专利名称：基于Fe－B－Y团簇的Fe基块体非晶合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种具有大非晶形成能力、高强度以及磁性能的Fe基Fe-B-Y-Nb-Zr、Fe-B-Y-Nb-Hf、Fe-B-Y-Nb-Ti、Fe-B-Y-Nb-Mo和Fe-B-Y-Nb-Ta体系块体非晶合金，属于新材料领域。
背景技术：
非晶态金属合金是一类具有短程有序、长程无序结构特征的金属或合金，它们具有很高的综合力学性能和独特的物理化学性能。然而由于金属或合金非晶形成能力(即形成非晶态合金的能力)的影响，制备该类材料需要较高的冷却速率，一般的临界冷却速率在105K/s。以冷速从高到低为序，常用的急冷技术有熔体雾化、薄膜沉积技术以及铜辊急冷甩带技术，材料形态常为低维材料如粉末、薄带等，其应用范围因此受到很大限制。
从二十世纪九十年代初以来，以日本和美国为首，发现了一系列具有强非晶形成能力的合金成分，其中以Zr基最为易于制得，其临界冷却速率仅在1K/s量级，可以用铜模铸造和水淬等方法制备成三维块体材料，被称为块体非晶合金。块体非晶合金不仅具有较传统低维非晶合金更优异的机械和物理化学性能，同时，由于突破了尺寸束缚，它们有用作结构材料的可能。此外，由于这类材料在其过冷液相区间内可实现精密快速成型，这种良好的工艺性能进一步拓展了其应用范围。目前，美、日等国已发展出了Zr基、Ti基、Pd基、Ni基和Cu基等块体非晶合金，并将部分块体非晶合金材料实用化，取得了明显效益。
由于块体非晶合金的性能通常优越于与之相对应的晶体合金，这在很大程度上促进了人们对块体非晶钢(Fe基块体非晶合金)的研究。2002年，Ponnambalam V等人利用喷注法制备出了Fe-Mn-Mo-Cr-C-B非铁磁性棒状非晶钢，它具有优越的机械性能，尤其是它的弹性模量和耐蚀性可以和目前的Naval钢相提并论。和Zr基和Cu基块体非晶合金相比，Fe基非晶的玻璃形成能力相对较弱，难以制备出具有大尺寸的块体非晶合金。目前，已报道的Fe基块体非晶合金大都含有五个或五个以上组元，而在简单三元Fe基合金体系中，除了最新研究出来的Fe-B-Y体系能够形成直径达2mm的块体非晶[Zhang J，Tan H，Feng Y P，Li Y.Scripta Mater.，2005，53(6)183-187.]，已成为现有技术的典型。其余体系如Fe-Si-B非晶都是以带状形式存在。尽管Fe基非晶的玻璃形成能力弱，但它们具有良好的软磁性能，这是它们所具有的突出的优点，因此为了拓展磁性非晶合金的工业应用，就促使人们不断去寻找具有更大玻璃形成能力的磁性Fe基非晶合金体系。
现有的研究表明块体非晶合金常含有多个组元，且都属于成分敏感的合金相，即化学成分是影响合金非晶形成能力的关键因素。因此，要改变现有技术就需增加组元的数目。一般的，在特定的非晶形成体系中，具有最强非晶形成能力的合金成分在相图上往往接近于点成分，如果偏离该成分，合金的非晶形成能力将大大降低，因此，制备块体非晶合金时，成分的选择和控制至关重要。由于能够形成大尺寸的Fe基块体非晶合金大都含有五个或五个以上组元，这样就存在如下不足①现有技术玻璃形成能力低，达不到直径3mm的块体非晶，而增加组元则会使得在多组元体系中成分优化选择变得十分复杂；②目前在多组元合金体系中还是主要依赖于大量实验寻找非晶形成成分，这必然存在一定的主观性和随意性；③另一方面，Fe基非晶合金中常含有轻金属B元素，B在电弧熔炼过程中易于挥发，从而难以精确控制合金成分，至今，人们对具有大玻璃形成能力的Fe基块体非晶合金体系报道较少。
Fe基块体非晶合金具有优越的工程应用性能低成本、高强度和硬度、优良的磁性能和耐蚀性能、高的热稳定性，可作为结构材料和功能材料；尤其可利用其软磁性能，制成各种磁性器件应用于电力电子技术领域，用作电流互感器、大功率开关电源、逆变电源和程控交换机电源的变压器、互感器、及传感器等。因此，Fe基块体非晶合金，又称“非晶钢”，将会有很好的发展前途以及很大的实用市场。针对Fe基块体非晶合金的研究现状，本发明将利用特定工艺，并根据所提出的用于设计块体非晶合金成分的“团簇线判据”以及其它组元对团簇的微合金化原理来设计合金成分；发展出新的具有大玻璃形成能力的Fe基Fe-B-Y-Nb-M(在此，M的含义是分别替代Zr或Hf或Ti或Mo或Ta)块体非晶合金。
发明内容
本发明的目的是要克服已有技术存在的①多元体系中成分选择和优化复杂的困难，②依靠实验的经验式寻找块体非晶合金成分，存在主观性和随意性，③B元素在熔炼过程中难以控制挥发的不足，并根据团簇线判据开发出新的Fe基块体非晶合金，以及精确控制合金成分，特提出本发明的技术解决方案。
实现本发明的构思是，先在Fe-B-Y三元基础体系中，利用与二元团簇相关的“团簇线”非晶合金成分判据(即二元团簇成分点与第三组元的连线)，确定出Fe-B-Y三元成分图中的团簇线。在Fe-B亚组元相图的富Fe处，存在阿基米德反棱柱Fe8B3和附八面体的三棱柱Fe8B2团簇结构，以及共晶点成分Fe83B17，该共晶点成分可看成是另一三棱柱团簇Fe9B胶粘一个B原子构成，即Fe9B+B＝Fe9B2(Fe82B18)。分别连接这三个成分点与第三组元Y的连线，即构成三条团簇线Fe8B3-Y，Fe8B2-Y和Fe83B17-Y。另一方面，在Fe-Y亚组元相图的富Fe处，存在二十面体团簇Fe12Y，连接Fe12Y与B构成团簇线Fe12Y-B。这些二元团簇均为二元晶体相的局域结构。Fe8B3-Y，Fe8B2-Y和Fe83B17-Y与Fe12Y-B团簇线的交点成分分别为Fe68.6B25.7Y5.7，Fe74.9B18.8Y6.3，和Fe77.6B15.9Y6.5，这三个交点成分都位于Fe12Y-B团簇线上，因此这些三元成分可以用通式(Fe12/13Y1/13)100-xBx(x＝15-26at.％)来表示。我们选取团簇线交点成分为基础成分，然后分别添加微量的Nb(2at.％)和Zr(2at.％)，Nb(2at.％)和Hf(2at.％)，Nb(2at.％)和Ti(2at.％)，Nb(2at.％)和Mo(2at.％)，Nb(2at.％)和Ta(2at.％)对基础成分进行合金化。以此得到的合金成分可表示为[(Fe12/13Y1/13)100-xBx]0.96Nb2M2，其中M代表Zr或Hf或Ti或Mo或Ta，且B含量x＝15-26at.％。采用高纯度组元元素按上述原子百分比合金成分进行配比；然后利用非自耗电弧熔炼炉对配比的混合物进行多次熔炼，以得到成分均匀的合金锭；最后用铜模负压吸铸法，制备出直径为3mm的上述一系列成分块体非晶合金。
本发明所提出的基于Fe-B-Y团簇的Fe基块体非晶合金，其特征在于(a)其成分是在Fe-B-Y三元基础体系的基础上，添加2at.％的第四组元Nb和2at.％的第五组元Zr或Hf或Ti或Mo或Ta对基础三元团簇线上成分进行微合金化形成的五个合金体系Fe-B-Y-Nb-Zr、Fe-B-Y-Nb-Hf、Fe-B-Y-Nb-Ti、Fe-B-Y-Nb-Mo和Fe-B-Y-Nb-Ta；(b)这五个合金体系所选取的基础三元Fe-B-Y团簇线上成分相同，表示为(Fe12/13Y1/13)100-xBx，其中，x＝15-26at.％；；(c)在这五个合金体系中形成的块体非晶合金成分区间分别为[(Fe12/13Y1/13)100-xBx]0.96Nb2Zr2，[(Fe12/13Y1/13)100-xBx]0.96Nb2Hf2，[(Fe12/13Y1/13)100-xBx]0.96Nb2Ti2，[(Fe12/13Y1/13)100-xBx]0.96Nb2Mo2和[(Fe12/13Y1/13)100-xBx]0.96Nb2Ta2，其中，B的含量均为x＝15-26at.％，合金成分比为原子百分比；(d)制备基于Fe-B-Y团簇的Fe基块体非晶合金的方法，均采用同一工艺方法分步进行熔炼，包括成分配比称量、熔炼和吸铸，其工艺步骤是
