性差等诸多缺点。例如，公开号为CN1166800C中国专利中公开了一种铁基非晶软磁合金，该 材料的化学成分为Fe: 81-86%、 Co: 7-12%、 Si: 1-3%、 B: 3-5%,该材料用 于制备摩托车等的互感器，使产品的剩磁低。公开号为CN1266710C中国专利中公开了一种软磁合金材料，该材料的化学 成分为Co: 36-38%、 Si: 6-15%、 B: 8-18%、M: 2.5-8%， Fe:余量。其中M=M1+M2， Ml包含有Cu、 Ag元素中的一种，M2包括Nb、 Mo、 Cr、 V、 Zr元素中的一种。 该材料为高Co软磁合金材料，主要用于制备摩托车等的互感器，产品的饱和磁 感应强度低。公开号为CN1721567A的中国专利申请中公开了一种Fe基非晶态合金带及 由其形成的磁芯，该材料的化学成分组成为Fe,SibB复或FeaSibB。CdMx，其中M是 Cr和/或Ni， a为78至86原子％， b为0. 001至5原子％， c为7至20原子％， x为O. 01至5原子％，而d为0. 001至4原子％， (a+b+c+x)或(a+b+c+d+x)为 100。该非晶态合金带存在的问题是，制带工艺条件高，制成带材的带面砂孔多， 带材的质量难以得到保证。公告号为CN87100412B的中国专利中公开了一种铁基非晶态合金材料，该 材料为FeBSiC合金钢带，其中铁的含量低于80% (原子)，硼、硅和碳含量的 总和大于20% (原子)，铁、硼、硅和碳含量相加为100% (原子)。该非晶态合 金材料存在主要问题是，含碳量高，冶炼工艺要求高，工艺复杂，冶炼中碳含量 不稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在问题提出一种铁基非晶态合金软磁带 材及其制造方法，本专利技术铁基非晶态合金软磁带材的综合磁性能显著提高，用其5制成的变压器的铁芯损耗大大降低，节约了能源，降低了使用成本。为实现本专利技术的目的，根据本专利技术一方面提供一种铁基非晶态合金材料，包括以下重量份配比的化学成分Fe: 91.0-93.5, Si: 5.2-6.6， B: 2.5-3.3， Cr: 0.05-0.25，Cu: 0.010-0.030， C: 0.05-0.20。其中，硼来源于工业用硼铁，碳来源于铸铁粉，硅来源于工业用纯硅，铬、铜分别来源于电解铬、电解铜，铁来源于工业用纯铁、工业用硼铁和铸铁粉。 其中，所述铁基非晶态合金材料的化学成分的重量份配比选择Fe:91.0-92.5，Si: 5.3-6.2， B: 2.55-3.1， Cr: 0.05-0.15， Cu: 0.010-0.020， C: 0.05-0.15。本专利技术另一方面提供一种上述铁基非晶态合金的制备方法，包括步骤将含 有上述化学成分的原料在真空状态下进行熔融，之后于常压下除渣获得母合金钢 液。此外还包括步骤使母合金钢液在1340—1380'C的温度下冷却喷带，制成薄带产品。其中，真空状态的真空度《10Pa。其中，原料包括纯铁纯铁、电解络、纯硅、硼铁、电解铜，使其按照由下至 上的顺序分层装料，原料还包括铸铁粉，装料时可放置在原料铜的上面。本专利技术另一方面提供一种上述铁基非晶态合金的制备方法，包括步骤将含有上述化学成分的原料在真空状态下进行熔融，之后于常压下除渣获得母合金钢液。此外包括步骤使母合金钢液在温度为1220-134(TC时出钢，冷却制成母合 金钢锭，在常压下将母合金钢锭熔融成二次母合金钢液，去除二次母合金钢液中 的钢渣后使其进行冷却喷带，制成薄带产品。其中，原料包括纯铁、铬、硅、硼铁、铜，使其按照由下至上的顺序分层装 料。特别是，原料还包括铸铁粉，装料时放置在原料铜的上面，真空状态的真空 度《10Pa。其中，对二次母合金钢液进行两次除渣，第一次是在温度上升至1240-1340 。C时；第二次是在温度上升至1360-1440。C时。在本专利技术非晶合金材料的原料成分中，硼是类金属元素，除可以降低形成非 晶态合金的临界冷却速率外，其主要的作用是形成非晶态合金和提高非晶态合金 的磁性能；硅是类金属元素，可以降低形成非晶态合金的临界冷却速率，主要还有利于形成非晶态合金；碳是类金属元素，可以提高非晶态合金的饱和磁感应强 度，并有利于非晶态合金的形成；铬是金属元素，提高非晶态合金的抗氧化性能 和韧性以及释放非晶态合金带材的应力；铜是金属元素，促使各组分的融合更加 充分，在形成非晶态合金带材过程中调节硼的磁性能和铬的韧性。 本专利技术铁基非晶态合金带材的优点体现在以下方面1) 铁基非晶态合金带材的性能指标均有大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁基非晶态合金材料，其特征是其包括如下重量份的化学成分：　Ｆｅ　９１．０－９３．５　Ｓｉ　５．２－６．６　Ｂ　２．５－３．３　Ｃｒ　０．０５－０．２５　Ｃｕ　０．０１０－０．０３０　Ｃ０．０５－０．２０。

【技术特征摘要】
1、一种铁基非晶态合金材料，其特征是其包括如下重量份的化学成分Fe 91.0-93.5Si 5.2-6.6B2.5-3.3Cr 0.05-0.25Cu 0.010-0.030C0.05-0.202、 如权利要求1所述的铁基非晶态合金材料，其特征是所述化学成分的重量份配比选择 Fe 91.0-92.5 Si 5.3-6.2B 2.55-3.1Cr 0,05-0.15Cu 0.010-0.020C 0.05-0.153、 一种如权利要求1或2所述的铁基非晶态合金材料的制备方法，包括如下步骤将含有所述化学成分的原料在真空状态下进行熔融，之后于常压下除渣获得母合金钢液。4、 如权利要求3所述的铁基非晶态合金材料的制备方法，其特征是使母合金钢 液在1340—1380'C的温度下冷却喷带，制成薄带产品。5 、如权利要求3所述的铁基非晶态合金材料的制备方法，其特征是还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴更生，吴海，
申请(专利权)人：吴更生，吴海，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]