铁基非晶材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种铁基非晶材料及其制备方法。该铁基非晶材料的成分为Fe100-a-b-cMcBbAa，M为Si、Zr、Nb、Cr、P、Al、Co、Ni、Ti中的任一种或多种，A为N和/或C，0.5≤a≤2at％，9≤b≤14at％，0≤c≤10at％；非晶材料包括非晶基体层和位于非晶基体层上的表面层，表面层为FeA富集层。该铁基非晶材料中的非晶基体层用于提供铁基非晶材料的基本性能，而通过表面层性能的辅助协同，可以使铁基非晶材料的性能得到增强，提高饱和磁化强度、降低矫顽力，从而改善了铁基非晶材料的整体性能。
【专利说明】
铁基非晶材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及非晶材料领域，具体而言，涉及一种铁基非晶材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 非晶合金又称金属玻璃，是一种亚稳态的新型金属材料，具有短程有序、长程无序 的结构特征以及高磁感强度、高电阻率、高强度、高硬度、高弹性模量、高耐磨和耐腐蚀性、 低损耗等优异性能，某些非晶合金还具有非常优异的磁学性能。作为一种新型的功能材料 与工程材料，非晶合金在航空航天、军工、汽车、电子、仪器仪表、体育器材、医疗器材等领域 具有广阔的应用前景，被誉为21世纪新型绿色节能材料。
[0003] 正是由于非晶材料所具备的这些优异特性，使其被认为是制作电源变压器的理想 铁芯材料。而采用非晶合金代替薄硅钢用作电源变压器铁芯的研究工作几乎和铁基非晶带 的制作同时起步的。但是与取向硅钢相比，铁基非晶仍有不足之处，晶态取向硅钢Bs值约 在2T，而典型的铁基非晶合金Bs值为1. 56T。在制备磁性元件时，如变压器铁 芯、电动机转子和磁力开关等，往往希望这些装置的饱和磁感应强度较高，这意味着装置尺 寸的减小或者激励功率的降低。
[0004] 为了提高非晶材料性能，各单位在成分与制备工艺方面进行了研究。例如，中 国专利CN104233121A公开了 FeS3.5B15CUl. 5成分，通过该成分可以提高非晶材料的饱和 磁化强度。中国专利CN1166800C公开了 Fe:81~86wt. %，Co:7~12wt. %，Si:l~ 3wt. %，B:3~5wt. %，该成分可以提高饱和磁化强度。中国专利CN100442402C公开了 (Fh XMX)1Q。a b cPaTbD。，其中Μ为Co、Ni中至少一种，T为C、B、Si中的两种以上以及A1，D为 Sn、Cr、Zr等，X为0. 01~0. 16 ;a为8~15 ;b为10~25 ;c为0. 5~6,通过该成分来获 得高频软磁性能的非晶合金粉末。中国专利CN101492794A公开了一种铁基非晶，成分为 Fe1M a b c d eNiaCrbPcTdDe，其中 T 为 B、C 和 Si 中的一种或多种，D 为 Y、V、Zr、Mo、Nb、Al、Ga 中的五种或更少，该成分可以大幅提高材料的非晶形成能力。中国专利CN 101805876B公 开了一种Fe1(m a b。xCc^SibBJV^材料，该材料通过加入廉价的Μ元素来降低非晶材料的成分， 提高材料的饱和磁化强度。中国专利CN101787500B公开了一种材料的制 备方法，饱和磁化强度可达到1. 7T，通过加入A1来降低成本。
[0005] 以上专利，只从成分与制备工艺等方面来改进材料的饱和磁化强度等性能， 没有公开通过表面处理来提高材料整体性能的技术方案。中国专利CN102234797A、 CN102268660A和CN102212815A分别公开了采用磷化、溶胶凝胶法或高温氧化法在铁基非 晶纳米晶材料表面改性的制备方法，通过在非晶纳米晶材料表面涂覆一层磷化物薄膜或者 Ti02或者四氧化三铁涂层，来提高材料的抗腐蚀性。该方法只是在表面物理地形成一层保 护膜来改善抗氧化性，对材料自身磁性能没有提高。中国专利CN102787282B公开了一种 非晶态合金，该材料从表面到内部在1~20nm范围内出现0、C、Si、B的富集层，从而提高材 料的饱和磁化强度，降低铁损。该方法也只是在制备材料的过程中通过严格控制〇) 2和CH4 混合气氛的浓度来达到，工艺控制方面还存在较大的难度。
