一种少组元低成本高饱和磁感应强度的铁基软磁非晶合金及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明属于金属材料领域，涉及一种少组元低成本高饱和磁感应强度的铁基软磁非晶合金及其制备工艺。本发明铁基软磁非晶合金，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％≤锡≤5％，80％≤铁≤84.5％。本发明生产成本低、工艺简单；制备的软磁非晶合金具有饱和磁化强度高、矫顽力低的特点，适合用于变压器铁芯、非晶电机等器件，应用于电力、电子、信息、通讯等领域。
【专利说明】
-种少组元低成本高饱和磁感应强度的铁基软磁非晶合金及 其制备工艺
技术领域
[0001] 本发明属于金属材料领域，特别是设及了一种少组元、低成本、高饱和磁感应强度 的铁基软磁非晶合金及其制备工艺。
【背景技术】
[0002] Fe-XU为类金属8、51、？、(：等)非晶合金中无高成本的妮、错、钢、稀±等元素，仅利 用低成本的化-P、Fe-B、Fe-C Je-Si中间合金通过烙甩工艺制成，是综合性能较为优异的金 属磁性功能材料，广泛应用于输配电、电子信息、新能源汽车等行业，满足我国节能减排的 重大需求。但与娃钢相比，目前生产的铁基非晶的饱和磁感应强度较低，造成非晶产品体积 较大，材料使用量和成本增加，其应用受到局限。
[0003] 增加 Fe含量是提高饱和磁感应强度的有效手段，同时类金属的渗杂对改善非晶形 成能力尤为重要。而类金属渗杂通常是经验式，缺乏科学的理论指导。目前公布的专利文件 及发表的文章中，高铁含量的铁基软磁非晶合金中大多含有较多类金属组元，其中棚是与 铁形成共晶点的保证非晶形成的基础元素，憐、娃、碳等的加入对非晶形成能力有促进作 用。如中国专利文件CNl 124362C公开了 一种表达式为Fe-Si-B-C-P的五组元合金，虽提到憐 的加入对提高铁基非晶中铁的含量有益处，且能扩大最佳退火范围，但未提出憐的加入方 式及合金的烙炼工艺。中国专利CN104946962A公开的一种添加憐和碳的烙炼工艺，如碳采 用生铁、中高碳钢、石墨等方式添加，憐的添加通过向工业纯度的憐铁中加入氧化铁高溫烙 炼，并在通氣气的气氛中揽拌，得到精炼憐铁。其制备含憐和含碳的铁基非晶条带预合金时 工艺繁琐。中国专利文件CN101935812B公开了一种高饱和磁感应强度的铁基非晶软磁合金 及其制备方法，在高压氮气作为保护气氛下进行冶炼和制备，可获得高铁含量的Fe-Si-B-P-C-N-M(M为Mn或/和Cr)软磁非晶合金。上述专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。但是由于碳烙点高、密度低等特点，直接烙炼不易加入，含量不易控 制。
[0004] 可见，组元过多会造成烙炼时成分不易控制，且每种组元的含量都可对合金的非 晶形成能力和软磁性能造成影响，对产品的成分稳定性控制不利。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供一种少组元、成本低、饱和磁化强度高的铁基软 磁非晶合金及其制备工艺。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] -种铁基软磁非晶合金，包含棚、憐和锡元素，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% <锡<5%，80% <铁<84.5%。
[000引根据本发明，优选的，所述的合金中各元素的原子百分比如下：8% <棚< 11%， 3% <憐<6%，1% <锡<3%，80% <铁<84.5%。
[0009] 根据本发明，上述铁基软磁非晶合金的制备工艺，包括W下步骤：
