一种利用铁水的高碳铁基非晶合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种利用铁水的高碳铁基非晶合金及其制备方法。本发明专利技术提供一种高碳铁基非晶合金，所述高碳铁基非晶合金由通式FeαCβSiγBxPyCrz表示，所述α、β、γ、x、y及z分别为铁（Fe）、碳（C）、硅（Si）、硼（B）、磷（P）及铬（Cr）的原子%，所述α为α=100-（β+γ+x+y+z）原子%，所述β为13.5原子%≤β≤17.8原子%，所述γ为0.30原子%≤γ≤1.50原子%，所述x为0.1原子%≤x≤4.0原子%，所述y为0.8原子%≤y≤7.7原子%，而且所述z为0.1原子%≤z≤3.0原子%。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种铁基非晶合金及其制备方法，更具体地涉及利用铁水的低成本高碳铁基非晶合金及其制备方法。
技术介绍
非晶合金是指像液体具有不规则(非晶质)原子结构的合金(amorphous alloy)。这种非晶合金，在熔融状态对金属进行淬火时，以大于或等于临界冷却速度(critical cooling rate)的速度进行冷却,此时原子没有规则排列后结晶的时间，因此液态的无序的原子排列状态保持到固态。S卩，以比临界冷却速度快的速度冷却的液相，在平衡融点以下的过冷液相区(Supercooled Liquid Region),液相的粘性变得非常高,从而液相内原子的流动性将大幅降低。因此，在非常快的冷却速度中，失去流动性的原子会固着在非平衡态结构内，从而显示固态的特性。将具有上述结构的合金统称为非晶合金(amorphous alloy)。由于非晶合金存在上述结构特性，因此具有非晶结构的材料显示出与现有的结晶完全不同的物理、化学及机械特性。例如，非晶合金相对一般金属合金显示出高强度、低摩擦系数、高抗腐蚀性、优秀的软磁性及超导性等优秀特性。因此，作为结构及功能性材料，上述非晶合金是在工程学上应用可能性非常高的材料。非晶合金的初期研究涉及Au-Si共晶合金。当淬火(quenching)上述Au-Si共晶液态时，形成金属非晶相。之后很多研究人员对金属非晶材料的结构及物理性质进行了研`究。非晶合金的弹性非常强，具有接近于理论强度的屈服强度，显示出较低的电传导度及热传导度，在磁性方面显示出高导磁率和低保磁力。而且，非晶合金的特征在于，具有高抗腐蚀性，作为声波的介质显示出低衰减现象。而且，在制备工艺中，非晶合金也被熟知为在能量、资本及时间方面比较具有经济性。然而，由液相制备非晶合金时，在熔融点与玻璃化温度(Glass TransitionTemperature)之间为了抑制核生成及核成长，冷却速度(105K/s_106K/s以上)需要充分。基于上述理由，在制备非晶合金时，厚度有限制(60 μ m以下)。因此，非晶合金通过可快淬(Rapid Quenching)的制备方法,例如气体雾化(gas atomization)法、落管(drop tube)法、熔融纺丝(melt spinning)法及喷派急冷(splat quenching)法等方法进行制备。如此，以快淬(Rapid Quenching)方式制备非晶合金时,必然存在一定局限性，即非晶合金被制备成易放热的一维、二维试片形状，如粉末、带、薄板。然而，近年来，非晶合金被要求应用于利用非晶合金特征的高性能及结构金属材料。以这种用途使用的非晶合金不仅非晶形成能力优秀，即使在低临界冷却速度也可以形成非晶相，同时，非晶合金需制备成块状的必要性正逐渐抬头。一方面，铁基非晶合金通常作为磁性材料使用了数十年，用作高性能结构材料的适用研究进行得很活跃。然而，考虑到非晶形成能力，现有铁基非晶合金使用经碳及杂质除去工艺而几乎不含杂质的高价的高纯度原料，或者含有大量的多个高价元素，难以制备成块状。基于上述理由，现有的铁基非晶合金，由于在制备工艺中原料价格的上升，以及熔解并铸造时应在真空或者氩气(argon gas )气氛等的特殊气氛下精密制备，所以成本高，从而工业生产方面暗含很多问题。因此，为了将非晶合金所具有的多个有用的特性实质性地在产业上适用，需要开发具有经济性的原料和可大量生产的铁基非晶合金。
技术实现思路
