一种低矫顽力的铁基非晶合金及其成分设计方法与流程

本发明涉及非晶合金的制备技术领域，尤其涉及一种低矫顽力的铁基非晶合金，及一种在不降低饱和磁感应强度的情况下，降低其矫顽力的成分设计方法。

背景技术：

铁基软磁非晶合金由于具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低损耗、低矫顽力等优异的软磁性能，且具有原料价格低廉和生产工艺简单等优点，主要用于制备各种用途的变压器的铁芯与电机定子，在电网、航空航天、互感器、吸波、海洋涂层、电磁屏蔽和催化与降解等方面也有不小的应用潜力。

随着科学技术的迅速发展，电子设备趋向于小型化、环保化，希望铁基非晶合金具有高的非晶形成能力和优异的磁性能，如更低的矫顽力、更高的饱和磁感应强度和磁导率等。其中，具有低矫顽力的软磁非晶合金材料在较小的磁场中就可以进行磁化或者退磁，且表现出低的损耗。

一般来说，铁基非晶合金的成分构成为“磁性(aat.%)+类金属(bat.%)+非金属(cat.%)+过渡金属(dat.%)”元素，且a+b+c+d=100。到目前为止，对于铁基非晶合金来说，可以通过增强合金的非晶形成能力来降低矫顽力。因为高的非晶形成能力就意味着更均匀的微观结构和更少的自由体积，从而减少磁畴钉扎位点的数量和磁各向异性，这就意味着更低的矫顽力。而提高非晶合金形成能力，主要是通过提高或者添加非磁性元素来实现的，而这往往是以牺牲饱和磁感应强度作为代价的。简单来讲，就是用牺牲饱和磁感应强度来降低矫顽力。这显然对于用做软磁功能材料的铁基非晶合金来说，不是一种非常理想的方法。

磷，作为非金属元素，在非晶合金产品的形成中起着重要的作用。经过多年的努力，已经开发出了许多经典的含磷铁基非晶合金体系，为非晶态合金的物理性能和机理研究提供了重要的研究基础。例如文献[zhangjianhua，changchuntao，wang,anding，shen,baolong，developmentofquaternaryfe-basedbulkmetallicglasseswithhighsaturationmagnetizationabove1.6t，journalofnon-crystallinesolids，358(2012)1443-1446]报道了一种fe76si9b10p5的非晶合金，其饱和磁感超过了1.51t，然而其矫顽力却达1.6a/m。在申请人继续研究该铁基非晶合金体系过程中，发现了该合金系始于样品表面的晶化是由于磷元素偏析造成的，非常不同于其它合金体系由于冷却速率不足而始于样品中心部位的晶化机制。因此，申请人设计了独特的磷缺乏合金成分，在提高其饱和磁感应强度的情况下，制备出了更低矫顽力的铁基非晶合金，从而对进一步扩大铁基非晶合金的使用范围，变得极为有吸引力。到目前为止，在国际范围内，还没有见到用此方法或类似方法降低铁基非晶合金矫顽力的报道。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述一个或多个技术问题，本发明的目的是提供一种具有低矫顽力的铁基非晶合金，并提供一种在不降低饱和磁感应强度的情况下，降低其矫顽力的成分设计方法。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现：

(1)一种铁基非晶合金，其特征在于该合金的分子简式为feasibbcmd，m为p，c，s中至少一种，并满足70≤a≤82，0<d<100-a-b-c<15，式中a、b、c、d为原子百分含量。其制备包括如下步骤：

以纯度为99.5%以上的纯fe、纯b、纯si和fe-p、fe-c和fe-s合金为原料，按照合金组分中的元素及其原子百分含量配制原料，将称量好的原料放在高频感应熔炼炉或电弧炉中，在纯氩气进行熔炼得到母合金；将得到的母合金破碎成小块后，装到开口的石英玻璃管中，置于铸造设备的感应线圈中；空气气氛中，将熔化后的合金液喷到转速为20~50m/s的铜辊上制备出连续非晶条带。