【发明内容】
[0006] 本发明的主要目的在于提供一种铁基非晶材料及其制备方法，以提高铁基非晶材 料的整体性能。
[0007] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种铁基非晶材料，该铁基非 晶材料的成分为Fe 1Q。a b eMeBbAa，Μ为Si、Zr、Nb、Cr、P、Al、Co、Ni、Ti中的任一种或多种，A 为N和/或C，0. 5彡a彡2at%，9彡b彡14at%，0彡c彡10at% ;铁基非晶材料包括非 晶基体层和位于非晶基体层上的表面层，表面层为FeA富集层。
[0008] 进一步地，表面层的厚度为5nm~5 μ m〇
[0009] 进一步地，A为N，表面层的结构包括α " -Fe16N2。
[0010] 进一步地，当A为N时，沿远离非晶基体层的方向上表面层在厚度为50nm~5 μπι 处的FeN浓度最高。
[0011] 进一步地，当A为C时，沿远离非晶基体层的方向上表面层在厚度为5nm~50nm 处的FeC浓度最高。
[0012] 进一步地，铁基非晶材料的厚度为15~35 μ m。
[0013] 本发明还提供了一种上述铁基非晶材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤： 制备非晶基体材料，非晶基体材料的成分为Fe 1Q。a b eMeBbAa，M为Si、Zr、Nb、Cr、P、Al、Co、Ni、 Ti中的任一种或多种，A为N和/或C，0.5彡a彡2at%，9彡b彡14at%，0彡c彡10at%; 对非晶基体材料进行表面处理以形成铁基非晶材料。
[0014] 进一步地，表面处理的步骤包括：采用含A的离子束对非晶基体材料进行离子注 入，且离子注入的步骤中，离子束的能量为50~500keV，基底温度为100~300°C。
[0015] 进一步地，表面处理的步骤包括：确定铁基非晶材料的晶化温度T1 ;在含A气氛、 (T1-100)~（T1+10)的温度范围下对非晶基体材料进行热处理；冷却至室温后得到铁基非 晶材料。
[0016] 进一步地，热处理的步骤包括：步骤S1、在含A气氛、（T1-100)~（T1-50)的温度 范围下进行热处理10~30min ;步骤S2、继续在含A气氛、（T1-20)~（T1+10)的温度范围 下进行热处理3~lOmin ;重复步骤S1和步骤S2N次，N为5~10。
[0017] 应用本发明的技术方案，本发明提供的铁基非晶材料包括非晶基体层和表面层， 且非晶基体层用于提供铁基非晶材料的基本性能，而通过表面层性能的辅助协同，可以使 铁基非晶材料的性能得到增强，提高饱和磁化强度、降低矫顽力，从而改善了铁基非晶材料 的整体性能。
【具体实施方式】
[0018] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将结合实施例来详细说明本申请。
[0019] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述【具体实施方式】，而非意图限制根 据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式 也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语"包含"和/或"包 括"时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0020] 由【背景技术】可知，现有铁基非晶材料的整体性能较差。本发明的发明人针对该技 术问题进行研究，提出了一种铁基非晶材料。该铁基非晶材料的成分为Fe 1MahlBbAa，Μ 为 Si、Zr、Nb、Cr、P、Al、Co、Ni、Ti 中的任一种或多种，Α 为 Ν 和 / 或 C，0. 5 彡 a 彡 2at%， 9 < b < 14at%，0 < c < 10at%;铁基非晶材料包括非晶基体层和位于非晶基体层上的表 面层，表面层为FeA富集层。