第一步，备料按照设计合金成分中的原子百分比，转换成重量百分比wt.％，称取各组元量值，待用，其中B要多加入10％的量，用来补偿B在熔炼过程中的挥发，B的最低挥发量约为B总量的10％；各元素Fe、B、Y、Nb、Zr、Hf、Ti、Mo和Ta金属原料的纯度要求为99.9％以上；第二步，Fe-B中间合金锭的熔炼先将秤量好的金属Fe与非金属B的混合料放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，采用非自耗电弧熔炼法在氩气的保护下进行熔炼，首先抽真空至10-2Pa，然后充入氩气至气压为0.06-0.08MPa，熔炼电流密度的控制范围为160-190A/cm2，熔化后再持续熔炼10秒钟，断电，让合金随铜坩埚冷却至室温；然后将其翻转，重新置于水冷铜坩埚内，进行第二次熔炼，如此反复熔炼至少3次，B的挥发减小到可忽略的程度，得到成分均匀的Fe-B中间合金锭；第三步，Fe-B中间合金锭成分检查用分析天平称量Fe-B中间合金锭的质量，将这个实际质量与备料时原料的质量进行比较，两者的差值为合金中B元素的挥发质量；如果B挥发的量在8-10％内，那么该合金锭可以进行下一步工序；如果B挥发的量大于10％，那么需要补充已挥发的B元素的量值，成分均匀时B挥发可忽略；第四步，Fe-B-Y-基合金锭的熔炼将剩余按成分配比的金属原料，或Y、Nb和Zr，或Y、Nb和Hf，或Y、Nb和Ti，或Y、Nb和Mo，或Y、Nb和Ta五组中所需的一组，与Fe-B中间合金锭的混合料放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，采用非自耗电弧熔炼法在氩气的保护下进行熔炼，首先抽真空至10-2Pa，然后充入氩气至气压为0.06-0.08MPa，熔炼电流密度的控制范围为180-220A/cm2，熔化后再持续熔炼10秒钟，断电，让合金随铜坩埚冷却至室温，然后将其翻转，重新置于水冷铜坩埚内，进行第二次熔炼，如此反复熔炼至少3次，得到成分均匀的Fe-B-Y-基合金锭；第五步，Fe-B-Y-基块体非晶合金制备将由上步制备的Fe-B-Y-基合金锭，置于连有负压吸铸装备的水冷铜坩埚内，在氩气保护下用非自耗电弧熔炼法熔炼合金，首先抽真空至10-2Pa，然后充入氩气至气压为0.06-0.08MPa，熔炼所用电流密度为180-220A/cm2，熔化后，再持续熔炼10秒钟，最后电流密度提升到280-310A/cm2，开启负压吸铸装置，气压差为0.04±0.005MPa，同时断电，让合金熔体充入圆柱形铜模型腔中，冷却至室温，得到直径为3mm的块体非晶合金。
本发明的进一步特征在于在熔炼Fe-B中间合金中，要补充已挥发的非金属元素B的量值时，由以下两个步骤确定，首先计算平均每次熔炼合金锭时B的挥发质量，每次B的挥发质量＝B的挥发质量÷熔炼次数；其次，再补充的B的质量，其补充量值＝B已经挥发的质量-预先多加入的B的质量+再熔炼多次合金锭时Sm的挥发质量。将Fe-B反复熔炼几次成分均匀后，B的挥发就非常小，可忽略。
本发明中熔炼合金和吸铸合金时每个合金采用不同的电流密度参数，参数的选取跟B的含量和添加微量组元的熔点相关，B的含量少，添加的微量组元的熔点高时就选取相对大的电流密度参数，反之选取相对小的电流密度参数。
本发明的方案是根据多组元合金相的与基础团簇相关的“团簇线判据”来设计非晶合金成分。所谓的团簇线是指在三元体系中，二元的第一近邻团簇(如二十面体团簇)成分向第三组元的连线。在多组元Fe基合金体系中，我们首先在基础Fe-B-Y三元体系中确定出特殊团簇线，再根据这些团簇线确定出特殊的三元成分点，然后添加微量的第四和第五组元(各2at.％)对基础三元成分进行合金化。以此为依据进行Fe-B-Y-基块体非晶合金成分确定。这种成分设计构思避免了现有技术的主要缺点，即成分选取的随意性。
采用非自耗电弧熔炼炉和铜模负压吸铸设备制备Fe-B-Y-Nb-Zr、Fe-B-Y-Nb-Hf、Fe-B-Y-Nb-Ti、Fe-B-Y-Nb-Mo和Fe-B-Y-Nb-Ta系Fe基块体非晶合金。用X射线衍射仪(SHIMADZU XRD-6000)、差示扫描量热仪(TA Q100)和差热分析仪(TA Q600)分析和测定上述五个体系中块体非晶合金的结构和热力学参数。确定出这五个体系中能用吸铸法形成3mm直径非晶棒材的成分区间为[(Fe12/13Y1/13)100-xBx]0.96Nb2M2，式中B含量x＝15-26at.％，M代表Zr或Hf，Ti，Mo，Ta。表1中列出了Fe基五个合金体系中具有代表性的块体非晶合金(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2M2，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2M2和(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2M2(M＝Zr或Hf或Ti或Mo或Ta)的有关非晶稳定性和形成能力的实验数据。块体非晶合金的磁性能由振动样品磁强计(JDM-13)测得，得到的实验数据也列于表1中。
玻璃转变温度Tg晶化温度Tx是表征非晶合金热稳定性的特征参数，其值增加表明非晶抗晶化能力加强，非晶的热稳定性在增加。这五个体系块体非晶合金的Tg和Tx值比较高，表明它们均具有较高的热稳定性；其中每个体系中的(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2M2(M＝Zr或Hf或Ti或Mo或Ta)成分非晶合金具有相对最高的Tg和Tx值。约化玻璃转变温度Trg＝Tg/Tl是表征非晶形成能力的主要参数，这五个体系块体非晶合金的Trg值也相差不大，都具有较高的Trg值，类似地，对于另一表征非晶形成能力的参数γ(γ＝Tx/(Tg+Tl)值，它们的值也相差不大。
通过实验分析，可得出如下结果通过本发明提出的非晶合金成分设计方法和制备方法，在Fe-B-Y-Nb-Zr、Fe-B-Y-Nb-Hf、Fe-B-Y-Nb-Ti、Fe-B-Y-Nb-Mo和Fe-B-Y-Nb-Ta这五个体系中，得到了具有大玻璃形成能力的Fe基块体非晶合金，形成的直径为3mm的块体非晶合金的成分区间为[(Fe12/13Y1/13)100-xBx]0.96Nb2M2，式中B含量均为x＝15-26at.％，M代表Zr或Hf或Ti或Mo或Ta。
本发明的优点是①开发出了新的Fe基块体非晶合金形成体系，即Fe-B-Y-Nb-Zr、Fe-B-Y-Nb-Hf、Fe-B-Y-Nb-Ti、Fe-B-Y-Nb-Mo和Fe-B-Y-Nb-Ta合金系；②克服了已有技术在多元合金体系中成分选择的随意性，根据团簇线成分判据确定基础三元Fe-B-Y合金成分，然后添加微量组元对其进行合金化，从而确定出了上述合金体系中具有大玻璃形成能力的Fe基块体非晶合金成分范围，能够用普通铜模吸铸法制备出直径为3mm的非晶合金棒；③在熔炼过程中，由于先将金属Fe与非金属B熔炼成中间合金，再与其它组元熔炼的分步熔炼工艺方法，防止了B在熔炼过程中的挥发，以此有效控制非晶合金的成分。
附表说明本发明对所列附表说明如下表1是Fe-B-Y-Nb-Zr、Fe-B-Y-Nb-Hf、Fe-B-Y-Nb-Ti、Fe-B-Y-Nb-Mo和Fe-B-Y-Nb-Ta五个合金体系块体非晶合金的实验测试结果。Tg表示玻璃化温度，Tx晶化温度，过冷液相区ΔTx，Tl液相点，Tg/Tl约化玻璃转变温度，参数γ(定义为Tx/(Tg+Tl))。结果表明这五个体系块体非晶合金都有高的热稳定性和强的非晶形成能力，其中，在每个合金体系中具有最佳热稳定性和非晶形成能力的非晶合金是(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2M2，M代表Zr或Hf或Ti或Mo或Ta。另外，表1还给出了部分块体非晶合金的饱和磁感应强度Bs和矫顽力Hc。
图1是Fe-B-Y基础三元体系成分图结合图1来说明三元基础成分的选取和确定。在图中存在四条团簇成分线，分别为Fe8B3-Y，Fe8B2-Y，Fe83B17-Y和Fe12Y-B团簇线。其中Fe8B3为阿基米德反棱柱团簇，Fe8B2为三棱柱团簇，Fe12Y为二十面体团簇，Fe83B17为共晶点成分，也可看成是另一三棱柱团簇Fe9B胶粘一个B原子构成，这些二元团簇都存在于Fe-B-Y相局域结构中。团簇线Fe8B3-Y，Fe8B2-Y，Fe83B17-Y与Fe12Y-B的交点分别为Fe68.6B25.7Y5.7，Fe74.9B18.8Y6.3，和Fe77.6B15.9Y6.5，即图1中所标注的1、2和3#成分，这些成分都位于Fe12Y-B团簇线上，它们可以用一个通式(Fe12/13Y1/13)100-xBx(x＝15-26at.％)来表示。因此，根据这些特殊的团簇线交点成分就确定了设计Fe基体系合金的基础三元Fe-B-Y成分。
具体实施例方式
下面结合附表所给出的块体非晶合金成分，详细说明Fe-B-Y-Nb-Zr、Fe-B-Y-Nb-Hf、Fe-B-Y-Nb-Ti、Fe-B-Y-Nb-Mo和Fe-B-Y-Nb-Ta五个合金体系块体非晶合金的实施方式。现以由基础三元特殊团簇线交点成分得到的块体非晶合金(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2M2，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2M2和(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2M2(M＝Zr或Hf或Ti或Mo或Ta)为例，说明Fe-B-Y-Nb-Zr、Fe-B-Y-Nb-Hf、Fe-B-Y-Nb-Ti、Fe-B-Y-Nb-Mo和Fe-B-Y-Nb-Ta体系块体非晶合金的制备过程。并结合附表，说明这五个体系块体非晶的热力学特点和磁性能特征。
