[发明专利]Fe-B-Si系块体纳米晶软磁合金及其制备方法

摘要

本发明公开一种Fe‑B‑Si系块体纳米晶软磁合金及其制备方法。该合金的表达式为Fe100‑a‑b‑c‑d‑eCoaBbSicMdCue，M为Zr、Hf、Ta和Ti元素中的一种或多种元素，0≤a≤20，10≤b≤20，5≤c≤10，1≤d≤4，0.4≤e≤1，余量为铁，Fe+Co≤78。样品制备过程中可使用海绵Zr或Zr‑Hf合金等低纯原料，降低了样品的制作成本。以铸造合金为前驱体，可制备获得最大直径为3.5mm的棒状块体纳米晶合金。或以球形非晶粉末为前驱体，可制备获得任意形状和尺寸的块体纳米晶合金。块体纳米晶合金的最大饱和磁感应强度可达1.65T，矫顽力均低于10A/m。

主权项

1.Fe‑B‑Si系块体纳米晶软磁合金，其特征在于：所述块体纳米晶软磁合金兼具高饱和磁感应强度和低矫顽力，该合金的表达式为：Fe100‑a‑b‑c‑d‑eCoaBbSicMdCue，所述表达式中，M为Zr、Hf、Ta和Ti元素中的一种或多种元素，a、b、c、d和e别对应为各组分的原子百分比含量，组分Fe+Co的原子百分比含量满足：68≤Fe+Co≤78；所述组分Co的原子百分比含量a的取值范围为0≤a≤10；所述组分B的原子百分比含量b的取值范围为13≤b≤18；所述组分Si的原子百分比含量c的取值范围为5≤c≤8；所述组分M的原子百分比含量d的取值范围为1.5≤d≤3；所述组分Cu的原子百分比含量e的取值范围为0.5≤e≤0.8；所述块体纳米晶软磁合金通过以下步骤制得，步骤一，备料：将所述块体纳米晶软磁合金的原子百分比转换成质量百分比，然后按质量百分比进行配料；步骤二，合金锭的熔炼：将步骤一中称量好的各类单质和合金原料混合，放入真空熔炼炉内，在气体保护下进行电磁感应或非自耗电弧熔炼，合金锭熔炼完成后的质量损失控制在百分之一以内；步骤三，非晶前驱体的制备：将合金锭制备成块体非晶前驱体和球形粉末非晶前驱体：(1)块体非晶前驱体的制备过程：将合金锭置于底部开有小孔的石英管中，在气体保护下进行电磁感应快速熔炼并保温，保温结束后开启吹铸装置，让合金熔体喷入圆柱形水冷铜模腔体内，快速冷却，制备获得圆柱状块体非晶前驱体；或在气体保护下，由电弧直接将合金锭融化，然后在负压下吸入圆柱形水冷铜模型腔体内，快速冷却，制备得到圆柱状块体非晶前驱体；(2)球形粉末非晶前驱体的制备过程：利用传统的气雾化法或旋转电极法在气体保护环境中将合金锭制备成球形粉末非晶前驱体；步骤四，块体纳米晶合金的制备：将经过铜模铸造法获得的棒状块体非晶前驱体置于退火炉中，在真空或气体保护环境中进行等温晶化退火，最终获得软磁性能优异的铁基块体纳米晶合金；或将步骤三中制备获得的球形粉末非晶前驱体置于热压烧结装置中，在真空或气体保护环境中烧结成所需形状和尺寸的块体纳米晶合金；其中所述晶化退火温度为非晶前驱体的晶化温度以上1‑60℃，退火时间为5‑60min，样品的升温速率控制在10‑200℃/s；之后在空气中自然冷却或随退火炉冷却。