一種少組元低成本高飽和磁感應強度的鐵基軟磁非晶合金及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發明屬于金屬材料領域，涉及一種少組元低成本高飽和磁感應強度的鐵基軟磁非晶合金及其制備工藝。本發明鐵基軟磁非晶合金，所述的合金中各元素的原子百分比如下：5％≤硼≤12％，3％≤磷≤10％，0.5％≤錫≤5％，80％≤鐵≤84.5％。本發明生產成本低、工藝簡單；制備的軟磁非晶合金具有飽和磁化強度高、矯頑力低的特點，適合用于變壓器鐵芯、非晶電機等器件，應用于電力、電子、信息、通訊等領域。
【專利說明】
-種少組元低成本高飽和磁感應強度的鐵基軟磁非晶合金及 其制備工藝
技術領域
[0001] 本發明屬于金屬材料領域，特別是設及了一種少組元、低成本、高飽和磁感應強度 的鐵基軟磁非晶合金及其制備工藝。
【背景技術】
[0002] Fe-XU為類金屬8、51、？、(：等)非晶合金中無高成本的妮、錯、鋼、稀±等元素，僅利 用低成本的化-P、Fe-B、Fe-C Je-Si中間合金通過烙甩工藝制成，是綜合性能較為優異的金 屬磁性功能材料，廣泛應用于輸配電、電子信息、新能源汽車等行業，滿足我國節能減排的 重大需求。但與娃鋼相比，目前生產的鐵基非晶的飽和磁感應強度較低，造成非晶產品體積 較大，材料使用量和成本增加，其應用受到局限。
[0003] 增加 Fe含量是提高飽和磁感應強度的有效手段，同時類金屬的滲雜對改善非晶形 成能力尤為重要。而類金屬滲雜通常是經驗式，缺乏科學的理論指導。目前公布的專利文件 及發表的文章中，高鐵含量的鐵基軟磁非晶合金中大多含有較多類金屬組元，其中棚是與 鐵形成共晶點的保證非晶形成的基礎元素，憐、娃、碳等的加入對非晶形成能力有促進作 用。如中國專利文件CNl 124362C公開了 一種表達式為Fe-Si-B-C-P的五組元合金，雖提到憐 的加入對提高鐵基非晶中鐵的含量有益處，且能擴大最佳退火范圍，但未提出憐的加入方 式及合金的烙煉工藝。中國專利CN104946962A公開的一種添加憐和碳的烙煉工藝，如碳采 用生鐵、中高碳鋼、石墨等方式添加，憐的添加通過向工業純度的憐鐵中加入氧化鐵高溫烙 煉，并在通氣氣的氣氛中攬拌，得到精煉憐鐵。其制備含憐和含碳的鐵基非晶條帶預合金時 工藝繁瑣。中國專利文件CN101935812B公開了一種高飽和磁感應強度的鐵基非晶軟磁合金 及其制備方法，在高壓氮氣作為保護氣氛下進行冶煉和制備，可獲得高鐵含量的Fe-Si-B-P-C-N-M(M為Mn或/和Cr)軟磁非晶合金。上述專利文件中的合金材料，大多含有碳，其作用 是提高非晶形成能力。但是由于碳烙點高、密度低等特點，直接烙煉不易加入，含量不易控 制。
[0004] 可見，組元過多會造成烙煉時成分不易控制，且每種組元的含量都可對合金的非 晶形成能力和軟磁性能造成影響，對產品的成分穩定性控制不利。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術的不足，本發明提供一種少組元、成本低、飽和磁化強度高的鐵基軟 磁非晶合金及其制備工藝。
[0006] 本發明的技術方案如下：
[0007] -種鐵基軟磁非晶合金，包含棚、憐和錫元素，所述的合金中各元素的原子百分比 如下：5% < 棚。2%，3% < 憐。0%，0.5% <錫<5%，80% <鐵<84.5%。
[000引根據本發明，優選的，所述的合金中各元素的原子百分比如下：8% <棚< 11%， 3% <憐<6%，1% <錫<3%，80% <鐵<84.5%。
[0009] 根據本發明，上述鐵基軟磁非晶合金的制備工藝，包括W下步驟：
[0010] (1)按原子百分比尸680%-84.5%、85%-12%、口3%-10%、511〇.5%-5%，稱取純 鐵、純錫、工業級鐵憐中間合金、工業級鐵棚中間合金;純鐵和純錫的純度含99.5%，得混合 料；