本专利技术提供一种具有经济性的原料和可大量生产的高碳铁基非晶合金。而且，本专利技术还提供一种具有经济性的原料和可大量生产的高碳铁基非晶合金的制备方法。本专利技术一实施例提供一种 高碳铁基非晶合金，其由通式FeaCeSiYBxPyCrz表示，所述α、β、γ、χ、γ及ζ分别为铁(Fe)、碳(C)、娃(Si)、硼(B)、磷(P)及铬(Cr)的原子％,所述a为a =100- ( β + Y+x+y+z)原子％,所述β为13.5原子％彡β ( 17.8原子％,所述Y为0.30原子％彡Y彡1.50原子％，所述χ为0.1原子％彡χ彡4.0原子％，所述y为0.8原子％彡y彡7.7原子％，而且所述ζ为0.1原子％彡ζ彡3.0原子％。所述高碳铁基非晶合金直接使用在钢铁厂炼铁工艺的高炉中生产的铁水。此时使用的铁水中，碳(C)含量优选为13.5原子％以上。更优选地，铁水的组成中铁(Fe)为80.4原子％ ^ Fe ^ 85.1原子％，碳(C)为13.5原子％彡C彡17.8原子％，硅(Si)为0.3原子％彡Si彡1.5原子％，磷(P)为0.2原子％彡P彡0.3原子％。而且，制备好的高碳铁基非晶合金为带、块和粉末中任一种形状。本专利技术另一实施例提供一种闻碳铁基非晶合金的制备方法，包括:i)准备碳(C)含量为13.5原子％以上的高炉铁水的步骤；ii)在所述铁水中，添加Fe-Si合金铁、Fe_B合金铁、Fe-P合金铁和Fe-Cr合金铁中的至少一种并将其熔化的步骤；iii)使熔化有所述合金铁的铁水具有由下面通式表示的组成的准备步骤；(由通式 FeaCe Si ^BxPyCrz 表示，所述 a、β、γ、x、y 及 ζ 分别为铁(Fe)、碳(C)、硅(Si)、硼(B)、磷(P)及铬(Cr)的原子％,所述a为a =100- ( β + Y +x+y+z)原子％,所述β为13.5原子％彡β彡17.8原子％，所述Y为0.30原子％彡Y (1.50原子％，所述χ为0.1原子％彡χ彡4.0原子％，所述y为0.8原子％彡y彡7.7原子％，而且，所述ζ为0.1原子％彡ζ彡3.0原子％)iv)快淬所述准备好的铁水的步骤。优选地，此时使用的铁水中铁(Fe)为80.4原子％ ^ Fe ^ 85.1原子％，碳(C)为13.5原子％彡C ( 17.8原子％，硅(Si)为0.3原子％彡Si彡1.5原子％，磷(P)为0.2原子％ < P < 0.3原子％。而且，还可将所述铁水淬火后，再次进行熔融，之后快淬为非晶合金。而且,所述快淬步骤可使用直接快淬模具的方法、熔融纺丝(melt spinning)及雾化法中任一种方法。以如上方法制备的所述高碳铁基非晶合金为带、块及粉末中一种形状。本专利技术具有提供低价铁基非晶合金的技术效果。根据本专利技术一实施例的铁基非晶合金，不进行作为碳及杂质除去工艺的炼钢工艺，利用在综合钢铁厂的高炉(BlastFurnace)等中大量生产的含高浓度碳(13.5原子％以上)的铁水。而且，本专利技术具有提供铁基块状非晶合金的技术效果。根据本专利技术一实施例的铁基非晶合金，临界冷却速度低，非晶形成能力优秀，杂质导致非晶形成能力下降的现象显著减少，因此即使使用一般钢铁厂用合金铁(Fe-B、Fe-P, Fe-Si, Fe-Cr等)，也可充分制备非晶合金。而且，本专利技术具有如下技术效果。根据本专利技术一实施例的铁基非晶合金，作为合金原料使用铁水和所述合金铁时，在合金的成分浓度中，使铁水的成分中平均碳浓度一贯达到13.5原子％以上，从而使低价铁水的使用量达到最高，并且仅添加满足用于形成非晶的最小临界浓度的高价硼和磷，既保持了不亚于现有合金的非晶形成能力，且确保了高经济性。附图说明图1为显示根据实施例1制备的高碳铁基非晶合金的X射线衍射分析结果的图表。图2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.20 KR 10-2010-00806101.一种高碳铁基非晶合金，由通式FeaCeSi^BxPyCrz表示，所述a、β、Y、x、y及z分别为铁(Fe)、碳(C)、硅(Si)、硼(B)、磷(P)及铬(Cr)的原子％，所述a为a =100- ( β + Y +x+y+z)原子％,所述β为13.5原子％彡β彡17.8原子％，所述Y为0.30原子K Y ^1.50原子％，所述X为0.1原子％彡X彡4.0原子％，所述y为0.8原子％彡y彡7.7原子％，而且所述ζ为0.1原子％彡ζ彡3.0原子％。2.根据权利要求1所述的高碳铁基非晶合金，所述高碳铁基非晶合金通过直接使用在钢铁厂炼铁工艺的高炉中生产的铁水来制备。3.根据权利要求2所述的高碳铁基非晶合金，所述铁水的碳含量为13.5原子％以上。4.根据权利要求1至3中任一项所述的高碳铁基非晶合金，所述铁水中铁(Fe)为80.4原子％ ^ Fe ^ 85.1原子％，碳(C)为13.5原子％彡C彡17.8原子％，硅(Si)为0.3原子％彡Si彡1.5原子％，磷(P)为0.2原子％彡P彡0.3原子％。5.根据权利要求4所述的高碳铁基非晶合金，所述高碳铁基非晶合金的形状为带、块和粉末中一种形状。6.—种高碳铁基非晶合金的制备方法,包括: 准备碳(C)含量为13.5原子％以上的高炉铁水的步骤； 在所述铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：金尚远，卞甲植，孙荣根，朴彦柄，尹相勋，河相旭，权五俊，崔承德，李承勋，
申请(专利权)人：浦项产业科学研究院，POSCO公司，
类型：
国别省市：