[0021] 上述铁基非晶材料中，非晶基体层用于提供铁基非晶材料的基本性能，而通过表 面层性能的辅助协同，可以使铁基非晶材料的性能得到增强，提高饱和磁化强度、降低矫顽 力，从而改善了铁基非晶材料的整体性能。
[0022] 下面将更详细地描述根据本发明提供的铁基非晶材料的示例性实施方式。然而， 这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐 述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并 且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。
[0023] 本发明提供的铁基非晶材料是以FeB为基础成分，并在此基础上添加一定量的Μ 元素来改善非晶形成能力，提高整体性能，其中Μ为Si、Zr、Nb、Cr、P、Al、Co、Ni、Ti中的一 种或多种，且在这些添加元素中，Si、P对非晶材料的非晶形成能力起到重要的作用，Nb、Cr、 Zr对抑制亚稳相的析出，保持非晶态的稳定性起重要的作用，Ni、Al、Co对提升整体非晶材 料饱和磁化强度，起始磁导率起重要作用。这些元素的加入，对最终形成基体层与表面层两 层结构起到明显的促进作用。同时，A为N和/或C，N和/或C的加入是本发明的关键之 一，通过N和/或C在非晶材料表面形成富集，从而可以改善非晶材料的整体性能。
[0024] 本发明中还要求各元素存在一定的比例关系，以原子比来计算，其中 0· 5 < a < 2at. %，9 < b < 14at. %，0 < c < 10at. %，a、b、c 的值可以保证 Fe 含量在 78at. %以上，从而使非晶材料具有更尚的饱和磁感强度，本发明中，c的含量可以为零，在 这种情况下，材料基本成分即为FeBA。
[0025] 上述铁基非晶材料，优选地，表面层的厚度为5nm~5 μ m，在这个范围中，A在其中 形成一定的富集，形成FeA化合物，该FeA化合物的性能直接影响材料整体的性能。优选的， 当A为N时，表面层在厚度为50nm~5 μ m处出现FeN浓度最高值，此时，N在材料表面形成 一定的梯度分布，形成一定的相结构，形成了具有一定性能的表面层。在表面的FeN化合物 中，会形成一系列的 FeN 结构，包括 a " -Fe16N2, γ ' -Fe4N，ε -FexN(2〈x 彡 3)，ζ -Fe2N 以 及一定量的非晶和a -Fe等，这些氮化物的性能各异，对非晶材料整体性能的影响也各异， 其中当该结构为-Fe4N、e-Fe 2r^t，对材料耐腐蚀性的提高有明显的作用。优选的，表 面层的结构主要包括a " -Fe16N2，其中a " -Fe16N2的饱和磁化强度高达2.8T，该化合物的 形成对整体性能的提高作用明显。
[0026] 优选地，当A为C时，表面形成FeC富集区域，该FeC富集区结构包括Fe3C、Fe 2C、 FeC以及FeMC等，此时表面层的厚度在5nm~50nm处出现浓度最高值，形成的表面层结构 对提升整体的耐腐蚀性以及力学性能有较大的促进作用。优选地，铁基非晶材料的厚度为 15 ~35 μ m〇
[0027] 同时，本发明提供的述铁基非晶材料由很多种制备方法。具体地，技术人员可以采 用离子注入，磁控溅射等方式对非晶基体材料进行表面处理以形成包括非晶基体层和表面 层的铁基非晶材料。
[0028] 下面将具体阐述上述铁基非晶材料的制备方法的实施方式。该铁基非晶材料的 制备方法包括以下步骤：制备非晶基体材料，非晶基体材料的成分为Fe 1M a b ^jbAa，Μ为 Si、Zr、Nb、Cr、P、Al、Co、Ni、Ti 中的任一种或多种，Α 为 Ν 和 / 或 C，0. 5 彡 a 彡 2at%， 9 < b < 14at%，0 < c < 10at% ;对非晶基体材料进行表面处理以形成铁基非晶材料。
