[发明专利]一种提高Fe‑Si‑B‑P系块体非晶合金非晶形成能力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及非晶合金的制备技术领域，尤其涉及一种提高Fe-Si-B-P块体非晶合金非晶形成能力的方法。

背景技术

非晶态合金材料的内部结构中原子呈长程无序排列状态。因此，与传统的晶态合金材料相比，非晶态合金材料表现出许多优异的性能，例如，优异的力学性能、良好的加工性、超高的耐蚀性、优异的磁性能等。

Fe基非晶合金材料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，并且具有耐腐蚀、高强度、原料价格低廉和生产工艺简单等优点，被认为是替代传统硅钢和铁氧体材料的最佳材料，可用于制备各种用途的变压器铁芯等。

为了进一步拓展Fe基块体非晶合金的应用领域，对Fe基块体非晶合金的质量要求也越来越高。例如，当Fe基块体非晶合金用作变压器铁芯材料时，不仅要求其具有高的饱和磁感应强度，而且需要具有高的非晶形成能力。

到目前为止，提高Fe基块体非晶合金材料非晶形成能力的方法主要有以下几种：

(1)提高冷却速度

选择不同的制备方法可以得到不同的冷却速率。对于同一合金成分、采用相同方法制备的Fe基块体非晶合金而言，一般冷却速率越快，非晶形成能力越大。目前制备非晶合金的方法很多，其中，水淬法的冷却速度为10～10²K/s，可以制备非晶形成能力特别好的大块非晶；Cu模铸造法的冷却速度为10～10³K/s，主要制备非晶形能力较好的块体非晶；Cu模快淬法的冷却速率为10⁶K/s，主要制备非晶条带；激光玻璃化法的冷却速率为10¹⁰～10¹²K/s，可以制备体积很小的非晶。

可见，利用该方法提高Fe基块体非晶合金的非晶形成能力，需要提高该块体材料制备过程中的冷却速度。

(2)改变合金组份

通过调整已有元素的含量或者添加适量类金属(如B、Si、P等)或者大原子(如Mo、Nb、Cr和Zr等)等非磁性元素来提高合金的非晶形成能力。这是一种比较常用的、有效的提高合金非晶形成能力的方法，但是对于用作磁性功能材料的Fe基非晶合金而言，往往是以牺牲材料饱和磁感应强度作为代价的，因此也不是一种理想的方法。

(3)添加痕量元素

最近，文献：Glass-forming ability enhanced by proper additions of oxygen in a Fe-based bulk metallic glass,H.X.Li,J.E.Gao,Z.B.Jiao,Y.Wu,Z.P.Lu,Applied Physics Letters,95,161905,2009中报道，在合金成分中添加200～500ppm的氧元素有利于提高该合金的非晶形成能力。但是，利用这种方法合金非晶形成能力的提高幅度并不理想。

发明内容

本发明人对Fe-Si-B-P系非晶合金的非晶形成能力及其磁性能进行了深入研究，意外发现：当采用铜模铸造法将熔融母合金液铸造为块体合金材料时，若将铸造过程选择在有氧氛围中进行，相比该过程在无氧氛围中进行，得到的非晶合金材料在保证磁性能的同时能够提高非晶形成能力。

即，现有技术中，制备Fe-Si-B-P系块体非晶合金的方法包括如下步骤：

(1)按照Fe-Si-B-P系非晶合金组分中的元素及其原子百分含量配料，将所得原料熔炼、浇注、冷却后得到成分均匀的母合金；

(2)将母合金破碎后，在真空或者惰性气体保护下熔炼得到熔融母合金液，然后采用铜模铸造法在无氧氛围中将熔融合金液铸造为块体非晶合金，所述的无氧氛围指真空或者惰性气氛保护氛围。

本发明人发现，在上述制备步骤(2)中，若将熔融母合金液铸造为块体材料的过程在有氧氛围中进行时，不仅能够保证合金材料磁性能，而且能够有效提高合金材料的非晶形成能力。

所述的有氧氛围是指包括氧气存在的气体氛围，例如大气氛围、纯氧气氛围等。

所述的Fe-Si-B-P系非晶合金是指合金成分由Fe、Si、B、P元素组成，以及合金成分以Fe、Si、B、P元素为主元素，还包括其他掺杂元素的非晶合金。

例如，所述的Fe-Si-B-P系非晶合金分子式为Fe₇₆(Si_xB_yP_z)₂₄，其中x＝0.2～0.5，y＝0.1-0.5，z＝0.2～0.6，并且x+y+z＝1；