一种高铁含量的块体铁基非晶合金及其制备方法技术

一种高铁含量的块体铁基非晶合金及其制备方法属于块体铁基非晶合金制备技术领域。其化学表达式为：ＴＭ１（ａ）－ＴＭ２（ｂ）－ＡＭ１（ｃ）－ＡＭ２（ｄ）－ＡＭ３（ｅ）－ＡＭ４（ｆ）；其中ＴＭ１＝Ｆｅ；ＴＭ２＝Ｍｏ；ＡＭ１＝Ｐ；ＡＭ２＝Ｃ；ＡＭ３＝Ｂ；ＡＭ４＝Ｓｉ。制备方法为：将配好的原料熔炼成母合金；烧制好氧化硼包覆剂；当氧化硼包覆剂清澈且无气泡时，将母合金置于其中；在高于合金熔点５０Ｋ～２５０Ｋ的温度下反复提纯至合金界面无气泡且稳定为止；将提纯好的母合金置于感应炉中熔化，后喷射或吸铸到铜模中冷却得到块体铁基非晶合金。本发明专利技术的合金具有高形成能力、高强度、优异的软磁性等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于块体铁基非晶合金制备
，特别涉及一种主要应用于软磁材料、结构材料和耐腐蚀材料的具有高强韧性、软磁性和良好形成能力的新型高铁含量铁基 非晶合金材料。
技术介绍
钢铁材料因其低廉的价格，丰富的资源，可回收利用和可加工性等特点已经广泛 应用了 3000多年。近年来，随着科技的发展，兼具新颖的结构特性和功能特性的高技术 材料日趋成为材料科学研究中的热点之一。通过将合金组成从气态或液态快速凝固制备的 非晶合金因不具有长程原子有序而形成特殊的非晶态结构，这种非晶态结构导致了非晶合 金具有不同于传统晶体合金的独特的力学性能、磁性能、耐蚀性、电性能等，使非晶合金成 为材料研究中非常重要的领域。 自从1965年人们发现了 Fe-P-C铁基非晶合金具有铁磁性以后，铁磁性非晶合金 引起人们极大的关注，并很快发现了一系列(Fe-P)、 (Fe-C)、 (Fe_B)基的铁基非晶合金。 这些非晶合金以及在其基础上获得的纳米晶合金材料具有卓越的软磁性，如高饱和磁感应 强度、高磁导率和低矫顽力、低损耗，同时还具有高强度、高耐腐蚀性等特点，因此被认为是 一种最具吸引力的工业金属材料。日本、美国、中国等国家已开始采用这些材料制备薄带 作为变压器等的铁芯材料，并且因其加工工艺简单、损耗低、体积小、效率高等优点而获得 巨大的经济效益和社会效益。但由于这些合金的非晶形成能力低，制备非晶合金需要很高 (106K/s以上)的冷却速率，通过单辊法或双辊法制备的薄带的厚度通常低于O. lmm。所以 由这些薄带制备的变压器铁芯的占空系数只有75-85%，明显低于传统的厚度约0. 3mm硅 钢片叠片铁芯的95%。因此，为促进非晶合金材料在变压器等器件上的进一步商业化应用， 迫切需要具有高非晶形成能力的铁基非晶合金的出现。 自从上世纪90年代以来，许多材料科研工作者一直致力于块体铁基非晶合金的 研发，并在Fe-(A1， Ga)-(P， C， B， Si) 、Fe-(Zr， Hf， Nb， Ta)-B、 Fe-(Cr， Mo)-C-B-P等合金体 系中成功制备了一系列毫米级的块体非晶合金。但是，伴随着铁基非晶合金形成能力的提 高，铁基合金中铁元素的含量因其他元素的添加、替换而减少。目前多数铁基块体非晶合金 中铁元素含量远低于商业用薄带非晶合金(80-81%，原子百分比)，通常铁含量小于等 于70at^。并且，暂未间报道开发出含铁量高于 77%的铁基块体非晶合金材料。由于铁 元素是铁基非晶合金中的主要铁磁性元素，铁元素含量的降低对铁基非晶合金的优异磁性 能和力学性能有严重影响。因此，开发具有高铁含量、高强韧性、优异软磁性、高非晶形成能 力的新型铁基块体非晶合金材料一项富有挑战性、同时由具有巨大吸引力的研究工作，因 为这种新型高铁含量铁基块体非晶合金材料不仅因其具有高强韧性可作为精密结构材料， 而且可以利用其优异的软磁性和耐腐蚀性作为小型变压器等磁性器件的主要材料。因此开 发新型高铁含量铁基非晶合金，将会有非常广阔的工业应用前景。
技术实现思路
本专利技术提出了一种具有高铁含量(铁含量大于77at% )、高强韧性、优异软磁性、 高非晶形成能力的铁基块体非晶合金材料，这种新型高铁含量铁基块体非晶合金材料将可 用作精密结构材料、小型变压器等磁性材料。 本专利技术的高铁含量的块体铁基非晶合金的化学表达式为 TM丄(a) _TM2 (b), (c) _AM2 (d) _AM3 (e) _AM4 (f) 其中TM丄=Fe ;TM2 = Mo ;AM丄=P ;AM2 = C ;AM3 = B ;AM4 = Si ; 其中a， b， c， d， e， f为各组元的原子百分数，取值范围分别为78《a《81， b =1，7.5《c《9，5.5《d《6.5，2《e《3.5，2《f《3; 且18《c+d+e+f《21， a+b+c+d+e+f = 100。 