[0011] (2)在高純氣氣保護氣氛中將步驟（1)配好的混合料烙煉均勻，得母合金錠;將母 合金錠表面磨光、破碎，備用；
[0012] (3)將破碎的母合金錠烙化，制得固定形狀或粉末狀的化基非晶合金材料。
[0013] 根據本發明制備工藝，優選的，步驟(2)中烙煉過程在真空過程中進行，進一步優 選的，真空度為2-3 XlQ-3Pao
[0014] 根據本發明制備工藝，優選的，步驟(2)中烙煉后自然冷卻或誘注入模具中獲得母 合金錠。
[0015] 根據本發明制備工藝，優選的，步驟(3)中在氣氣氣氛下將母合金錠烙化，烙化溫 度為1400-155(TC;母合金錠烙化后制得帶材、棒材、塊體或粉末的化基非晶合金材料。可采 用單漉甩帶法、鑄造法或霧化法，按現有技術即可。
[0016] 本發明的有益效果：
[0017] 本發明通過合理的成分配比和工藝，制得少組元、低成本、高飽和磁感應強度的鐵 基軟磁非晶材料。Sn元素的烙點低(231.96°C)，有利于降低合金烙點，且原子半徑大，與鐵 基軟磁非晶中的組元可形成較大的錯配賭，有利于提高非晶形成能力。因此在提高Fe含量 的前提下，也可維持非晶形成能力，獲得較好的飽和磁感應強度和較低的矯頑力。且Sn對于 合金烙甩過程中在惰性氣體保護氣氛下易出現的a-Fe(200)晶面生長有強烈的抑制作用， 有利于獲得完全非晶條帶，降低制備非晶時保護氣氛的影響，運一點是其它專利中未提及 的。獲得的非晶條帶退火前飽和磁感應強度可達到1.4TW上，矯頑力低至5A/m，退火后飽和 磁感應強度可達1.67T W上。組元少，烙煉工藝簡單，易于實現工業化，具有優異軟磁性能， 可用于制備非晶變壓器鐵屯、、非晶電機等器件，應用于電力、電子、信息、通訊等領域。
【附圖說明】
[001引圖1為本發明試驗例1中實施例1和對比例1 -6得到的產品的X畑曲線圖。
[0019 ]圖2為本發明試驗例帥實施例1 -5和對比例7得到的產品的邸D曲線圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面通過具體實施例對本發明做進一步說明，但不限于此。
[0021] 實施例1
[0022] -種鐵基軟磁非晶合金，包含棚、憐和錫元素，所述的合金中各元素的原子百分比 如下:棚10%，憐5%，錫2%，鐵83%。
[0023] 制備步驟如下：
[0024] (1)原材料為純鐵(99.99%)、純錫(99.9%)、工業級鐵憐中間合金(憐質量百分比 為25.1 % )、工業級鐵棚中間合金(B質量百分比為18.9% );
[0025] 用天平按。683%、810%、？5%、5112%的原子百分比稱取原料，分別為。6:8.67邑， 化-P 中間合金：1.44g，Fe-B 中間合金：1.33g;Sn:0.55g;
[00%] (2)將原料放入真空感應烙煉爐中的玻璃管，用機械累和分子累抽真空至2X1(T 3Pa，充入高純氣氣進行電弧烙煉;烙煉取出后敲碎，檢查是否還有未烙原料，如有未烙料進 行第二次烙煉；
[0027] (3)取出錠料，用錐刀或砂紙將錠料表面清理干凈，然后做成塊料W備烙體甩帶 用；
[0028] (4)將小塊錠料放入底端有Imm小孔的石英管中進行甩帶，甩帶過程中采用高頻重 烙甩帶設備，烙體的噴射壓力為0.5M化，烙體的噴射溫度為1200°C，200mm直徑銅輪轉速為 2500轉/分，甩帶過程在氣氣保護下進行。
[00巧]按上述工藝得到的化83Bi日P日Sm非晶薄帶。
[0030] 實施例2
[0031] -種鐵基軟磁非晶合金，包含棚、憐和錫元素，所述的合金中各元素的原子百分比 如下:棚8.5%，憐4.5%，錫3%，鐵84%。
[0032] 制備步驟如下：