采用x射线衍射法确定本实施例中的条带均为非晶态结构（图1）。

用高温差示扫描量热仪测量所得的连续非晶条带的热力学参数。以40k/min的升温速率加热连续非晶条带使其熔化，记录晶化温度(tx)（图2）。

将所得的连续非晶条带在(tx-50)k到(tx-150)k温度范围内去应力退火300~900s。

用振动样品磁强计(vsm)测试退火后得到的非晶条带的饱和磁感应强度bs（图3）。

用b-h仪测量以上退火条带的矫顽力（hc）和1khz时的磁导率（μe）。

(2)一种不降低上述合金饱和磁感应强度的情况下，降低其矫顽力的成分设计方法，包括如下步骤：

首先，设计一种满足分子简式为fexsiybzmγ的铁基非晶合金，m为p，c，s中至少一种，70≤x≤82且x+y+z+γ=100；然后，在x，y，z保持不变的情况下，减小γ，直到合金达到最佳磁性能，此时0<γ<100-x-y-z<15。

附图说明

图1是对比例与实施例中非晶合金条带的xrd图；

图2是比例与实施例中非晶合金条带的dsc升温曲线；

图3对比例与实施例中非晶合金条带的m-h图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步地描述，但绝不限制本发明的范围：

对比例

以纯度为99.5%以上的纯fe、纯b、纯si、fe-p和fe-c金为原料，按照fe76si9b10p5合金组分中的元素及其原子百分含量配制原料，将配称量好的原料放在高频感应熔炼炉或电弧炉中，在纯氩气进行熔炼得到母合金；将得到的母合金破碎成小块后，装到开口的石英玻璃管中，置于铸造设备的感应线圈中；空气气氛中，将熔化后的合金液喷到转速为45m/s的铜辊上制备出连续非晶条带。

将所得的连续非晶条带在750k去应力退火600s。

实施例1

以纯度为99.5%以上的纯fe、纯b、纯si、和fe-p合金为原料，按照fe76si9b10p3合金组分中的元素及其原子百分含量配制原料，将配称量好的原料放在高频感应熔炼炉或电弧炉中，在纯氩气进行熔炼得到母合金；将得到的母合金破碎成小块后，装到开口的石英玻璃管中，置于铸造设备的感应线圈中；空气气氛中，将熔化后的合金液喷到转速为20m/s的铜辊上制备出连续非晶条带。

将所得的连续非晶条带在700k去应力退火600s。

实施例2

以纯度为99.5%以上的纯fe、纯b、纯si和fe-p合金为原料，按照fe76si9b10p2合金组分中的元素及其原子百分含量配制原料，将配称量好的原料放在高频感应熔炼炉或电弧炉中，在纯氩气进行熔炼得到母合金；将得到的母合金破碎成小块后，装到开口的石英玻璃管中，置于铸造设备的感应线圈中；空气气氛中，将熔化后的合金液喷到转速为40m/s的铜辊上制备出连续非晶条带。

将所得的连续非晶条带在700k去应力退火600s。

采用x射线衍射法确定本对比与实施例中的条带均为非晶态结构（图1）。

用高温差示扫描量热法测量以上所得的连续非晶条带的热力学参数。以40k/min的升温速率加热连续非晶条带使其熔化，记录晶化温度(tx)（图2）。

用振动样品磁强计(vsm)测试退火后得到的以上非晶条带的饱和磁感应强度bs（图3）。

用b-h仪测量以上退火条带的矫顽力（hc）和1khz时的磁导率（μe）。

得到如下结果（表1），可以发现，采用本申请所述方法，相比对比例，实施例降矫顽力从1.6a/m降低到了0.9a/m，且其饱和磁感应强度从1.51t上升到了1.59t。这充分验证了本申请方法的有效性。特别是fe76si9b10p3合金具有最小的矫顽力0.9a/m和较高的饱和磁感应强度以及最大的磁导率。

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