实施例一，(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Zr2块体非晶合金制备及其性能测试第一步，成分配比的称量设计成分时是按原子百分比进行的，在原料称重过程中，先将合金原子百分比(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Zr2转换成重量百分比Fe76.6B5.5Y10.2Nb3.9Zr3.8，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Fe，B，Y，Nb和Zr的原料，备用；并且称量时预先多加入10％的B量用来补偿合金熔炼时的挥发；第二步，Fe-B中间合金锭的熔炼先将秤量好的金属Fe与非金属B的混合料放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，采用非自耗电弧熔炼法在氩气的保护下进行熔炼，首先抽真空至10-2Pa，然后充入氩气至气压为0.08MPa，熔炼电流密度的控制范围为160A/cm2，熔化后再持续熔炼10秒钟，断电，让合金随铜坩埚冷却至室温；然后将其翻转，重新置于水冷铜坩埚内，进行第二次熔炼，如此反复熔炼3次，得到成分均匀的Fe-B中间合金锭；第三步，Fe-B中间合金锭成分检查用分析天平称量Fe-B中间合金锭的质量，天平的精度为万分之一克，熔炼三次均匀后将这个实际质量与备料时原料的质量进行比较，两者的差值为合金中B元素的挥发质量；按比例称量的Fe的质量为1.5315克，B的质量为0.1113克，多加10％的B量为0.0111克，Fe与B混合的总量为1.6539克，熔炼三次后合金的重量为1.6372克，合金锭质量减少了0.0167克，换算后即B挥发的量为0.0167/0.1113＝15％，挥发的量大于10％，需要加入B来控制合金成分；由于合金锭熔炼进行了3次，平均每次熔炼时B挥发为0.0167/3＝0.0056克，所以补充的B的质量＝0.0167-0.0111+0.0056*3＝0.0224克；第四步，Fe-B中间合金锭的再熔炼将合金锭与补充的B混合，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入氩气气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为160A/cm2，其它均同本实施例中第二步(略)；第五步，(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Zr2合金锭的熔炼将剩余按成分配比的金属原料Y、Nb和Zr与Fe-B中间合金锭的混合料，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，采用非自耗电弧熔炼法在氩气的保护下进行熔炼，首先抽真空至10-2Pa，然后充入氩气至气压为0.08MPa，熔炼电流密度的控制范围为180A/cm2，熔化后再持续熔炼10秒钟，断电，让合金随铜坩埚冷却至室温，然后将其翻转，重新置于水冷铜坩埚内，进行第二次熔炼，如此反复熔炼至少3次，得到成分均匀的合金锭；
第六步，(Fe68.6B25.7Y5.7)0.9Nb2Zr2块体非晶合金制备将上述第三步中的合金锭置于连有负压吸铸装备的水冷铜坩埚内，在氩气保护下用非自耗电弧熔炼法熔炼合金，首先抽真空至10-2Pa，然后充入氩气至气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为180A/cm2，熔化后，再持续熔炼10秒钟，最后电流密度提升到280A/cm2，开启负压吸铸装置，气压差为0.04±0.005MPa，同时断电，让合金熔体充入圆柱形铜模型腔中，冷却至室温，得到直径为3mm的合金棒；第七步，(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Zr2块体非晶合金结构与性能测试用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析合金棒的相结构，为典型的非晶态结构特征；用差示扫描量热仪和差热分析仪测定了该非晶合金的热力学参数，分别为Tg＝928K，Tx＝999K，Tg/Tl＝0.652，γ＝0.425；用振动样品磁强计测试的该样品的Bs＝0.86T，Hc＝6kA/m。
实施例二，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Zr2块体非晶合金制备及其性能测试第一步，成分配比的称量设计成分时是按原子百分比进行的，在原料称重过程中，先将合金原子百分比(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Zr2转换成重量百分比Fe78.4B3.8Y10.6Nb3.6Zr3.6，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Fe，B，Y，Nb和Zr的原料，备用；并且称量时预先多加入10％的B量用来补偿合金熔炼时的挥发；第二步，Fe-B中间合金锭的熔炼抽真空后，充入氩气气压为0.07MPa，熔炼所用电流密度为165A/cm2，其它均同实施例一中第二步(略)；第三步，Fe-B中间合金锭成分检查用分析天平称量Fe-B中间合金锭的质量，天平的精度为万分之一克，熔炼三次均匀后将这个实际质量与备料时原料的质量进行比较，两者的差值为合金中B元素的挥发质量；按比例称量的Fe的质量为1.5684克，B的质量为0.0760克，多加10％的B量为0.0076克，Fe与B混合的总量为1.652克，熔炼三次后合金的重量为1.6451克，合金锭质量减少了0.0069克，换算后即B挥发的量为0.0069/0.076＝9.1％，挥发的量小于10％，该合金锭可进行下一步吸铸工序；第四步，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Zr2合金锭的熔炼将剩余按成分配比的金属原料Y、Nb和Zr与Fe-B中间合金锭的混合料，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入氩气气压为0.07MPa，熔炼所用电流密度为180A/cm2，其它均同实施例一中第五步(略)；第五步，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Zr2块体非晶合金制备抽真空后，充入氩气气压为0.07MPa，熔炼所用电流密度为180A/cm2，吸铸时电流密度为300A/cm2，其它均同实施例一中第六步(略)；第六步，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Zr2块体非晶合金结构与性能测试用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析合金棒的相结构，为典型的非晶态结构特征；用差示扫描量热仪和差热分析仪测定了该非晶合金的热力学参数，分别为Tg＝923K，Tx＝984K，Tg/Tl＝0.652，γ＝0.420；用振动样品磁强计测试的该样品的Bs＝0.97T，Hc＝11kA/m。