本专利技术的高铁含量的块体铁基非晶合金的制备方法含有以下步骤 1)根据合金成分配比进行配料； 2)在真空感应熔炼炉中将原料反复熔炼制成母合金； 3)将氧化硼包覆剂在真空条件下，在1200K 1400K的温度下保温，去除水分； 4)当氧化硼包覆剂清澈且无气泡时，在真空条件下将上述母合金置于氧化硼包覆 剂中；并在真空条件下、在高于合金熔点50K 250K的温度条件下提纯，在提纯过程中让合 金熔体冷却至凝固、然后再升温熔化提纯，并重复上述凝固和熔化过程，直至再次熔化时合 金界面无气泡产生，且界面稳定为止； 5)将提纯好的母合金置于快速凝固装置的感应炉中熔化，熔化后喷射或吸铸到铜 模中冷却得到所述块体铁基非晶合金。 所述步骤4)中，母合金在真空条件下，在氧化硼包覆剂中提纯的时间为2小时以 上。 实验证明，本专利技术制备得到的块体铁非晶合金具有高形成能力、低熔化温度、高强 度、较好的塑性变形能力，优异的软磁性等特点，因此同时具有优异的力学性能和软磁性附图说明 图1是F MoACe.5B^Si2的非晶合金棒材表面形貌照片及其2mm直径试样的X射 线衍射图谱； 图2是Fe78M0lP9C6.5B3.5Si2合金直径lmm非晶合金试样压縮应力应变曲线； 图3是Fe78M0lP9C6.5B3.5Si2非晶合金磁滞回线； 图4是Fe8。M0lP8C6B2Si3非晶合金棒材和提纯后母合金表面形貌照片，以及其棒材 试样的X射线衍射图； 图5是Fe8。M0lP8C6B2Si3非晶合金热分析曲线； 图6是Fe8。M0lP8C6B2Si3非晶合金磁滞回线； 图7是Fe81M0lP7.5C5.5B2Si3非晶合金棒材和提纯后母合金表面形貌照片，以及其棒 材试样的X射线衍射图； 图8是Fe81M0lP7.5C5.5B2Si3非晶合金磁滞回线。具体实施例方式本专利技术是一种具有塑性和软磁性的铁基块体非晶合金材料，所述铁基非晶合金的 组成化学表达式如下 TM丄(a) _TM2 (b), (c) _AM2 (d) _AM3 (e) _AM4 (f) TM丄=Fe ; TM2 = Mo ; = P ; AM2 = C ; AM3 = B ; AM4 = Si ; 其中a， b， c， d， e， f为各组元的原子百分数(at % )，其取值范围分别为78《a《81，b=l，7.5《c《9，5.5《dC5，2《e《3.5，2《f《3; 且18《c+d+e+f《21， a+b+c+d+e+f = 100。 本专利技术的制备方法是先将按比例配制好的Fe-P预合金和其他原料置于真空感应 熔炼炉中冶炼母合金。然后将母合金置于烧好的氧化硼包覆剂中，在真空条件下、在高于其 熔点约50 245K的温度条件下进行提纯约2小时以上。在提纯过程中让合金熔体冷却至凝 固、然后在升温熔化提纯，并重复上述凝固-熔化过程，直至再次熔化时合金界面无气泡产 生、界面稳定为止。将提纯后的母合金置于快速凝固装置的感应炉中熔化，通过铜模铸造方 法，采用喷射或吸铸方式铸入铜模中的方式，直接得到非晶态合金块体样品材料；也可用甩 带方法制备非晶合金薄带。 制备得到的块体铁非晶合金具有高形成能力。在合金组成成分的区域内，可以将 其制备得到lmm以上的非晶合金棒材，局部区域可以获得2mm的非晶合金棒材。此外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高铁含量的块体铁基非晶合金，其特征在于，其化学表达式为：　　ＴＭ↓［１］（ａ）－ＴＭ↓［２］（ｂ）－ＡＭ↓［１］（ｃ）－ＡＭ↓［２］（ｄ）－ＡＭ↓［３］（ｅ）－ＡＭ↓［４］（ｆ）　　其中ＴＭ↓［１］＝Ｆｅ；ＴＭ↓［２］＝Ｍｏ；ＡＭ↓［１］＝Ｐ；ＡＭ↓［２］＝Ｃ；ＡＭ↓［３］＝Ｂ；ＡＭ↓［４］＝Ｓｉ；　　其中ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ为各组元的原子百分数，取值范围分别为７８≤ａ≤８１，ｂ＝１，７．５≤ｃ≤９，５．５≤ｄ≤６．５，２≤ｅ≤３．５，２≤ｆ≤３；　　且１８≤ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ≤２１，ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００。

【技术特征摘要】
一种高铁含量的块体铁基非晶合金，其特征在于，其化学表达式为TM1(a)-TM2(b)-AM1(c)-AM2(d)-AM3(e)-AM4(f)其中TM1＝Fe；TM2＝Mo；AM1＝P；AM2＝C；AM3＝B；AM4＝Si；其中a，b，c，d，e，f为各组元的原子百分数，取值范围分别为78≤a≤81，b＝1，7.5≤c≤9，5.5≤d≤6.5，2≤e≤3.5，2≤f≤3；且18≤c+d+e+f≤21，a+b+c+d+e+f＝100。2. 如权利要求1所述的块体铁基非晶合金的制备方法，其特征在于，含有以下步骤1) 根据合金成分配比进行配料；2) 在真空感应熔炼炉中将原料反复熔炼制成母合金；3) 将氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚可夫，刘凤娟，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]