[0033] (1)原材料為純鐵(99.99% )、純錫(99.99% )、工業級鐵憐中間合金(憐質量百分 比為25.1 % )、工業級鐵棚中間合金(B質量百分比為18% );
[0034] 用天平按Fe84 %、B8.5 %、P4.5 %、Sn3 %的原子百分比稱取原料，分別為Fe : 8.82邑，化斗中間合金：1.26邑，尸6-8中間合金：1.1邑；511:0.81邑；
[0035] (2)將原料放入真空感應烙煉爐中的玻璃管，用機械累和分子累抽真空至2X1(T 3Pa，充入高純氣氣進行電弧烙煉;烙煉取出后敲碎，檢查是否還有未烙原料，如有未烙料進 行第二次烙煉；
[0036] (3)取出錠料，用錐刀或砂紙將錠料表面清理干凈，然后做成塊料W備烙體甩帶 用；
[0037] (4)將小塊錠料放入底端有Imm小孔的石英管中進行甩帶，甩帶過程中采用高頻重 烙甩帶設備，烙體的噴射壓力為0.5M化，烙體的噴射溫度為1250°C，200mm直徑銅輪轉速為 3000轉/分，甩帶過程在氣氣保護下進行。
[003引按上述工藝得到的化84B8.5P4.5Sn3非晶薄帶。
[0039] 實施例3
[0040] -種鐵基軟磁非晶合金，包含棚、憐和錫元素，所述的合金中各元素的原子百分比 如下:棚9%，憐4.5%，錫2%，鐵84.5%。
[0041 ] 制備步驟如下：
[0042] (1)原材料為純鐵(99.99 % )、純錫(99.99 % )、工業級鐵憐中間合金(P質量百分比 為25.1 % )、工業級鐵棚中間合金(B質量百分比為18.9% );
[0043] 用天平按Fe84.5 %、B9 %、P4.5 %、Sn2 %的原子百分比稱取原料，分別為Fe : 8.98g，化-P中間合金：1.28g，Fe-B中間合金：1.19g; Sn: 0.55g;
[0044] (2)將原料放入真空感應烙煉爐中的玻璃管，用機械累和分子累抽真空至2X1(T 3Pa，充入高純氣氣進行電弧烙煉;烙煉取出后敲碎，檢查是否還有未烙原料，如有未烙料進 行第二次烙煉；
[0045] (3)取出錠料，用錐刀或砂紙將錠料表面清理干凈，然后做成塊料W備烙體甩帶 用；
[0046] (4)將小塊錠料放入底端有Imm小孔的石英管中進行甩帶，甩帶過程中采用高頻重 烙甩帶設備，烙體的噴射壓力為0.5M化，烙體的噴射溫度為1200°C，200mm直徑銅輪轉速為 3200轉/分，甩帶過程在氣氣保護下進行。
[0047] 按上述工藝得到的化84.巧9P4.日Sm非晶薄帶。
[004引實施例4
[0049] -種鐵基軟磁非晶合金，包含棚、憐和錫元素，所述的合金中各元素的原子百分比 如下:棚9%，憐5%，錫2%，鐵84%。
[0050] 制備步驟同實施例1，得到的化84B9PsSn2非晶薄帶。
[0化1] 實施例5
[0052] -種鐵基軟磁非晶合金，包含棚、憐和錫元素，所述的合金中各元素的原子百分比 如下:棚9%，憐4.5%，錫2.5%，鐵84%。
[0化3] 制備步驟同實施例1，得到的化84B9P4.5Sn2.5非晶薄帶。
[0054] 對比例1
[0055] 如實施例1所述，不同的是：
[0化6] 合金中各元素的原子百分比如下:棚10%，憐5%，儀2%，鐵83%。
[0057] 制備步驟同實施例1，得到的!^ssPsBio化褲帶。
[0化引對比例2
[0059] 如實施例1所述，不同的是：
[0060] 合金中各元素的原子百分比如下：棚10%，憐5%，鋼2%，鐵83%。
[0061 ] 制備步驟同實施例1，得到的化83P5B10M02薄帶。
[0062] 對比例3
[0063] 如實施例1所述，不同的是：
[0064] 合金中各元素的原子百分比如下:棚10%，憐5%，侶2%，鐵83%。
[0065] 制備步驟同實施例1，得到的化ssPsBioAb薄帶。
[0066] 對比例4
[0067] 如實施例1所述，不同的是：