[0029] 在本发明一种优选实施方式中，采用离子注入工艺制备铁基非晶材料。离子注入 技术是近30年来发展起来的一种材料表面改性技术，其基本原理是：在一定气氛下用能 量为lOOkeV量级的尚子束入射到材料中去，尚子束与材料中的原子或分子将发生一系列 物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成 分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。优选地，采用 含A的离子束对非晶基体材料进行离子注入，且离子注入的步骤中，离子束的能量为50~ 500keV，基底温度为100~300°C。
[0030] 具体地，在离子注入过程中，可将非晶材料放入离子注入设备中，含氮气氛的氮 (碳）分压，基底温度以及离子注入的功率，来调节表面层FeA各结构的形成。为了达到本 发明所需要的效果。特别的，当A为N时，离子注入的具体工艺选择显得尤为重要，通过调 整以上工艺参数，相应的FeA化合物的结构会发生一系列的变化，随着含氮气氛中氮分压 的提尚，表面层中A的浓度越尚，从而更有利于形成尚N的FeN化合物；由于铁氣化合物的 磁矩和居里温度随着氮含量的增加而降低，在已经发现的磁性材料中a" -Fe16N2具有最 高的饱和磁通密度（2. 8~3. 0T)，而γ ^ -Fe4N，ε -FexN(2〈x彡3)的饱和磁通密度分别 为1.7T和1.4T，ζ-FeW在常温下为顺磁性，从磁性方面考虑，为了制备出具有高饱和磁 化强度的FeN表面层，关键因素是避免在溅射过程中形成弱磁性的氮化铁相，此时形成的 a " -Fe16N2表面层会对整体材料的磁性能起到促进作用，Bs大于1.7T，磁致伸缩系数以及 矫顽力也随之降低，此时氮气分压小于10%，基底温度小于150°C。另外，为了提高材料的 耐腐蚀性以及力学性能，就需要得到高氮含量的结构，此时要求氮气分压为10~50 %，基 底温度为150~300 °C。
[0031] 在本发明另一种优选实施方式中，采用热处理工艺制备铁基非晶材料。当选用在 含氮气氛下氮化的方式来制备时，需要考虑一个关键因素是在基体不发生大幅改变的情况 下进行A的渗入，特别是，不能使非晶基体进行晶化，从而影响整体的性能。在此情况下，需 要对整个氮化机制进行优化，本发明中，采用多步氮化的方式来实现表面碳/氮的渗入。在 采用含氮气氛氮化处理过程中，含氮气氛优选为NH 3, NH3+H2, N2+H2, N2。当气氛为NH3 (N2) +? 时，NH3 (N2)与H2的比例小于1:3。
[0032] 优选地，采用热处理工艺进行表面处理的步骤包括：确定铁基非晶材料的晶化温 度T1;在含A气氛、（T1-100)~（T1+10)的温度范围下对非晶基体材料进行热处理；冷 却至室温后得到铁基非晶材料。更为优选地，热处理的步骤包括：步骤S1、在含A气氛、 (T1-100)~（T1-50)的温度范围下进行热处理10~30min;步骤S2、继续在含A气氛、 (T1-20)~（T1+10)的温度范围下进行热处理3~lOmin ;重复步骤S1和步骤S2N次，N为 5~10。通过以上的分段热处理的步骤，可以有效增强气氛中氮离子的活性，从而可以在低 于晶化温度时进行渗氮操作，使基体层不发生结构转变，保持整体性能的稳定性。
[0033] 下面将结合实施例进一步说明本发明提供的铁基非晶材料及其制备方法。
[0034] 实施例1
[0035] 本实施例提供了一种铁基非晶材料及其制备方法，其中，该铁基非晶材料的成分 为FeS7. 2B12.3Na5，且该非晶材料包括厚度为非晶基体层和位于非晶基体层上的表面层，表面 层的结构包括a " -Fe16N2、非晶和a-Fe等，非晶基体层的厚度为15 μm，表面层的厚度为 50nm〇
[0036] 制备该铁基非晶材料的步骤包括：首先，按配比制备非晶基体材料；然后，采用 含氮的离子束对非晶基体材料进行离子注入以形成铁基非晶材料，其中离子束的能量为 50keV，基底温度为100°C。
[0037] 实施例2
[0038] 本实施例提供了一种铁基非晶材料及其制备方法，其中，该铁基非晶材料的成分 为且该非晶材料包括厚度为非晶基体层和位于非晶基体层上的表面 层，表面层的结构包括a " -Fe16N2、非晶和a-Fe等，非晶基体层的厚度为35 μ m，表面层的 厚度为5 μ m。