实施例三，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Zr2块体非晶合金制备及其性能测试第一步，成分配比的称量设计成分时是按原子百分比进行的，在原料称重过程中，先将合金原子百分比(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Zr2转换成重量百分比Fe79.3B3.2Y10.5Nb3.5Zr3.5，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Fe，B，Y，Nb和Zr的原料，备用；并且称量时预先多加入10％的B量用来补偿合金熔炼时的挥发；第二步，Fe-B中间合金锭的熔炼抽真空后，充入氩气气压为0.06MPa，熔炼所用电流密度为175A/cm2，其它均同实施例一中第二步(略)；第三步，Fe-B中间合金锭成分检查用分析天平称量Fe-B中间合金锭的质量，天平的精度为万分之一克，熔炼三次均匀后将这个实际质量与备料时原料的质量进行比较，两者的差值为合金中B元素的挥发质量；按比例称量的Fe的质量为1.5864克，B的质量为0.0630克，多加10％的B量为0.0063克，Fe与B混合的总量为1.6557克，熔炼三次后合金的重量为1.6497克，合金锭质量减少了0.006克，换算后即B挥发的量为0.006/0.063＝9.5％，挥发的量小于10％，该合金锭可进行下一步吸铸工序；第四步，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Zr2合金锭的熔炼将剩余按成分配比的金属原料Y、Nb和Zr与Fe-B中间合金锭的混合料，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入氩气气压为0.06MPa，熔炼所用电流密度为190A/cm2，其它均同实施例一中第五步(略)；第五步，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Zr2块体非晶合金制备抽真空后，充入氩气气压为0.06MPa，熔炼所用电流密度为190A/cm2，吸铸时电流密度为310A/cm2，其它均同实施例一中第六步(略)；第六步，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Zr2块体非晶合金结构与性能测试用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析合金棒的相结构，为典型的非晶态结构特征；用差示扫描量热仪和差热分析仪测定了该非晶合金的热力学参数，分别为Tg＝921K，Tx＝985K，Tg/Tl＝0.651，γ＝0.422；用振动样品磁强计测试的该样品的Bs＝0.99T，Hc＝11kA/m。
实施例四，(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Hf2块体非晶合金制备及其性能测试第一步，成分配比的称量设计成分时是按原子百分比进行的，在原料称重过程中，先将合金原子百分比(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Hf2转换成重量百分比Fe73.9B5.4Y9.8Nb3.7Hf7.2，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Fe，B，Y，Nb和Hf的原料，备用；并且称量时预先多加入10％的B量用来补偿合金熔炼时的挥发；第二步，Fe-B中间合金锭的熔炼抽真空后，充入氩气气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为175A/cm2，其它均同实施例一中第二步(略)；第三步，Fe-B中间合金锭成分检查用分析天平称量Fe-B中间合金锭的质量，天平的精度为万分之一克，熔炼三次均匀后将这个实际质量与备料时原料的质量进行比较，两者的差值为合金中B元素的挥发质量；按比例称量的Fe的质量为1.4778克，B的质量为0.1074克，多加10％的B量为0.0107克，Fe与B混合的总量为1.5959克，熔炼三次后合金的重量为1.5776克，合金锭质量减少了0.0183克，换算后即B挥发的量为0.0183/0.1074＝17％，挥发的量大于10％，需要加入B来控制合金成分；由于合金锭熔炼进行了3次，平均每次熔炼时B挥发为0.0183/3＝0.0061克，所以补充的B的质量＝0.0183-0.0107+0.0061*3＝0.0259克；第四步，Fe-B中间合金锭的再熔炼将合金锭与补充的B混合，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入氩气气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为175A/cm2，其它均同实施例一中第四步(略)；第五步，(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Hf2合金锭的熔炼将剩余按成分配比的金属原料Y、Nb和Hf与Fe-B中间合金锭的混合料，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入氩气气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为200A/cm2，其它均同实施例一中第五步(略)。
第六步，(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Hf2块体非晶合金制备抽真空后，充入氩气气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为200A/cm2，吸铸时电流密度为280A/cm2，其它均同实施例一中第六步(略)；第七步，(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Hf2块体非晶合金结构与性能测试用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析合金棒的相结构，为典型的非晶态结构特征；用差示扫描量热仪和差热分析仪测定了该非晶合金的热力学参数，分别为Tg＝943K，Tx＝996K，Tg/Tl＝0.663，γ＝0.421；用振动样品磁强计测试的该样品的Bs＝0.88T，Hc＝7kA/m。
实施例五，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Hf2块体非晶合金制备及其性能测试第一步，成分配比的称量设计成分时是按原子百分比进行的，在原料称重过程中，先将合金原子百分比(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Hf2转换成重量百分比Fe75.8B3.7Y10.2Nb3.5Hf6.8，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Fe，B，Y，Nb和Hf的原料，备用；并且称量时预先多加入10％的B量用来补偿合金熔炼时的挥发；第二步，Fe-B中间合金锭的熔炼抽真空后，充入氩气气压为0.06MPa，熔炼所用电流密度为180A/cm2，其它均同实施例一中第二步(略)；第三步，Fe-B中间合金锭成分检查用分析天平称量Fe-B中间合金锭的质量，天平的精度为万分之一克，熔炼三次均匀后将这个实际质量与备料时原料的质量进行比较，两者的差值为合金中B元素的挥发质量；按比例称量的Fe的质量为1.5167克，B的质量为0.0735克，多加10％的B量为0.0073克，Fe与B混合的总量为1.5975克，熔炼三次后合金的重量为1.5913克，合金锭质量减少了0.0062克，换算后即B挥发的量为0.0062/0.0735＝8.4％，挥发的量小于10％，该合金锭可进行下一步吸铸工序；第四步，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Hf2合金锭的熔炼将剩余按成分配比的金属原料Y、Nb和Zr与Fe-B中间合金锭的混合料，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入氩气气压为0.06MPa，熔炼所用电流密度为220A/cm2，其它均同实施例一中第五步(略)；第五步，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Hf2块体非晶合金制备抽真空后，充入氩气气压为0.06MPa，熔炼所用电流密度为220A/cm2，吸铸时电流密度为300A/cm2，其它均同实施例一中第六步(略)；第六步，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Hf2块体非晶合金结构与性能测试用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析合金棒的相结构，为典型的非晶态结构特征；用差示扫描量热仪和差热分析仪测定了该非晶合金的热力学参数，分别为Tg＝940K，Tx＝994K，Tg/Tl＝0.663，γ＝0.422；用振动样品磁强计测试的该样品的Bs＝0.94T，Hc＝10kA/m。
实施例六，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Hf2块体非晶合金制备及其性能测试第一步，成分配比的称量设计成分时是按原子百分比进行的，在原料称重过程中，先将合金原子百分比(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Hf2转换成重量百分比Fe76.8B3.1Y10.1Nb3.4Hf6.6，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Fe，B，Y，Nb和Hf的原料，备用；并且称量时预先多加入10％的B量用来补偿合金熔炼时的挥发；第二步，Fe-B中间合金锭的熔炼抽真空后，充入氩气气压为0.07MPa，熔炼所用电流密度为180A/cm2，其它均同实施例一中第二步(略)；