[0010] (1)按原子百分比尸680%-84.5%、85%-12%、口3%-10%、511〇.5%-5%，称取纯 铁、纯锡、工业级铁憐中间合金、工业级铁棚中间合金;纯铁和纯锡的纯度含99.5%，得混合 料；
[0011] (2)在高纯氣气保护气氛中将步骤（1)配好的混合料烙炼均匀，得母合金锭;将母 合金锭表面磨光、破碎，备用；
[0012] (3)将破碎的母合金锭烙化，制得固定形状或粉末状的化基非晶合金材料。
[0013] 根据本发明制备工艺，优选的，步骤(2)中烙炼过程在真空过程中进行，进一步优 选的，真空度为2-3 XlQ-3Pao
[0014] 根据本发明制备工艺，优选的，步骤(2)中烙炼后自然冷却或诱注入模具中获得母 合金锭。
[0015] 根据本发明制备工艺，优选的，步骤(3)中在氣气气氛下将母合金锭烙化，烙化溫 度为1400-155(TC;母合金锭烙化后制得带材、棒材、块体或粉末的化基非晶合金材料。可采 用单漉甩带法、铸造法或雾化法，按现有技术即可。
[0016] 本发明的有益效果：
[0017] 本发明通过合理的成分配比和工艺，制得少组元、低成本、高饱和磁感应强度的铁 基软磁非晶材料。Sn元素的烙点低(231.96°C)，有利于降低合金烙点，且原子半径大，与铁 基软磁非晶中的组元可形成较大的错配赌，有利于提高非晶形成能力。因此在提高Fe含量 的前提下，也可维持非晶形成能力，获得较好的饱和磁感应强度和较低的矫顽力。且Sn对于 合金烙甩过程中在惰性气体保护气氛下易出现的a-Fe(200)晶面生长有强烈的抑制作用， 有利于获得完全非晶条带，降低制备非晶时保护气氛的影响，运一点是其它专利中未提及 的。获得的非晶条带退火前饱和磁感应强度可达到1.4TW上，矫顽力低至5A/m，退火后饱和 磁感应强度可达1.67T W上。组元少，烙炼工艺简单，易于实现工业化，具有优异软磁性能， 可用于制备非晶变压器铁屯、、非晶电机等器件，应用于电力、电子、信息、通讯等领域。
【附图说明】
[001引图1为本发明试验例1中实施例1和对比例1 -6得到的产品的X畑曲线图。
[0019 ]图2为本发明试验例帥实施例1 -5和对比例7得到的产品的邸D曲线图。
【具体实施方式】
[0020] 下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
[0021] 实施例1
[0022] -种铁基软磁非晶合金，包含棚、憐和锡元素，所述的合金中各元素的原子百分比 如下:棚10%，憐5%，锡2%，铁83%。
[0023] 制备步骤如下：
[0024] (1)原材料为纯铁(99.99%)、纯锡(99.9%)、工业级铁憐中间合金(憐质量百分比 为25.1 % )、工业级铁棚中间合金(B质量百分比为18.9% );
[0025] 用天平按。683%、810%、？5%、5112%的原子百分比称取原料，分别为。6:8.67邑， 化-P 中间合金：1.44g，Fe-B 中间合金：1.33g;Sn:0.55g;
[00%] (2)将原料放入真空感应烙炼炉中的玻璃管，用机械累和分子累抽真空至2X1(T 3Pa，充入高纯氣气进行电弧烙炼;烙炼取出后敲碎，检查是否还有未烙原料，如有未烙料进 行第二次烙炼；
[0027] (3)取出锭料，用锥刀或砂纸将锭料表面清理干净，然后做成块料W备烙体甩带 用；
[0028] (4)将小块锭料放入底端有Imm小孔的石英管中进行甩带，甩带过程中采用高频重 烙甩带设备，烙体的喷射压力为0.5M化，烙体的喷射溫度为1200°C，200mm直径铜轮转速为 2500转/分，甩带过程在氣气保护下进行。
[00巧]按上述工艺得到的化83Bi日P日Sm非晶薄带。
[0030] 实施例2
[0031] -种铁基软磁非晶合金，包含棚、憐和锡元素，所述的合金中各元素的原子百分比 如下:棚8.5%，憐4.5%，锡3%，铁84%。
[0032] 制备步骤如下：