[0039] 制备该铁基非晶材料的步骤包括：首先，按配比制备非晶基体材料；然后，采用 含氮的离子束对非晶基体材料进行离子注入以形成铁基非晶材料，其中离子束的能量为 80keV，基底温度为250°C。
[0040] 实施例3
[0041] 本实施例提供了一种铁基非晶材料及其制备方法，其中，该铁基非晶材料的成分 为Fe^SUruCc^B^Nu，且该非晶材料包括厚度为非晶基体层和位于非晶基体层上的 表面层，表面层的结构包括a " -Fe16N2、非晶和a-Fe等，非晶基体层的厚度为19 μ m，表面 层的厚度为200nm〇
[0042] 制备该铁基非晶材料的步骤包括：首先，按配比制备非晶基体材料；然后，采用 含氮的离子束对非晶基体材料进行离子注入以形成铁基非晶材料，其中离子束的能量为 60keV，基底温度为215°C。
[0043] 实施例4
[0044] 本实施例提供了一种铁基非晶材料及其制备方法，其中，该铁基非晶材料的成分 为FenPuNb^AluNihTiuBn.iNu，且该非晶材料包括厚度为非晶基体层和位于非晶基 体层上的表面层，表面层的结构包括a " -Fe16N2、非晶和a-Fe等，非晶基体层的厚度为 26 μ m，表面层的厚度为800nm。
[0045] 制备该铁基非晶材料的步骤包括：首先，按配比制备非晶基体材料；然后，采用 含氮的离子束对非晶基体材料进行离子注入以形成铁基非晶材料，其中离子束的能量为 70keV，基底温度为300°C。
[0046] 实施例5
[0047] 本实施例提供了一种铁基非晶材料及其制备方法，其中，该铁基非晶材料的成分 为Fe82. 3Si3.2B14.A.5，且该非晶材料包括厚度为非晶基体层和位于非晶基体层上的表面层， 表面层的结构包括a " -Fe16N2、非晶和a-Fe等，非晶基体层的厚度为15 μ m，表面层的厚 度为500nm。
[0048] 制备该铁基非晶材料的步骤包括：首先，按配比制备非晶基体材料；然后，进行热 处理，其中热处理温度为450°C，热处理时间为30min，冷却至室温后得到铁基非晶材料。
[0049] 实施例6
[0050] 本实施例提供了一种铁基非晶材料及其制备方法，其中，该铁基非晶材料的成分 为？683. 3他1.3&2.。队2.具. 5，且该非晶材料包括厚度为非晶基体层和位于非晶基体层上的表面 层，表面层的结构包括a " -Fe16N2、非晶和α-Fe等，非晶基体层的厚度为22μπι，表面层的 厚度为150nm〇
[0051] 制备该铁基非晶材料的步骤包括：首先，按配比制备非晶基体材料；然后，进行热 处理，其中热处理温度为410°C，热处理时间为15min，冷却至室温后得到铁基非晶材料。
[0052] 实施例7
[0053] 本实施例提供了一种铁基非晶材料及其制备方法，其中，该铁基非晶材料的成分 为Fe^CouNU^Nu，且该非晶材料包括厚度为非晶基体层和位于非晶基体层上的表面 层，表面层的结构包括a " -Fe16N2、非晶和a-Fe等，非晶基体层的厚度为17μπι，表面层的 厚度为80nm〇
[0054] 制备该铁基非晶材料的步骤包括：首先，按配比制备非晶基体材料；然后，进行热 处理，其中热处理温度为510°C，热处理时间为29min，冷却至室温后得到铁基非晶材料。
[0055] 实施例8
[0056] 本实施例提供了一种铁基非晶材料及其制备方法，其中，该铁基非晶材料的成分 为？^5.讲 2.及。.989』1.8，且该非晶材料包括厚度为非晶基体层和位于非晶基体层上的表面 层，表面层的结构包括a " -Fe16N2、非晶和a-Fe等，非晶基体层的厚度为25 μ m，表面层的 厚度为2 μ m。
[0057] 制备该铁基非晶材料的步骤包括：首先，按配比制备非晶基体材料；然后，进行热 处理，其中热处理包括：步骤S1、热处理温度为400°C，热处理时间为lOmin ;步骤S2、热处 理温度为480°C，热处理时间为3min ;重复执行步骤S1和S25次，冷却至室温后得到铁基非 晶材料。
[0058] 实施例9
[0059] 本实施例提供了一种铁基非晶材料及其制备方法，其中，该铁基非晶材料的成分 为Fe^CruCouBm^.g，且该非晶材料包括厚度为非晶基体层和位于非晶基体层上的表面 层，表面层的结构包括a " -Fe16N2、非晶和a-Fe等，非晶基体层的厚度为31 μ m，表面层的 厚度为3 μ m。
