[发明专利]一种少组元低成本高饱和磁感应强度的铁基软磁非晶合金及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，特别是涉及了一种少组元、低成本、高饱和磁感应强度的铁基软磁非晶合金及其制备工艺。

背景技术

Fe-X(X为类金属B、Si、P、C等)非晶合金中无高成本的铌、锆、钼、稀土等元素，仅利用低成本的Fe-P、Fe-B、Fe-C、Fe-Si中间合金通过熔甩工艺制成，是综合性能较为优异的金属磁性功能材料，广泛应用于输配电、电子信息、新能源汽车等行业，满足我国节能减排的重大需求。但与硅钢相比，目前生产的铁基非晶的饱和磁感应强度较低，造成非晶产品体积较大，材料使用量和成本增加，其应用受到局限。

增加Fe含量是提高饱和磁感应强度的有效手段，同时类金属的掺杂对改善非晶形成能力尤为重要。而类金属掺杂通常是经验式，缺乏科学的理论指导。目前公布的专利文件及发表的文章中，高铁含量的铁基软磁非晶合金中大多含有较多类金属组元，其中硼是与铁形成共晶点的保证非晶形成的基础元素，磷、硅、碳等的加入对非晶形成能力有促进作用。如中国专利文件CN1124362C公开了一种表达式为Fe-Si-B-C-P的五组元合金，虽提到磷的加入对提高铁基非晶中铁的含量有益处，且能扩大最佳退火范围，但未提出磷的加入方式及合金的熔炼工艺。中国专利CN104946962A公开的一种添加磷和碳的熔炼工艺，如碳采用生铁、中高碳钢、石墨等方式添加，磷的添加通过向工业纯度的磷铁中加入氧化铁高温熔炼，并在通氩气的气氛中搅拌，得到精炼磷铁。其制备含磷和含碳的铁基非晶条带预合金时工艺繁琐。中国专利文件CN101935812B公开了一种高饱和磁感应强度的铁基非晶软磁合金及其制备方法，在高压氮气作为保护气氛下进行冶炼和制备，可获得高铁含量的Fe-Si-B-P-C-N-M(M为Mn或/和Cr)软磁非晶合金。上述专利文件中的合金材料，大多含有碳，其作用是提高非晶形成能力。但是由于碳熔点高、密度低等特点，直接熔炼不易加入，含量不易控制。

可见，组元过多会造成熔炼时成分不易控制，且每种组元的含量都可对合金的非晶形成能力和软磁性能造成影响，对产品的成分稳定性控制不利。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种少组元、成本低、饱和磁化强度高的铁基软磁非晶合金及其制备工艺。

本发明的技术方案如下：

一种铁基软磁非晶合金，包含硼、磷和锡元素，所述的合金中各元素的原子百分比如下：5％≤硼≤12％，3％≤磷≤10％，0.5％≤锡≤5％，80％≤铁≤84.5％。

根据本发明，优选的，所述的合金中各元素的原子百分比如下：8％≤硼≤11％，3％≤磷≤6％，1％≤锡≤3％，80％≤铁≤84.5％。

根据本发明，上述铁基软磁非晶合金的制备工艺，包括以下步骤：

(1)按原子百分比Fe80％-84.5％、B5％-12％、P3％-10％、Sn0.5％-5％，称取纯铁、纯锡、工业级铁磷中间合金、工业级铁硼中间合金；纯铁和纯锡的纯度≥99.5％，得混合料；

(2)在高纯氩气保护气氛中将步骤(1)配好的混合料熔炼均匀，得母合金锭；将母合金锭表面磨光、破碎，备用；

(3)将破碎的母合金锭熔化，制得固定形状或粉末状的Fe基非晶合金材料。

根据本发明制备工艺，优选的，步骤(2)中熔炼过程在真空过程中进行，进一步优选的，真空度为2-3×10^-3Pa。

根据本发明制备工艺，优选的，步骤(2)中熔炼后自然冷却或浇注入模具中获得母合金锭。

根据本发明制备工艺，优选的，步骤(3)中在氩气气氛下将母合金锭熔化，熔化温度为1400-1550℃；母合金锭熔化后制得带材、棒材、块体或粉末的Fe基非晶合金材料。可采用单辊甩带法、铸造法或雾化法，按现有技术即可。

本发明的有益效果：