[0033] (1)原材料为纯铁(99.99% )、纯锡(99.99% )、工业级铁憐中间合金(憐质量百分 比为25.1 % )、工业级铁棚中间合金(B质量百分比为18% );
[0034] 用天平按Fe84 %、B8.5 %、P4.5 %、Sn3 %的原子百分比称取原料，分别为Fe : 8.82邑，化斗中间合金：1.26邑，尸6-8中间合金：1.1邑；511:0.81邑；
[0035] (2)将原料放入真空感应烙炼炉中的玻璃管，用机械累和分子累抽真空至2X1(T 3Pa，充入高纯氣气进行电弧烙炼;烙炼取出后敲碎，检查是否还有未烙原料，如有未烙料进 行第二次烙炼；
[0036] (3)取出锭料，用锥刀或砂纸将锭料表面清理干净，然后做成块料W备烙体甩带 用；
[0037] (4)将小块锭料放入底端有Imm小孔的石英管中进行甩带，甩带过程中采用高频重 烙甩带设备，烙体的喷射压力为0.5M化，烙体的喷射溫度为1250°C，200mm直径铜轮转速为 3000转/分，甩带过程在氣气保护下进行。
[003引按上述工艺得到的化84B8.5P4.5Sn3非晶薄带。
[0039] 实施例3
[0040] -种铁基软磁非晶合金，包含棚、憐和锡元素，所述的合金中各元素的原子百分比 如下:棚9%，憐4.5%，锡2%，铁84.5%。
[0041 ] 制备步骤如下：
[0042] (1)原材料为纯铁(99.99 % )、纯锡(99.99 % )、工业级铁憐中间合金(P质量百分比 为25.1 % )、工业级铁棚中间合金(B质量百分比为18.9% );
[0043] 用天平按Fe84.5 %、B9 %、P4.5 %、Sn2 %的原子百分比称取原料，分别为Fe : 8.98g，化-P中间合金：1.28g，Fe-B中间合金：1.19g; Sn: 0.55g;
[0044] (2)将原料放入真空感应烙炼炉中的玻璃管，用机械累和分子累抽真空至2X1(T 3Pa，充入高纯氣气进行电弧烙炼;烙炼取出后敲碎，检查是否还有未烙原料，如有未烙料进 行第二次烙炼；
[0045] (3)取出锭料，用锥刀或砂纸将锭料表面清理干净，然后做成块料W备烙体甩带 用；
[0046] (4)将小块锭料放入底端有Imm小孔的石英管中进行甩带，甩带过程中采用高频重 烙甩带设备，烙体的喷射压力为0.5M化，烙体的喷射溫度为1200°C，200mm直径铜轮转速为 3200转/分，甩带过程在氣气保护下进行。
[0047] 按上述工艺得到的化84.巧9P4.日Sm非晶薄带。
[004引实施例4
[0049] -种铁基软磁非晶合金，包含棚、憐和锡元素，所述的合金中各元素的原子百分比 如下:棚9%，憐5%，锡2%，铁84%。
[0050] 制备步骤同实施例1，得到的化84B9PsSn2非晶薄带。
[0化1] 实施例5
[0052] -种铁基软磁非晶合金，包含棚、憐和锡元素，所述的合金中各元素的原子百分比 如下:棚9%，憐4.5%，锡2.5%，铁84%。
[0化3] 制备步骤同实施例1，得到的化84B9P4.5Sn2.5非晶薄带。
[0054] 对比例1
[0055] 如实施例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%，铁83%。
[0057] 制备步骤同实施例1，得到的!^ssPsBio化褲带。
[0化引对比例2
[0059] 如实施例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%，钢2%，铁83%。
[0061 ] 制备步骤同实施例1，得到的化83P5B10M02薄带。
[0062] 对比例3
[0063] 如实施例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%，侣2%，铁83%。
[0065] 制备步骤同实施例1，得到的化ssPsBioAb薄带。
[0066] 对比例4