[0060] 制备该铁基非晶材料的步骤包括：首先，按配比制备非晶基体材料；然后，进彳丁热 处理，其中热处理包括：步骤S1、热处理温度为460°C，热处理时间为20min ;步骤S2、热处 理温度为510°C，热处理时间为lOmin ;重复执行步骤S1和S210次，冷却至室温后得到铁基 非晶材料。
[0061] 实施例10
[0062] 本实施例提供了一种铁基非晶材料及其制备方法，其中，该铁基非晶材料的成分 为作83. 4?1.收1.占13.具1，且该非晶材料包括厚度为非晶基体层和位于非晶基体层上的表面 层，表面层的结构包括a " -Fe16N2、非晶和a-Fe等，非晶基体层的厚度为29 μ m，表面层的 厚度为20nm〇
[0063] 制备该铁基非晶材料的步骤包括：首先，按配比制备非晶基体材料；然后，进行热 处理，其中热处理温度为500°C，热处理时间为20min，冷却至室温后得到铁基非晶材料。
[0064] 实施例11
[0065] 本实施例提供了一种铁基非晶材料及其制备方法，其中，该铁基非晶材料的成分 为？684.# 1.412.此1.具15，且该非晶材料包括厚度为非晶基体层和位于非晶基体层上的表 面层，表面层的结构包括γ ^ -Fe4N和ζ -Fe2N，非晶基体层的厚度为32 μ m，表面层的厚度 为 30nm。
[0066] 制备该铁基非晶材料的步骤包括：首先，按配比制备非晶基体材料；然后，采用 含氮的离子束对非晶基体材料进行离子注入以形成铁基非晶材料，其中离子束的能量为 50keV，基底温度为300°C。
[0067] 实施例12
[0068] 本实施例提供了一种铁基非晶材料及其制备方法，其中，该铁基非晶材料的成分 为？678. (^4.5?2.6%.40) 1.6811.。(：。.9，且该非晶材料包括厚度为非晶基体层和位于非晶基体层 上的表面层，表面层的结构包括Fe 3C、Fe2C、FeC以及FeMC等，非晶基体层的厚度为22 μ m， 表面层的厚度为5nm。
[0069] 制备该铁基非晶材料的步骤包括：首先，按配比制备非晶基体材料；然后，采用 含氮的离子束对非晶基体材料进行离子注入以形成铁基非晶材料，其中离子束的能量为 60keV，基底温度为150°C。
[0070] 实施例13
[0071] 本实施例提供了一种铁基非晶材料及其制备方法，其中，该铁基非晶材料的成分 为，且该非晶材料包括厚度为非晶基体层和位于非晶基体层 上的表面层，表面层的结构包括Fe 3C、Fe2C、FeC以及FeMC等，非晶基体层的厚度为31 μ m， 表面层的厚度为32nm。
[0072] 制备该铁基非晶材料的步骤包括：首先，按配比制备非晶基体材料；然后，采用 含氮的离子束对非晶基体材料进行离子注入以形成铁基非晶材料，其中离子束的能量为 70keV，基底温度为250°C。
[0073] 实施例14
[0074] 本实施例提供了一种铁基非晶材料及其制备方法，其中，该铁基非晶材料的成分 为FeS5.。匕。(^.。队。.。(： 2.。，且该非晶材料包括厚度为非晶基体层和位于非晶基体层上的表面 层，非晶基体层的厚度为35 μ m，表面层的厚度为50nm。
[0075] 制备该铁基非晶材料的步骤包括：首先，按配比制备非晶基体材料；然后，采用 含氮的离子束对非晶基体材料进行离子注入以形成铁基非晶材料，其中离子束的能量为 90keV，基底温度为290°C。
[0076] 对比例1
[0077] 本对比例提供了一种铁基非晶材料，其中，该铁基非晶材料的成分为
[0078] 对比例2
[0079] 本对比例提供了一种铁基非晶材料，其中，该铁基非晶材料的成分为 Fe84. 〇P2.〇Bl4. 0°
[0080] 测试：对实施例1至14和对比例1至2获得的铁基非晶材料进行性能测试，测试 结果如表1所示。从表1可以看出，实施例1至14获得的铁基非晶材料的饱和磁化强度Ms 值为1. 31~2. 35T，磁致伸缩系数为1. 5~15 ;而对比例1至2获得的铁基非晶材料的饱 和磁化强度Ms值为1. 47~1. 52T，磁致伸缩系数为26~23。可见，由于对比例1至2获 得的铁基非晶材料没有表面层，使其矫顽力较大。同时，从表1可以看出，实施例1至14获 得的铁基非晶材料的耐腐蚀性优于对比例1至2获得的铁基非晶材料。
