[发明专利]一种高铁含量的非晶软磁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性功能材料领域，特别涉及一种高铁含量的非晶软磁合金及其制备方法。

背景技术

铁基非晶/纳米晶软磁合金是一种具有特殊结构和优越性能的新型材料，具有极佳的软磁性(较低的矫顽力、较高的磁导率和较低的铁芯损耗)、机械性能和耐腐蚀性等优点，得到广泛研究和应用。而且其制备工艺简单、节能环保，被誉为21世纪新型绿色节能材料，得到高度的重视和深入的研究已有产业化商品问世。例如1975年由美国联合化学公司经专利授权采用平面铸造技术制备的(Fe，Co)-Si-B非晶合金条带^[1]，首次实现了铁基非晶软磁材料的商业化。产品Metglass2605SA1淬态饱和磁感应强度1.56T，退火后矫顽力约20A/m，广泛应用于软磁非晶铁芯和其他软磁材料领域。

为了进一步提高磁性元件的性能和集成化，人们近些年致力于开发具有高饱和磁感应强度的非晶/纳米晶软磁合金成分。通过提高合金成分中铁元素的含量，可以进一步提高合金的饱和磁感应强度，同时降低合金的成本。例如，现有技术中也有报道Fe原子百分含量接近82％的若干系列Fe-Si-B系、Fe-Si-B-C系和Fe-Si-B-P-C系非晶合金^[2～6]，获得了优越的磁性能和其他物理性能。

最近，申请人开发了铁含量为83-85at％的Fe-Si-B-P-(C)合金系，退火态合金饱和磁感应强度不低于1.6T，其中最高可达1.72T，同时该合金系具有优越的软磁性，矫顽力低于10A/m，起始磁导率可超过10000。另外，该合金系在退火后仍能保持弯折韧性，对折不断^[7]。

申请人进一步尝试合成具有更高饱和磁感应强度的非晶合金。但是，铁含量的增加会降低成分的非晶形成能力，导致单一非晶相合金的获得存在铁含量的最大值。根据目前报道的文献，铁-非金属合金系获得单一非晶相铁含量的最大值为85at％。有研究指出，添加少量过渡元素能够增强合金的非晶形成能力，因此，期待在成分中添加少量过渡元素以改变非晶结构的原子构象，从而获得铁含量高于85at％的非晶软磁合金。同时，过渡元素的加入有助于提高合金的耐蚀性，使其获得更加优越的综合性能。

[参考文献]

[1]美国专利第3856513号公报；

[2]日本特表平5-503962号公报；

[3]日本特开平7-100597号公报；

[4]日本特表2001-508129号公报；

[5]美国专利第4217135号公报；

[6]美国专利公开第2004/0140016号公报；

[7]中国专利第104745972号公报。

发明内容

本发明为了获得更高饱和磁感应强度的非晶软磁合金，在现有技术的基础上进一步提高铁元素含量，并通过添加少量过渡元素获得改善短程有序特征的原子构象，从而增强了合金的非晶形成能力和耐蚀性，同时通过科学的成分设计，使合金具备优良的软磁性和退火弯折韧性，以获得优良的综合性能。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种高铁含量的非晶软磁合金，其成分具有如下表达式Fe_mM_nSi_aB_bP_cC_d，其中M表示Cr、Mo、Nb三种元素的至少一种，m、n、a、b、c和d分别表示各组份的原子百分比，且满足以下条件83≤m≤87，0.5≤n≤2，1≤a≤5，5≤b≤10，1≤c≤5，0≤d≤3，m+n+a+b+c+d＝100。

本发明高铁含量的非晶软磁合金在居里温度和晶化温度之间某一温度下退火，不会析出晶体相；退火后保持弯折韧性，对折不断；退火后合金饱和磁感应强度(B_s)不低于1.4T，矫顽力(H_c)不高于15A/m；在25℃NaCl水溶液中腐蚀电流密度(I_corr)不高于10^-5A/cm²；退火态合金的腐蚀电流密度比淬态至少降低一个数量级。

上述高铁含量的非晶软磁合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按照权利要求1所述高铁含量的非晶软磁合金的合金成分表达式进行配料；

步骤二、在惰性气体的保护下，采用高频感应熔炼炉将步骤一配置的原料熔炼成均匀的合金液体并冷却，熔炼的真空度不高于9.5×10^-3Pa；