一种高铁含量的非晶软磁合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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MetglasS2605SAl淬态饱和磁感应强度I. 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。
[0003] 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。
[0004] 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I. 6T，其中最高可达I. 72T，同时该合金系具有优越的软磁性，矫顽力 低于ΙΟΑ/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]。
[0005] 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。
[0006] [参考文献]
[0007] [1]美国专利第3856513号公报；
[0008] [2]日本特表平5-503962号公报；
[0009] [3]日本特开平7-100597号公报；
[0010] [4]日本特表2001-508129号公报；
[0011] [5]美国专利第4217135号公报；
[0012] [6]美国专利公开第2004/0140016号公报；
[0013] [7]中国专利第104745972号公报。
【发明内容】
[0014] 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。
[0015] 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FeniMnSiaBbPeC 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彡87,0. 5彡n彡2，l$a< 5， m+n+a+b+c+d = 100。
[0016] 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（Bs)不低于 I. 4T，矫顽力（HJ不高于15A/m ;在25°C NaCl水溶液中腐蚀电流密度（Irarr)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。
[0017] 上述高铁含量的非晶软磁合金的制备方法，包括以下步骤：
[0018] 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；
[0019] 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 X 10 3Pa ;
[0020] 步骤三、将步骤二制得的母合金锭再次溶化，在惰性气体的保护下采用单辊急冷 法制备合金条带试样。
[0021] 进一步讲：步骤二中，将制成的母合金锭在酒精中超声清洗。
[0022] 步骤三中，单辊急冷法制备的工艺参数是：喷射压力为0· 02-0. 04Mpa，铜辊转速 表面线速度为20-50m/s，喷射温度800-1200°C。
[0023] 单辊急冷法制备合金条带试样中放置母合金的容器为石英管，所述石英管管口用 1200-2000号砂纸打磨至直径为0. 7-0. 8mm。
[0024] 本发明得到的任一高铁含量的非晶软磁合金的结构表征和性能测试：
[0025] (1)非晶结构表征。将两小段条带并排固定在样品台上，自由面向上，用X射线衍 射仪（XRD)检测样品的结构。XRD衍射峰应为单一的弥散峰。
[0026] (2)热学参数测量。将约10-20mg条带试样剪碎，至于氧化铝坩埚中压平实，用差 示扫描量热仪（DSC)记录合金的升温曲线。DSC升温曲线至少有一个放热峰。（第一）放 热峰的起始温度定义为晶化温度Tx。1；之前曲线上微小吸热峰对应的起始温度为居里温度 TcO
[0027] (3)磁性参数测量。将淬态合金条带在1；和T χ之间任意温度退火不少于10分钟 以消除残余应力。用振动磁强计（VSM)测量合金的磁滞回线以获得其饱和磁感应强度；用 B-H仪测量合金的矫顽力。退火态合金饱和磁感应强度（Bs)不低于1.4Τ，矫顽力（HJ不高 于15A/m。作为优选，1^最高可达1.76Τ。
[0028] (4)力学性能测量。将淬态合金条带在1；和T x之间任意温度退火不少于10分钟 以消除残余应力。将合金条带180度对折，本系列合金对折后不会断裂成两截，即具有弯折 韧性。
[0029] (5)耐蚀性测量。将合金条带作为工作电极，Pt电极作为对电极，饱和甘汞电极作 为参比电极，采用三电极体系测量合金的电化学行为。测试溶液可选用但不限于3. 5mass% NaCl水溶液、0. 05mol/L HCl或H2S(VK溶液等。本系列合金在25°C NaCl水溶液中腐蚀电 流密度不高于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。
[0030] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0031] 根据本发明，能够提供一种高铁含量的铁基非晶软磁合金。该合金即使在铁原子 百分含量超过85%的特定范围内仍能保持相当高的非晶形成能力。该合金具有较高的饱和 磁感应强度和优越的软磁性能，以及优良的机械性能、机加工性、耐蚀性和较低的成本，并 能适用于大规模产品的生产流程。
【附图说明】
[0032] 图1为实施例1制备得到的Fe84 xCxM2BsSi2P4(M = Cr，Mo ;x = 0,1)非晶合金条带 的XRD衍射图；
[0033] 图2为实施例1制备得到的Fe84 xCxM2BsSi2P4(M = Cr，Mo ;x = 0,1)非晶合金条带 的DSC升温曲线；
[0034] 图3为实施例1制备得到的Fe84Mo2BsSi 2P4合金条带退火后的外观；
[0035] 图4为实施例1制备得到的Fe84 xCxM2BsSi2P4(M = Cr，Mo ;x = 0,1)非晶合金条带 的磁滞回线；
[0036] 图5为实施例1制备得到的Fe84 xCxM2BsSi2P4(M = Cr，Mo ;x = 0,1)非晶合金条带 的极化曲线；