[0081] 表 1
[0082]
[0083] 从以上实施例可以看出，本发明上述的实例实现了如下技术效果：本发明提供的 铁基非晶材料包括非晶基体层和表面层，且非晶基体层用于提供铁基非晶材料的基本性 能，而通过表面层性能的辅助协同，可以使铁基非晶材料的性能得到增强，提高饱和磁化强 度、降低矫顽力，从而改善了铁基非晶材料的整体性能。
[0084] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人 员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、 等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种铁基非晶材料，其特征在于，所述铁基非晶材料的成分为Fe 1M a b ΜΛΑ3, Μ为 Si、Zr、Nb、Cr、Ρ、Al、Co、Ni、Ti 中的任一种或多种，Α 为 Ν 和 / 或 C，0. 5 彡 a 彡 2at%， 9 < b < 14at%，0 < c < 10at%;所述铁基非晶材料包括非晶基体层和位于所述非晶基体 层上的表面层，所述表面层为FeA富集层。2. 根据权利要求1所述的铁基非晶材料，其特征在于，所述表面层的厚度为5nm~ 5 μ m〇3. 根据权利要求1所述的铁基非晶材料，其特征在于，A为N，所述表面层的结构包括 a " -Fe16N2〇4. 根据权利要求1所述的铁基非晶材料，其特征在于，当A为N时，沿远离所述非晶基 体层的方向上所述表面层在厚度为50nm~5 μπι处的FeN浓度最高。5. 根据权利要求1所述的铁基非晶材料，其特征在于，当A为C时，沿远离所述非晶基 体层的方向上所述表面层在厚度为5nm~50nm处的FeC浓度最高。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的铁基非晶材料，其特征在于，所述铁基非晶材料 的厚度为15~35 μ m。7. -种权利要求1至6中任一项所述的铁基非晶材料的制备方法，其特征在于，所述制 备方法包括以下步骤： 制备非晶基体材料，所述非晶基体材料的成分为Fe1Q。a b eMeBbAa，Μ为Si、Zr、Nb、Cr、 P、Al、Co、Ni、Ti中的任一种或多种，A为N和/或C，0. 5彡a彡2at%，9彡b彡14at%， 0 c 10at% ； 对所述非晶基体材料进行表面处理以形成所述铁基非晶材料。8. 根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述表面处理的步骤包括：采用含A 的离子束对所述非晶基体材料进行离子注入，且所述离子注入的步骤中，所述离子束的能 量为50~500keV，基底温度为100~300°C。9. 根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述表面处理的步骤包括： 确定所述铁基非晶材料的晶化温度T1 ; 在含A气氛、（T1-100)~（T1+10)的温度范围下对所述非晶基体材料进行热处理； 冷却至室温后得到所述铁基非晶材料。10. 根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的步骤包括： 步骤S1、在含A气氛、（T1-100)~（T1-50)的温度范围下进行热处理10~30min ; 步骤S2、继续在含A气氛、（T1-20)~（T1+10)的温度范围下进行热处理3~lOmin ; 重复所述步骤S1和所述步骤S2N次，N为5~10。
【文档编号】C23C14/48GK105986202SQ201510081095
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月13日
【发明人】罗阳, 李扩社, 于敦波, 张坤, 谢佳君, 靳金玲, 闫文龙, 杨远飞, 陈晓霞
【申请人】有研稀土新材料股份有限公司