[发明专利]高饱和磁化强度和高玻璃形成能力的铁基软磁材料

说明书

技术领域

本发明涉及一系列新型高饱和磁化强度和高玻璃形成能力的铁基非晶和纳米晶软磁合金，适用于制备高强度并具有优异软磁性能的结构功能材料。

背景技术

铁基非晶合金因为其高强度、高耐蚀耐磨性、优异的软磁性能和相比其他非晶合金低廉的生产成本，正越来越引起材料科研工作者的广泛关注。因为制备过程中要求10⁶K/s的冷却速度，故目前工业化的铁基非晶合金还局限在薄带、粉末等形式，铁基块体非晶合金的第一次出现是在1995年，来自日本的Inoue教授课题组发现了最大直径可以达到2mm的Fe-(Al，Ga)-类金属合金，其饱和磁化强度为1.1T，矫顽力为1.5-12.7A/m，磁导率在1kHz时为7000-12000[Mater.Trans.JIM，36(1995)1427]。之后，铁基块体非晶的研究与应用大致走向2个方面，一是制备高玻璃形成能力无磁性的块体非晶钢合金，目前Fe-Co-Cr-Mo-C-B-Y最大全非晶直径可以达到16mm[Appl.Phys.Lett.，86(2005)151907]。二是开发同时具备高玻璃形成能力和优异软磁性能的铁基块体非晶合金，CN PAT NO.200710177381.0公开了成分Fe₇₈Mo_0.5Si_3.0P₉C_6.5B₃，其最大非晶棒材为2mm，饱和磁化强度Ms为1.55T，矫顽力Hc为3.93A/m；成分Fe₇₆Si₉B₁₀P₅，其最大非晶棒材为2.5mm，饱和磁化强度Ms为1.51T，矫顽力Hc为0.8A/m(退火驰豫后)[J.Magn.Magn.Mater.，320(2008)2499]，而成分Fe-B-Si-Zr最大非晶棒材为0.75mm，饱和磁化强度Ms为1.53T，矫顽力Hc为2.8A/m[Mater.Trans.JIM，43(2002)2350]。然而，从上述铁基块体非晶的研究现状看来，玻璃形成能力和软磁性能是相互矛盾的因素，玻璃形成能力强的合金，要么无磁性，要么软磁性能急剧降低，而且压缩塑性很小，但是在实现铁基非晶或者纳米晶软磁材料的工业化生产过程中难免引入一些杂质如氧，它们的存在必将对形成能力、塑韧性及软磁性能产生影响，我们的实验工作证实氧的存在并不一定会降低玻璃形成能力、塑韧性和软磁性能，相反一定程度的氧的存在会对形成能力、塑韧性及软磁性能予以改善，表现为形成能力和塑韧性增强的同时并不会影响软磁性能。如何控制原材料中的杂质尤其是氧的含量等，在增强玻璃形成能力和塑韧性的同时又能保持软磁性能不变以及如何通过退火等手段进一步增强软磁性能为目前研究中尤其是铁基非晶纳米晶工业生产中急需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于：通过系统的合金设计和热处理等材料处理手段，适当控制氧含量，提供一系列同时具备高玻璃形成能力和优异软磁性能的铁基非晶及纳米晶合金材料。

本发明铁基软磁材料的成分公式如下：Fe_aC_bSi_cB_dP_eM_fO_gRe_h，M为Al、Mo、Cu、Ga、Co、Ni、Cr、Ti、V、W、Zr、Nb、Ta、Hf等过渡族元素中的一种，Re为稀土元素，其中a+b+c+d+e+f+g+h＝100％，b的原子百分比范围为0-22，c的原子百分比范围为0-22，d的原子百分比范围为0-22，e的原子百分比范围为0-22，f的原子百分比范围为：当M为Cu时，f＝0-2；当M为其余元素时，f＝0-10，g的原子百分比范围为0-1，h的原子百分比范围为0-3，a为余量。

稀土元素Re为Y、La、Sc、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种。

该类非晶材料铸态时具有1.1-1.6T的饱和磁化强度，退火后具有大于1.8T的饱和磁化强度，非晶及纳米晶时均具有小于10.0A/m的矫顽力。