[发明专利]Fe基非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非晶软磁合金，特别是涉及一种Fe基非晶合金及其制备方法。

背景技术

由于非晶合金原子无序堆砌，没有晶界、位错等钉扎磁畴壁的缺陷，从而具有优异的软磁性能，如高饱和磁感应强度、高磁导率、低矫顽力及低损耗等。非晶合金的生产过程相比于传统晶态软磁合金具有流程短、工艺简单、节约能耗的优点，已被大量应用于制作电力行业的配电变压器铁芯、电感铁芯和传感器等，成为电力、电子和信息领域不可缺少的重要基础材料。非晶合金虽然具有晶态材料所无法比拟的优异性能，但是制取这些非晶合金大都需要超过10⁵K/s的极高的冷却速率，使得到的材料厚度通常局限在50μm以下，极大的限制了这类材料进一步的应用。另一方面，在低频电磁元件中，铁芯的输出功率主要由工作磁感应强度决定，高的工作磁感应强度可以得到大的输出功率并减小体积，因此，提高材料的饱和磁感应强度对电子装置小型化具有重要意义。如何制备出兼具高饱和磁感应强度和大非晶形成能力的Fe基非晶合金一直是国际上一个重要的研究课题。

1995年日本东北大学的Inoue研究组利用铜模喷铸法首次获得了大非晶形成能力(临界直径达2mm)的Fe-(Al，Ga)-(P，C，B，Si，Ge)系铁基块体非晶合金。因其具有宽的过冷液相区，高的饱和磁感应强度和低的矫顽力等优异的软磁特性，而倍受人们关注。随后又在Fe-(Co，Zr，Nb，Ta，Mo，W)-B合金体系中，利用铜模铸造法获得了当时玻璃形成能力最强的Fe基块体非晶合金Fe₆₁Co₇Zr₁₀M o₅W₂B₁₅，临界直径可达6mm。此后，一系列铁基软磁块体非晶合金系，诸如F e-(Cr，Mo)-Ga-P-(C，B)、Fe-Ni-P-B、(Fe，Co)-B-Si-Nb等相继问世。铁基块体非晶合金具有高的热稳定性和大非晶形成能力，可以有效解决目前限制铁基非晶合金进一步应用的尺寸限制问题，并且由于合金内部的缺陷数目大幅减少，在尺寸相同的情况下其软磁性能更加优异。

通过研究目前铁基块体非晶合金体系的组成我们不难发现这些合金具有一个共同的特征——都是在真空及Ar的保护下进行铸造的，有的还需要fluxing处理，这无疑会增加制备成本，延长生产周期，非常不利于工业化生产。另一方面添加Al、Ga、Nb、Mo、Y等非晶形成元素，不仅会提高合金的成本，也会由于降低了合金的抗氧化性而不利于生产，更为重要的是会降低Fe基非晶合金的饱和磁感应强度。

发明内容

本发明解决的技术问题是：开发一种只含有少量非晶形成元素的低成本铁基块体非晶合金，该合金可以在大气中制备，并且兼具1.4T以上的高饱和磁感应强度和可制备直径1mm以上棒材的大非晶形成能力。

本发明提供一种低成本、高饱和磁感应强度和大非晶形成能力的Fe基非晶合金，这种Fe基非晶合金的组成为Fe_aB_bSi_cP_dNb_e，其中，a、b、c、d、e为各组分的原子百分含量，且满足70≤a≤80，4≤b≤12，2≤c≤12，4≤d≤15，0≤e≤4。

通过在传统Fe-Si-B非晶合金中添加少量的Nb和P，使本发明Fe基非晶合金兼具高非晶形成能力，优异磁性能和力学性能等特点。

所述Fe基非晶合金中Fe原子的原子百分含量a优选为76≤a≤79；

所述Fe基非晶合金中B原子的原子百分含量b优选为8≤b≤10；

所述Fe基非晶合金中Si原子的原子百分含量c优选为5≤c≤9；

所述Fe基非晶合金中P原子的原子百分含量d优选为4≤d≤6；

所述Fe基非晶合金中Nb原子的原子百分含量e优选为1≤d≤2；

所述Fe基非晶合金，冷液相区间宽度为40K≤ΔT_x≤57K。

所述Fe基非晶合金的制备方法，包括如下步骤：

1)称取各元素

按上述合金组成表达式进行配料；

2)制备母合金

在氩气气氛下用感应熔炼炉或电弧熔炼炉将合金原料熔炼成均匀的钢液，随炉冷却或注入模具冷却成母合金；

3)制备Fe基非晶合金带材、棒材

将步骤2)中制得的母合金熔化成钢液，在大气中用单辊急冷法将钢液快速冷却，制备Fe基非晶合金带材，或者在大气中用铸造法将钢液快速冷却，制备Fe基非晶合金棒材；