[0068] 合金中各元素的原子百分比如下:棚10%，憐5%，錠2%，鐵83%。
[0069] 制備步驟同實施例1，得到的化83P5B10&薄帶。
[0070] 對比例5
[0071] 如實施例1所述，不同的是：
[0072] 合金中各元素的原子百分比如下:棚10%，憐5%，銘2%，鐵83%。
[0073] 制備步驟同實施例1，得到的化83P5B1Q化2薄帶。
[0074] 對比例6
[0075] 如實施例1所述，不同的是：
[0076] 合金中各元素的原子百分比如下：棚10%，憐5%，娃2%，鐵83%。
[0077] 制備步驟同實施例1，得到的化83P5Bl〇Si2薄帶。
[007引對比例7
[0079] -種鐵基軟磁非晶合金，包含棚、憐和錫元素，所述的合金中各元素的原子百分比 如下：棚9%，憐5%，錫1 %，鐵85%。
[0080] 制備步驟同實施例1，得到的化ssBsPsSm非晶薄帶。
[00川試驗例1
[0082] 測試實施例1和對比例1-6得到的產品的XRD曲線圖，結果如圖1所示。由圖1可知， Sn元素比齡、￥、吐、化、41、51等元素對〇斗6(200)峰的抑制效果最好，相同條件下能夠保證 獲得完全非晶條帶。
[00削試驗例2
[0084] 測試實施例1 -5和對比例7得到的產品的XRD曲線圖，結果如圖2所示。由圖2可知， 該四元合金體系可在化含量達84.5at. %時仍能獲得完全非晶條帶。
[0085] 測試實施例1-5和對比例7得到的產品的磁性能，所有軟磁性能測試均在初始晶化 溫度減50K退火的條件下測得，其中飽和磁感應強度通過振動樣品磁強計VSM測得，矯頑力 通過直流B-H儀測得;結果如表1所示。
[00化]表1 TnnRVl
LUUOOJ 出巧"J畑，尸幾狄巧非巧巧市化難丹;乂 1氏巧NWy川、J萃側狄巧」；乂同的'阻Wfl級微 應強度；當Fe含量達85at. %時，盡管可獲得較高的飽和磁感應強度，但是所獲得的非晶條 帶矯頑力較高。
【主權項】
1. 一種鐵基軟磁非晶合金，其特征在于，該合金包含硼、磷和錫元素，所述的合金中各 元素的原子百分比如下：5% <硼<12%，3% <磷<10%，0.5% <錫<5%，80% <鐵< 84.5%〇2. 根據權利要求1所述的鐵基軟磁非晶合金，其特征在于，所述合金中各元素的原子百 分比如下:8%《硼< 11%，3%《磷《錫<3%，80%《鐵<84.5%。3. -種權利要求1或2所述的鐵基軟磁非晶合金的制備工藝，包括以下步驟： (1) 按原子百分比？680%-84.5%、85%-12%、？3%-10%、311〇.5%-5%，稱取純鐵、純 錫、工業級鐵磷中間合金、工業級鐵硼中間合金;純鐵和純錫的純度2 99.5%，得混合料； (2) 在高純氬氣保護氣氛中將步驟（1)配好的混合料熔煉均勻，得母合金錠;將母合金 錠表面磨光、破碎，備用； (3) 將破碎的母合金錠熔化，制得固定形狀或粉末狀的Fe基非晶合金材料。4. 根據權利要求3所述的鐵基軟磁非晶合金的制備工藝，其特征在于，步驟(2)中熔煉 過程在真空過程中進行。5. 根據權利要求4所述的鐵基軟磁非晶合金的制備工藝，其特征在于，步驟(2)中所述 真空過程的真空度為2-3Xl(T3Pa。6. 根據權利要求3所述的鐵基軟磁非晶合金的制備工藝，其特征在于，步驟(2)中熔煉 后自然冷卻或澆注入模具中獲得母合金錠。7. 根據權利要求6所述的鐵基軟磁非晶合金的制備工藝，其特征在于，步驟(3)中在氬 氣氣氛下將母合金錠熔化，熔化溫度為1400-1550 °C。
【文檔編號】C22C45/02GK105825991SQ201610168956
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月23日
【發明人】李雪蓮, 王麗, 劉近報
【申請人】山東大學（威海）