第三步，Fe-B中间合金锭成分检查用分析天平称量Fe-B中间合金锭的质量，天平的精度为万分之一克，熔炼三次均匀后将这个实际质量与备料时原料的质量进行比较，两者的差值为合金中B元素的挥发质量；按比例称量的Fe的质量为1.5353克，B的质量为0.0610克，多加10％的B量为0.0061克，Fe与B混合的总量为1.6024克，熔炼三次后合金的重量为1.5974克，合金锭质量减少了0.005克，换算后即B挥发的量为0.005/0.061＝8.2％，挥发的量小于10％，该合金锭可进行下一步吸铸工序；第四步，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Hf2合金锭的熔炼将剩余按成分配比的金属原料Y、Nb和Hf与Fe-B中间合金锭的混合料，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入氩气气压为0.07MPa，熔炼所用电流密度为210A/cm2，其它均同实施例一中第五步(略)；第五步，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Hf2块体非晶合金制备抽真空后，充入氩气气压为0.07MPa，熔炼所用电流密度为210A/cm2，吸铸时电流密度为310A/cm2，其它均同实施例一中第六步(略)；第六步，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Hf2块体非晶合金结构与性能测试用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析合金棒的相结构，为典型的非晶态结构特征；用差示扫描量热仪和差热分析仪测定了该非晶合金的热力学参数，分别为Tg＝930K，Tx＝992K，Tg/Tl＝0.655，γ＝0.422；用振动样品磁强计测试的该样品的Bs＝0.98T，Hc＝12kA/m。
实施例七，(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Ti2块体非晶合金制备及其性能测试第一步，成分配比的称量设计成分时是按原子百分比进行的，在原料称重过程中，先将合金原子百分比(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Ti2转换成重量百分比Fe78B5.7Y10.4Nb3.9Ti2，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Fe，B，Y，Nb和Ti的原料，备用；并且称量时预先多加入10％的B量用来补偿合金熔炼时的挥发；第二步，Fe-B中间合金锭的熔炼抽真空后，充入氩气气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为160A/cm2，其它均同实施例一中第二步(略)；第三步，Fe-B中间合金锭成分检查用分析天平称量Fe-B中间合金锭的质量，天平的精度为万分之一克，熔炼三次均匀后将这个实际质量与备料时原料的质量进行比较，两者的差值为合金中B元素的挥发质量；按比例称量的Fe的质量为1.5597克，B的质量为0.1133克，多加10％的B量为0.0113克，Fe与B混合的总量为1.6843克，熔炼三次后合金的重量为1.6684克，合金锭质量减少了0.0159克，换算后即B挥发的量为0.0159/0.1133＝14％，挥发的量大于10％，需要加入B来控制合金成分；由于合金锭熔炼进行了3次，平均每次熔炼时B挥发为0.0159/3＝0.0053克，所以补充的B的质量＝0.0159-0.0113+0.0053*3＝0.0205克；第四步，Fe-B中间合金锭的再熔炼将合金锭与补充的B混合，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入氩气气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为160A/cm2，其它均同实施例一中第四步(略)；第五步，(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Ti2合金锭的熔炼将剩余按成分配比的金属原料Y、Nb和Ti与Fe-B中间合金锭的混合料，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入氩气气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为185A/cm2，其它均同实施例一中第五步(略)；第六步，(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Ti2块体非晶合金制备抽真空后，充入氩气气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为185A/cm2，吸铸时电流密度为305A/cm2，其它均同实施例一中第六步(略)；第七步，(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Ti2块体非晶合金结构与性能测试用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析合金棒的相结构，为典型的非晶态结构特征；用差示扫描量热仪和差热分析仪测定了该非晶合金的热力学参数，分别为Tg＝929K，Tx＝981K，Tg/Tl＝0.654，γ＝0.417；用振动样品磁强计测试的该样品的Bs＝0.90T，Hc＝8kA/m。
实施例八，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Ti2块体非晶合金制备及其性能测试第一步，成分配比的称量设计成分时是按原子百分比进行的，在原料称重过程中，先将合金原子百分比(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Ti2转换成重量百分比Fe79.8B3.8Y10.8Sb3.7Ti1.9，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Fe，B，Y，Nb和Ti的原料，备用；并且称量时预先多加入10％的B量用来补偿合金熔炼时的挥发；第二步，Fe-B中间合金锭的熔炼抽真空后，充入氩气气压为0.07MPa，熔炼所用电流密度为190A/cm2，其它均同实施例一中第二步(略)；第三步，Fe-B中间合金锭成分检查用分析天平称量Fe-B中间合金锭的质量，天平的精度为万分之一克，熔炼三次均匀后将这个实际质量与备料时原料的质量进行比较，两者的差值为合金中B元素的挥发质量；按比例称量的Fe的质量为1.5954克，B的质量为0.0773克，多加10％的B量为0.0077克，Fe与B混合的总量为1.6804克，熔炼三次后合金的重量为1.6733克，合金锭质量减少了0.0071克，换算后即B挥发的量为0.0071/0.0773＝9.2％，挥发的量小于10％，该合金锭可进行下一步吸铸工序；第四步，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Ti2合金锭的熔炼将剩余按成分配比的金属原料Y、Nb和Ti与Fe-B中间合金锭的混合料，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入氩气气压为0.07MPa，熔炼所用电流密度为210A/cm2，其它均同实施例一中第五步(略)；第五步，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Ti2块体非晶合金制备抽真空后，充入氩气气压为0.07MPa，熔炼所用电流密度为210A/cm2，吸铸时电流密度为295A/cm2，其它均同实施例一中第六步(略)；第六步，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Ti2块体非晶合金结构与性能测试用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析合金棒的相结构，为典型的非晶态结构特征；用差示扫描量热仪和差热分析仪测定了该非晶合金的热力学参数，分别为Tg＝922K，Tx＝984K，Tg/Tl＝0.651，γ＝0.421；用振动样品磁强计测试的该样品的Bs＝0.92T，Hc＝11kA/m。
