[发明专利]一种非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本申请涉及一种非晶合金及其制备方法，属于合金材料领域。

背景技术

材料是社会生产发展的物质基础，新材料的发展标志着社会的进步。纵观人类的发展史，钢铁材料，信息材料无不推动着社会的巨大进步。近些年随着能源的消耗，环境的污染，新兴的节能环保材料受到越来越多的重视，软磁材料是其中应用最广泛、种类最多的材料之一。软磁材料的性能常因应用而异，但通常希望材料的磁导率μ要高、矫顽力H_c和损耗P_c要低。软磁材料主要有以金属软磁材料如硅钢片、坡莫(permalloy)合金、仙台(sendust)合金等为代表的晶体材料，非晶态软磁合金(主要分为Fe基和Co基两种)以及近年来发展起来的纳米晶软磁合金(如Finemet)等。

硅钢是目前应用最为广泛的软磁材料，是电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合金，主要用作各种电机、发电机和变压器的铁芯。但是传统的硅钢存在磁导率低、铁损高、高频性能差等缺点，科学家一直致力于开发高硅硅钢(铁含量为93.5wt.％)。在高性能硅钢片生产方面，采用传统工艺生产硅钢时，随着硅含量增加，塑性变形阻力加大、硬度提高、材料塑性降低、成型困难，传统热轧及冷轧生产工艺不仅工艺复杂，生产技术难度大，而且成本高。因此，传统工艺生产硅钢的硅含量一般不能超过4wt.％(铁含量不低于96wt.％)。

自从1967年美国的Duwez教授发明了熔体快淬工艺制备非晶态合金并制备出Fe-P-C非晶态软磁合金以来，铁基非晶合金以其独特的组织、高效的制备工艺、优良的软磁性能和广阔的应用前景，受到广泛的关注。非晶软磁材料由于长程无序短程有序的机构，通常具有高强度、高耐腐蚀性和高电阻率、低铁损的特性。目前商用2605SA1非晶合金的饱和磁感应强度为1.56T，而传统的硅钢饱和磁感应强度为1.8-1.9T，所以非晶材料制备的变压器体积增大，进而引起非晶器件的体积增大。1978年S.Hatta等人成功制备了Fe₈₆B₈C₆，饱和磁感应强度可达1.7T，但是该系列合金成分由于非晶形成能力有限，即使实验室条件下也很难制备。日立公司于2005年推出Metglas 2605HB1，该合金Bs可达1.64T，优于现有合金2605SA1，但是相对于硅钢还是较低，并且热处理后带材的脆性较大。有关于铁基非晶软磁材料的研究主要通过调整组元结构和组元成分(改变现有组元成分，降低某些组元比例而升高另一些组元比例，或者加入新的组元)来改变其综合性能。因此，开发高铁含量、兼具高非晶形成能力和优异软磁性能的铁基非晶合金是国内外研究人员的关注热点。

在电力电子器件向小型化及节能环保方向发展的趋势下，迫切需求开发一种高饱和磁感应强度兼具良好退火韧性的软磁合金材料。而对于开发新的合金体系来说，要提高合金的饱和磁感应强度，一方面就要提高铁磁性元素的含量，另一方面要保证非晶带材的退火韧性。

从目前非晶软磁材料的发展来看，总体上存在一些缺陷如饱和磁感应强度不是很高，特别是无法同时实现高饱和磁感应强度、低矫顽力和低损耗。此外，合金系中均含有Nb、Zr、Hf、Co等贵金属元素的一种或几种，合金的加工成本较高或合金成分难以控制，因而限制了其工业应用。因此，开发一种兼具高饱和磁感应强度和低矫顽力等优异软磁特性及良好退火韧性，同时又不含贵金属元素，价格低廉便于推广应用的非晶合金软磁材料至关重要。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供一种非晶合金，该非金合晶是超高铁含量的非晶合金，兼具高饱和磁感应强度和低矫顽力等优异软磁特性及良好退火韧性、不含贵金属元素，并且价格低廉。

所述非晶合金，其特征在于，所述非晶合金的组成如式I所示：

Fe_aP_bSi_cC_dB_e式I

式I中，a＝Fe在非晶合金中的重量百分含量×100，93.7≤a≤95.7；

b＝P在非晶合金中的重量百分含量×100，0.7≤b≤2；

c＝Si在非晶合金中的重量百分含量×100，0.9≤c≤1.8；

d＝C在非晶合金中的重量百分含量×100，0.3≤c≤0.5；

e＝B在非晶合金中的重量百分含量×100，2.1≤e≤2.8；

并且a+b+c+d+e＝100。