[0067] 如实施例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%，锭2%，铁83%。
[0069] 制备步骤同实施例1，得到的化83P5B10&薄带。
[0070] 对比例5
[0071] 如实施例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%，铭2%，铁83%。
[0073] 制备步骤同实施例1，得到的化83P5B1Q化2薄带。
[0074] 对比例6
[0075] 如实施例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%，铁83%。
[0077] 制备步骤同实施例1，得到的化83P5Bl〇Si2薄带。
[007引对比例7
[0079] -种铁基软磁非晶合金，包含棚、憐和锡元素，所述的合金中各元素的原子百分比 如下：棚9%，憐5%，锡1 %，铁85%。
[0080] 制备步骤同实施例1，得到的化ssBsPsSm非晶薄带。
[00川试验例1
[0082] 测试实施例1和对比例1-6得到的产品的XRD曲线图，结果如图1所示。由图1可知， Sn元素比齡、￥、吐、化、41、51等元素对〇斗6(200)峰的抑制效果最好，相同条件下能够保证 获得完全非晶条带。
[00削试验例2
[0084] 测试实施例1 -5和对比例7得到的产品的XRD曲线图，结果如图2所示。由图2可知， 该四元合金体系可在化含量达84.5at. %时仍能获得完全非晶条带。
[0085] 测试实施例1-5和对比例7得到的产品的磁性能，所有软磁性能测试均在初始晶化 溫度减50K退火的条件下测得，其中饱和磁感应强度通过振动样品磁强计VSM测得，矫顽力 通过直流B-H仪测得;结果如表1所示。
[00化]表1 TnnRVl
LUUOOJ 出巧"J畑，尸几狄巧非巧巧市化难丹;乂 1氏巧NWy川、J萃侧狄巧」；乂同的'阻Wfl級微 应强度；当Fe含量达85at. %时，尽管可获得较高的饱和磁感应强度，但是所获得的非晶条 带矫顽力较高。
【主权项】
1. 一种铁基软磁非晶合金，其特征在于，该合金包含硼、磷和锡元素，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% <锡<5%，80% <铁< 84.5%〇2. 根据权利要求1所述的铁基软磁非晶合金，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《锡<3%，80%《铁<84.5%。3. -种权利要求1或2所述的铁基软磁非晶合金的制备工艺，包括以下步骤： (1) 按原子百分比？680%-84.5%、85%-12%、？3%-10%、311〇.5%-5%，称取纯铁、纯 锡、工业级铁磷中间合金、工业级铁硼中间合金;纯铁和纯锡的纯度2 99.5%，得混合料； (2) 在高纯氩气保护气氛中将步骤（1)配好的混合料熔炼均匀，得母合金锭;将母合金 锭表面磨光、破碎，备用； (3) 将破碎的母合金锭熔化，制得固定形状或粉末状的Fe基非晶合金材料。4. 根据权利要求3所述的铁基软磁非晶合金的制备工艺，其特征在于，步骤(2)中熔炼 过程在真空过程中进行。5. 根据权利要求4所述的铁基软磁非晶合金的制备工艺，其特征在于，步骤(2)中所述 真空过程的真空度为2-3Xl(T3Pa。6. 根据权利要求3所述的铁基软磁非晶合金的制备工艺，其特征在于，步骤(2)中熔炼 后自然冷却或浇注入模具中获得母合金锭。7. 根据权利要求6所述的铁基软磁非晶合金的制备工艺，其特征在于，步骤(3)中在氩 气气氛下将母合金锭熔化，熔化温度为1400-1550 °C。
【文档编号】C22C45/02GK105825991SQ201610168956
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】李雪莲, 王丽, 刘近报
【申请人】山东大学（威海）