实施例九，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Ti2块体非晶合金制备及其性能测试第一步，成分配比的称量设计成分时是按原子百分比进行的，在原料称重过程中，先将合金原子百分比(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Ti2转换成重量百分比Fe80.7B3.2Y10.7Nb3.6Ti1.8，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Fe，B，Y，Nb和Ti的原料，备用；并且称量时预先多加入10％的B量用来补偿合金熔炼时的挥发；第二步，Fe-B中间合金锭的熔炼抽真空后，充入氩气气压为0.06MPa，熔炼所用电流密度为190A/cm2，其它均同实施例一中第二步(略)；第三步，Fe-B中间合金锭成分检查用分析天平称量Fe-B中间合金锭的质量，天平的精度为万分之一克，熔炼三次均匀后将这个实际质量与备料时原料的质量进行比较，两者的差值为合金中B元素的挥发质量；按比例称量的Fe的质量为1.6131克，B的质量为0.0641克，多加10％的B量为0.0064克，Fe与B混合的总量为1.6836克，熔炼三次后合金的重量为1.6781克，合金锭质量减少了0.0055克，换算后即B挥发的量为0.0055/0.0641＝8.6％，挥发的量小于10％，该合金锭可进行下一步吸铸工序；第四步，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Ti2合金锭的熔炼将剩余按成分配比的金属原料Y、Nb和Ti与Fe-B中间合金锭的混合料，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入氩气气压为0.06MPa，熔炼所用电流密度为210A/cm2，其它均同实施例一中第五步(略)；第五步，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Ti2块体非晶合金制备抽真空后，充入氩气气压为0.06MPa，熔炼所用电流密度为210A/cm2，吸铸时电流密度为300A/cm2，其它均同实施例一中第六步(略)；第六步，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Ti2块体非晶合金结构与性能测试用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析合金棒的相结构，为典型的非晶态结构特征；用差示扫描量热仪和差热分析仪测定了该非晶合金的热力学参数，分别为Tg＝924K，Tx＝988K，Tg/Tl＝0.652，γ＝0.422；用振动样品磁强计测试的该样品的Bs＝1.00T，Hc＝13kA/m。
实施例十，(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Mo2块体非晶合金制备及其性能测试第一步，成分配比的称量设计成分时是按原子百分比进行的，在原料称重过程中，先将合金原子百分比(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Mo2转换成重量百分比Fe76.4B5.5Y10.2Nb3.9Mo4，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Fe，B，Y，Nb和Mo的原料，备用；并且称量时预先多加入10％的B量用来补偿合金熔炼时的挥发；第二步，Fe-B中间合金锭的熔炼抽真空后，充入氩气气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为170A/cm2，其它均同实施例一中第二步(略)；第三步，Fe-B中间合金锭成分检查用分析天平称量Fe-B中间合金锭的质量，天平的精度为万分之一克，熔炼三次均匀后将这个实际质量与备料时原料的质量进行比较，两者的差值为合金中B元素的挥发质量；按比例称量的Fe的质量为1.5285克，B的质量为0.1111克，多加10％的B量为0.0111克，Fe与B混合的总量为1.6507克，熔炼三次后合金的重量为1.6329克，合金锭质量减少了0.0178克，换算后即B挥发的量为0.0178/0.1111＝16％，挥发的量大于10％，需要加入B来控制合金成分；由于合金锭熔炼进行了3次，平均每次熔炼时B挥发为0.0178/3＝0.0059克，所以补充的B的质量＝0.0178-0.0111+0.0059*3＝0.0245克；第四步，Fe-B中间合金锭的再熔炼将合金锭与补充的B混合，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入氩气气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为170A/cm2，其它均同实施例一中第四步(略)；第五步，((Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Mo2合金锭的熔炼将剩余按成分配比的金属原料Y、Nb和Mo与Fe-B中间合金锭的混合料，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入氩气气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为190A/cm2，其它均同实施例一中第五步(略)；第六步，(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Mo2块体非晶合金制备抽真空后，充入氩气气压为0.03MPa，熔炼所用电流密度为190A/cm2，吸铸时电流密度为290A/cm2，其它均同实施例一中第六步(略)；第七步，(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Mo2块体非晶合金结构与性能测试用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析合金棒的相结构，为典型的非晶态结构特征；用差示扫描量热仪和差热分析仪测定了该非晶合金的热力学参数，分别为Tg＝937K，Tx＝984K，Tg/Tl＝0.656，γ＝0.416；用振动样品磁强计测试的该样品的Bs＝0.89T，Hc＝6kA/m。
实施例十一，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Mo2块体非晶合金制备及其性能测试第一步，成分配比的称量设计成分时是按原子百分比进行的，在原料称重过程中，先将合金原子百分比(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Mo2转换成重量百分比Fe78.3B3.8Y10.6Nb3.6Mo3.7，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Fe，B，Y，Nb和Mo的原料，备用；并且称量时预先多加入10％的B量用来补偿合金熔炼时的挥发；第二步，Fe-B中间合金锭的熔炼抽真空后，充入氩气气压为0.07MPa，熔炼所用电流密度为180A/cm2，其它均同实施例一中第二步(略)；第三步，Fe-B中间合金锭成分检查用分析天平称量Fe-B中间合金锭的质量，天平的精度为万分之一克，熔炼三次均匀后将这个实际质量与备料时原料的质量进行比较，两者的差值为合金中B元素的挥发质量；按比例称量的Fe的质量为1.5655克，B的质量为0.0759克，多加10％的B量为0.0076克，Fe与B混合的总量为1.649克，熔炼三次后合金的重量为1.6425克，合金锭质量减少了0.0065克，换算后即B挥发的量为0.0065/0.0759＝8.6％，挥发的量小于10％，该合金锭可进行下一步吸铸工序；
第四步，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Mo2合金锭的熔炼将剩余按成分配比的金属原料Y、Nb和Mo与Fe-B中间合金锭的混合料，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入氩气气压为0.07MPa，熔炼所用电流密度为205A/cm2，其它均同实施例一中第五步(略)；第五步，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Mo2块体非晶合金制备抽真空后，充入氩气气压为0.03MPa，熔炼所用电流密度为205A/cm2，吸铸时电流密度为295A/cm2，其它均同实施例一中第六步(略)；第六步，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Mo2块体非晶合金结构与性能测试用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析合金棒的相结构，为典型的非晶态结构特征；用差示扫描量热仪和差热分析仪测定了该非晶合金的热力学参数，分别为Tg＝931K，Tx＝979K，Tg/Tl＝0.654，γ＝0.416；用振动样品磁强计测试的该样品的Bs＝0.93T，Hc＝12kA/m。
