[發(fā)明專(zhuān)利]一種高鐵含量的塊體鐵基非晶合金及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910241744.1
• 申請(qǐng)日: 2009-12-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101705443A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚可夫;劉鳳娟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22C45/02
• 分類(lèi)號(hào): C22C45/02
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于塊體鐵基非晶合金制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種主要應(yīng)用于軟磁材料、結(jié)構(gòu)材料和耐腐蝕材料的具有高強(qiáng)韌性、軟磁性和良好形成能力的新型高鐵含量鐵基非晶合金材料。?

背景技術(shù)

鋼鐵材料因其低廉的價(jià)格，豐富的資源，可回收利用和可加工性等特點(diǎn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用了3000多年。近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展，兼具新穎的結(jié)構(gòu)特性和功能特性的“高技術(shù)”材料日趨成為材料科學(xué)研究中的熱點(diǎn)之一。通過(guò)將合金組成從氣態(tài)或液態(tài)快速凝固制備的非晶合金因不具有長(zhǎng)程原子有序而形成特殊的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，這種非晶態(tài)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了非晶合金具有不同于傳統(tǒng)晶體合金的獨(dú)特的力學(xué)性能、磁性能、耐蝕性、電性能等，使非晶合金成為材料研究中非常重要的領(lǐng)域。?

自從1965年人們發(fā)現(xiàn)了Fe-P-C鐵基非晶合金具有鐵磁性以后，鐵磁性非晶合金引起人們極大的關(guān)注，并很快發(fā)現(xiàn)了一系列(Fe-P)、(Fe-C)、(Fe-B)基的鐵基非晶合金。這些非晶合金以及在其基礎(chǔ)上獲得的納米晶合金材料具有卓越的軟磁性，如高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、高磁導(dǎo)率和低矯頑力、低損耗，同時(shí)還具有高強(qiáng)度、高耐腐蝕性等特點(diǎn)，因此被認(rèn)為是一種最具吸引力的工業(yè)金屬材料。日本、美國(guó)、中國(guó)等國(guó)家已開(kāi)始采用這些材料制備薄帶作為變壓器等的鐵芯材料，并且因其加工工藝簡(jiǎn)單、損耗低、體積小、效率高等優(yōu)點(diǎn)而獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但由于這些合金的非晶形成能力低，制備非晶合金需要很高(10⁶K/s以上)的冷卻速率，通過(guò)單輥法或雙輥法制備的薄帶的厚度通常低于0.1mm。所以由這些薄帶制備的變壓器鐵芯的占空系數(shù)只有75-85％，明顯低于傳統(tǒng)的厚度約0.3mm硅鋼片疊片鐵芯的95％。因此，為促進(jìn)非晶合金材料在變壓器等器件上的進(jìn)一步商業(yè)化應(yīng)用，迫切需要具有高非晶形成能力的鐵基非晶合金的出現(xiàn)。?

自從上世紀(jì)90年代以來(lái)，許多材料科研工作者一直致力于塊體鐵基非晶合金的研發(fā)，并在Fe-(Al，Ga)-(P，C，B，Si)、Fe-(Zr，Hf，Nb，Ta)-B、Fe-(Cr，Mo)-C-B-P等合金體系中成功制備了一系列毫米級(jí)的塊體非晶合金。但是，伴隨著鐵基非晶合金形成能力的提高，鐵基合金中鐵元素的含量因其他元素的添加、替換而減少。目前多數(shù)鐵基塊體非晶合金中鐵元素含量遠(yuǎn)低于商業(yè)用薄帶非晶合金(80-81at％，原子百分比)，通常鐵含量小于等于70at％。并且，暫未間報(bào)道開(kāi)發(fā)出含鐵量高于～77％的鐵基塊體非晶合金材料。由于鐵元素是?鐵基非晶合金中的主要鐵磁性元素，鐵元素含量的降低對(duì)鐵基非晶合金的優(yōu)異磁性能和力學(xué)性能有嚴(yán)重影響。因此，開(kāi)發(fā)具有高鐵含量、高強(qiáng)韌性、優(yōu)異軟磁性、高非晶形成能力的新型鐵基塊體非晶合金材料一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性、同時(shí)由具有巨大吸引力的研究工作，因?yàn)檫@種新型高鐵含量鐵基塊體非晶合金材料不僅因其具有高強(qiáng)韌性可作為精密結(jié)構(gòu)材料，而且可以利用其優(yōu)異的軟磁性和耐腐蝕性作為小型變壓器等磁性器件的主要材料。因此開(kāi)發(fā)新型高鐵含量鐵基非晶合金，將會(huì)有非常廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種具有高鐵含量(鐵含量大于77at％)、高強(qiáng)韌性、優(yōu)異軟磁性、高非晶形成能力的鐵基塊體非晶合金材料，這種新型高鐵含量鐵基塊體非晶合金材料將可用作精密結(jié)構(gòu)材料、小型變壓器等磁性材料。?

本發(fā)明的高鐵含量的塊體鐵基非晶合金的化學(xué)表達(dá)式為：?

TM₁(a)-TM₂(b)-AM₁(c)-AM₂(d)-AM₃(e)-AM₄(f)?

其中TM₁＝Fe；TM₂＝Mo；AM₁＝P；AM₂＝C；AM₃＝B；AM₄＝Si；?

其中a，b，c，d，e，f為各組元的原子百分?jǐn)?shù)，取值范圍分別為80≤a≤81，b＝1，7.5≤c≤9，5.5≤d≤6.5，2≤e≤3.5，2≤f≤3；?

且18≤c+d+e+f≤21，a+b+c+d+e+f＝100。?

本發(fā)明的高鐵含量的塊體鐵基非晶合金的制備方法含有以下步驟：?

1)根據(jù)合金成分配比進(jìn)行配料；?

2)在真空感應(yīng)熔煉爐中將原料反復(fù)熔煉制成母合金；?

3)將氧化硼包覆劑在真空條件下，在1200K～1400K的溫度下保溫，去除水分；?