实施例十二，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Mo2块体非晶合金制备及其性能测试第一步，成分配比的称量设计成分时是按原子百分比进行的，在原料称重过程中，先将合金原子百分比(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Mo2转换成重量百分比Fe79.2B3.1Y10.5Nb3.5Mo3.7，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Fe，B，Y，Nb和Mo的原料，备用；并且称量时预先多加入10％的B量用来补偿合金熔炼时的挥发；第二步，Fe-B中间合金锭的熔炼抽真空后，充入氩气气压为0.06MPa，熔炼所用电流密度为180A/cm2，其它均同实施例一中第二步(略)；第三步，Fe-B中间合金锭成分检查用分析天平称量Fe-B中间合金锭的质量，天平的精度为万分之一克，熔炼三次均匀后将这个实际质量与备料时原料的质量进行比较，两者的差值为合金中B元素的挥发质量；按比例称量的Fe的质量为1.5835克，B的质量为0.0630克，多加10％的B量为0.0063克，Fe与B混合的总量为1.6528克，熔炼三次后合金的重量为1.6477克，合金锭质量减少了0.0051克，换算后即B挥发的量为0.0051/0.063＝8.1％，挥发的量小于10％，该合金锭可进行下一步吸铸工序；第四步，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Mo2合金锭的熔炼将剩余按成分配比的金属原料Y、Nb和Mo与Fe-B中间合金锭的混合料，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入氩气气压为0.06MPa，熔炼所用电流密度为220A/cm2，其它均同实施例一中第五步(略)；第五步，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Mo2块体非晶合金制备抽真空后，充入氩气气压为0.06MPa，熔炼所用电流密度为220A/cm2，吸铸时电流密度为300A/cm2，其它均同实施例一中第六步(略)；第六步，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Mo2块体非晶合金结构与性能测试用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析合金棒的相结构，为典型的非晶态结构特征；用差示扫描量热仪和差热分析仪测定了该非晶合金的热力学参数，分别为Tg＝926K，Tx＝982K，Tg/Tl＝0.654，γ＝0.419；用振动样品磁强计测试的该样品的Bs＝0.96T，Hc＝12kA/m。
实施例十三，(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Ta2块体非晶合金制备及其性能测试第一步，成分配比的称量设计成分时是按原子百分比进行的，在原料称重过程中，先将合金原子百分比(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Ta2转换成重量百分比Fe73.8B5.4Y9.8Nb3.7Ta7.3，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Fe，B，Y，Nb和Ta的原料，备用；并且称量时预先多加入10％的B量用来补偿合金熔炼时的挥发；第二步，Fe-B中间合金锭的熔炼抽真空后，充入氩气气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为180A/cm2，其它均同实施例一中第二步(略)；第三步，Fe-B中间合金锭成分检查用分析天平称量Fe-B中间合金锭的质量，天平的精度为万分之一克，熔炼三次均匀后将这个实际质量与备料时原料的质量进行比较，两者的差值为合金中B元素的挥发质量；按比例称量的Fe的质量为1.4763克，B的质量为0.1073克，多加10％的B量为0.0107克，Fe与B混合的总量为1.5943克，熔炼三次后合金的重量为1.5804克，合金锭质量减少了0.0139克，换算后即B挥发的量为0.0139/0.1073＝13％，挥发的量大于10％，需要加入B来控制合金成分；由于合金锭熔炼进行了3次，平均每次熔炼时B挥发为0.0139/3＝0.0046克，所以补充的B的质量＝0.0139-0.0107+0.0046*3＝0.0171克；第四步，Fe-B中间合金锭的再熔炼将合金锭与补充的B混合，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入氩气气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为180A/cm2，其它均同实施例一中第四步(略)；第五步，(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Ta2合金锭的熔炼将剩余按成分配比的金属原料Y、Nb和Ta与Fe-B中间合金锭的混合料，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入氩气气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为190A/cm2，其它均同实施例一中第五步(略)；第六步，(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Ta2块体非晶合金制备抽真空后，充入氩气气压为0.08MPa，熔炼所用电流密度为190A/cm2，吸铸时电流密度为290A/cm2，其它均同实施例一中第六步(略)；第七步，(Fe68.6B25.7Y5.7)0.96Nb2Ta2块体非晶合金结构与性能测试用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析合金棒的相结构，为典型的非晶态结构特征；用差示扫描量热仪和差热分析仪测定了该非晶合金的热力学参数，分别为Tg＝939K，Tx＝989K，Tg/Tl＝0.661，γ＝0.419；用振动样品磁强计测试的该样品的Bs＝0.87T，Hc＝8kA/m。
实施例十四，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Ta2块体非晶合金制备及其性能测试第一步，成分配比的称量设计成分时是按原子百分比进行的，在原料称重过程中，先将合金原子百分比(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Ta2转换成重量百分比Fe75.8B3.7Y10.2Nb3.5Ta6.8，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Fe，B，Y，Nb和Ta的原料，备用；并且称量时预先多加入10％的B量用来补偿合金熔炼时的挥发；第二步，Fe-B中间合金锭的熔炼抽真空后，充入氩气气压为0.06MPa，熔炼所用电流密度为185A/cm2，其它均同实施例一中第二步(略)；第三步，Fe-B中间合金锭成分检查用分析天平称量Fe-B中间合金锭的质量，天平的精度为万分之一克，熔炼三次均匀后将这个实际质量与备料时原料的质量进行比较，两者的差值为合金中B元素的挥发质量；按比例称量的Fe的质量为1.5153克，B的质量为0.0734克，多加10％的B量为0.0073克，Fe与B混合的总量为1.596克，熔炼三次后合金的重量为1.59克，合金锭质量减少了0.006克，换算后即B挥发的量为0.006/0.0734＝8.2％，挥发的量小于10％，该合金锭可进行下一步吸铸工序；第四步，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Ta2合金锭的熔炼将剩余按成分配比的金属原料Y、Nb和Ta与Fe-B中间合金锭的混合料，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入氩气气压为0.06MPa，熔炼所用电流密度为210A/cm2，其它均同实施例一中第五步(略)。
第五步，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Ta2块体非晶合金制备抽真空后，充入氩气气压为0.03MPa，熔炼所用电流密度为210A/cm2，吸铸时电流密度为300A/cm2，其它均同实施例一中第六步(略)；第六步，(Fe74.9B18.8Y6.3)0.96Nb2Ta2块体非晶合金结构与性能测试用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析合金棒的相结构，为典型的非晶态结构特征；用差示扫描量热仪和差热分析仪测定了该非晶合金的热力学参数，分别为Tg＝925K，Tx＝991K，Tg/Tl＝0.661，γ＝0.426；用振动样品磁强计测试的该样品的Bs＝0.98T，Hc＝13kA/m。
实施例十五，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Ta2块体非晶合金制备及其性能测试第一步，成分配比的称量设计成分时是按原子百分比进行的，在原料称重过程中，先将合金原子百分比(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Ta2转换成重量百分比Fe76.7B3Y10.2Nb3.4Ta6.7，按比例称量纯度为99.9％的纯金属Fe，B，Y，Nb和Ta的原料，备用；并且称量时预先多加入10％的B量用来补偿合金熔炼时的挥发；第二步，Fe-B中间合金锭的熔炼抽真空后，充入氩气气压为0.07MPa，熔炼所用电流密度为190A/cm2，其它均同实施例一中第二步(略)；第三步，Fe-B中间合金锭成分检查用分析天平称量Fe-B中间合金锭的质量，天平的精度为万分之一克，熔炼三次均匀后将这个实际质量与备料时原料的质量进行比较，两者的差值为合金中B元素的挥发质量；按比例称量的Fe的质量为1.5339克，B的质量为0.061克，多加10％的B量为0.0061克，Fe与B混合的总量为1.601克，熔炼三次后合金的重量为1.5958克，合金锭质量减少了0.0052克，换算后即B挥发的量为0.0052/0.061＝8.5％，挥发的量小于10％，该合金锭可进行下一步吸铸工序；第四步，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Ta2合金锭的熔炼将剩余按成分配比的金属原料Y、Nb和Ta与Fe-B中间合金锭的混合料，放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后，充入氩气气压为0.07MPa，熔炼所用电流密度为210A/cm2，其它均同实施例一中第五步(略)；第五步，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Ta2块体非晶合金制备抽真空后，充入氩气气压为0.03MPa，熔炼所用电流密度为210A/cm2，吸铸时电流密度为310A/cm2，其它均同实施例一中第六步(略)；第六步，(Fe77.6B15.9Y6.5)0.96Nb2Ta2块体非晶合金结构与性能测试用X射线衍射仪(Cu Kα辐射，其波长λ＝0.15406nm)分析合金棒的相结构，为典型的非晶态结构特征；用差示扫描量热仪和差热分析仪测定了该非晶合金的热力学参数，分别为Tg＝922K，Tx＝972K，Tg/Tl＝0.653，γ＝0.417；用振动样品磁强计测试的该样品的Bs＝0.99T，Hc＝12kA/m。
表1Fe-B-Y-Nb-Zr、Fe-B-Y-Nb-Hf、Fe-B-Y-Nb-Ti、Fe-B-Y-Nb-Mo和Fe-B-Y-Nb-Ta五个合金体系块体非晶合金的实验测试结果
权利要求
1.基于Fe-B-Y团簇的Fe基块体非晶合金，其特征在于(a)其成分是在Fe-B-Y三元基础体系的基础上，添加2at.％的第四组元Nb和2at.％的第五组元Zr或Hf或Ti或Mo或Ta，对基础三元团簇线上成分进行微合金化形成的五个合金体系Fe-B-Y-Nb-Zr、Fe-B-Y-Nb-Hf、Fe-B-Y-Nb-Ti、Fe-B-Y-Nb-Mo和Fe-B-Y-Nb-Ta；(b)这五个合金体系所选取的基础三元Fe-B-Y团簇线上成分相同，表示为(Fe12/13Y1/13)100-xBx，其中，x＝15-26at.％；(c)在这五个合金体系中形成的块体非晶合金成分区间分别为[(Fe12/13Y1/13)100-xBx]0.96Nb2Zr2，[(Fe12/13Y1/13)100-xBx]0.96Nb2Hf2，[(Fe12/13Y1/13)100-xBx]0.96Nb2Ti2，[(Fe12/13Y1/13)100-xBx]0.96Nb2Mo2和[(Fe12/13Y1/13)100-xBx]0.96Nb2Ta2，其中，B的含量均为x＝15-26at.％，合金成分比为原子百分比；(d)制备基于Fe-B-Y团簇的Fe基块体非晶合金的方法，均采用同一工艺方法分步进行熔炼，包括成分配比称量、熔炼和吸铸，其工艺步骤是第一步，备料按照设计合金成分中的原子百分比，转换成重量百分比wt.％，称取各组元量值，待用，其中B要多加入10％的量，用来补偿B在熔炼过程中的挥发，B的最低挥发量约为B总量的10％；各元素Fe、B、Y、Nb、Zr、Hf、Ti、Mo和Ta金属原料的纯度要求为99.9％以上；第二步，Fe-B中间合金锭的熔炼先将秤量好的金属Fe与非金属B的混合料放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，采用非自耗电弧熔炼法在氩气的保护下进行熔炼，首先抽真空至10-2Pa，然后充入氩气至气压为0.06-0.08MPa，熔炼电流密度的控制范围为160-190A/cm2，熔化后再持续熔炼10秒钟，断电，让合金随铜坩埚冷却至室温；然后将其翻转，重新置于水冷铜坩埚内，进行第二次熔炼，如此反复熔炼至少3次，B的挥发减小到可忽略的程度，得到成分均匀的Fe-B中间合金锭；第三步，Fe-B中间合金锭成分检查用分析天平称量Fe-B中间合金锭的质量，将这个实际质量与备料时原料的质量进行比较，两者的差值为合金中B元素的挥发质量；如果B挥发的量在8-10％内，那么该合金锭可以进行下一步工序；如果B挥发的量大于10％，那么需要补充已挥发的B元素的量值，成分均匀时B挥发可忽略；第四步，Fe-B-Y-基合金锭的熔炼将剩余按成分配比的金属原料，或Y、Nb和Zr，或Y、Nb和Hf，或Y、Nb和Ti，或Y、Nb和Mo，或Y、Nb和Ta五组中所需的一组，与Fe-B中间合金锭的混合料放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，采用非自耗电弧熔炼法在氩气的保护下进行熔炼，首先抽真空至10-2Pa，然后充入氩气至气压为0.06-0.08MPa，熔炼电流密度的控制范围为180-220A/cm2，熔化后再持续熔炼10秒钟，断电，让合金随铜坩埚冷却至室温，然后将其翻转，重新置于水冷铜坩埚内，进行第二次熔炼，如此反复熔炼至少3次，得到成分均匀的Fe-B-Y-基合金锭；第五步，Fe-B-Y-基块体非晶合金制备将由上步制备的Fe-B-Y-基合金锭，置于连有负压吸铸装备的水冷铜坩埚内，在氩气保护下用非自耗电弧熔炼法熔炼合金，首先抽真空至10-2Pa，然后充入氩气至气压为0.06-0.08MPa，熔炼所用电流密度为180-220A/cm2，熔化后，再持续熔炼10秒钟，最后电流密度提升到280-310A/cm2，开启负压吸铸装置，气压差为0.04±0.005MPa，同时断电，让合金熔体充入圆柱形铜模型腔中，冷却至室温，得到直径为3mm的块体非晶合金。
2.根据权利要求1中所述的基于Fe-B-Y团簇的Fe基块体非晶合金，其特征在于在熔炼Fe-B中间合金中，要补充已挥发的非金属元素B的量值时，由以下两个步骤确定，首先计算平均每次熔炼合金锭时B的挥发质量，每次B的挥发质量＝B的挥发质量÷熔炼次数；其次，再补充的B的质量，其补充量值＝B已经挥发的质量-预先多加入的B的质量+再熔炼多次合金锭时Sm的挥发质量。
全文摘要
新材料领域中的基于Fe－B－Y团簇的Fe基块体非晶合金，特征在Fe－B－Y三元基础体系的基础上，添加2at.％的Nb和2at.％的Zr或Hf或Ti或Mo或Ta，对基础三元团簇线上成分进行微合金化形成的；在五个合金体系中形成块体非晶的成分区间为[(Fe
文档编号B22D18/00GK1869276SQ20061004707
公开日2006年11月29日 申请日期2006年6月26日 优先权日2006年6月26日
发明者董闯, 王清, 陈伟荣, 吴江, 羌建兵, 王英敏 申请人:大连理工大学