[发明专利]一种退火不脆的铁基非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性功能材料领域，特别涉及一种具备优良退火韧性的铁基非晶态合金及其制备方法，特别适用于高频软磁材料。

背景技术

非晶合金具有特殊的磁性能、耐腐蚀性和机械性能，具有重要的商业应用价值。其应用的主要缺点之一是它们呈现的脆性，即从延展性到脆性力学性能的急剧降低。这给非晶带材及软磁铁芯的后续加工造成困难，例如发脆的带材降低了铁芯制作的成品率，增加了带材用量，提高了材料成本。同时破碎的小碎片嵌在铁芯内部，容易割裂四周的铜导线，诱发短路，产生了安全隐患。而对于现有的硅钢片而言，退火后其仍然能保留一定的韧性，具备较好的机械加工性。因此，非晶合金的脆性问题已成为领域内的一个关键技术问题。

非晶合金脆性的产生有两大方面的原因，其中制备工艺因素方面的原因可以通过设计、改善工艺得到解决。但非晶合金自身的退火脆性却难以解决。非晶合金又名金属玻璃，其中含有20％左右的Si、B、P等类金属元素。这些元素，在合金内部产生大量的共价键，决定了非晶态合金内禀的脆性。这种脆性，在淬态时并不表现出来。但作为软磁材料使用时，必须要进行退火处理，并在此退火过程中产生明显的退火脆性。

诞生最早的铁基非晶合金Fe-P-C(1970s)，由于含P的合金导致制得的非晶合金发脆，大大限制了其作为潜在软磁材料和结构的应用。其他的含P非晶合金，例如FePB、FeCoP、FeSiP，二元的CoP、FeP合金等也面临着同样的困境。

人们已经尝试向Fe-Si-B体系中加入Sn、S来改善因工艺因素带来的结晶化和热稳定问题，但所得的带材易碎，且添加剂分布不均匀。加入P和C同样可以提高饱和磁感应强度，但所得到的也易碎，无法进行后续加工和使用。

美国专利US 6749700B2公布了一种向熔潭和喷嘴处吹CO₂作为保护气氛的技术，可以制备无脆性、无晶化的高表面质量的淬态非晶带材。

美国专利UP 6648994B2公布了一种制备低于10％的B含量的Fe基非晶带，限制了剥离辊子的最佳温度范围为150～250℃，此法可以减少带材晶化和发脆现象。

中国公开号为CN1869275的专利中公布了一种含P的Fe-Si-B-C的铁基非晶合金，认为P的存在有利于非晶铁芯退火时的温度均匀性，从而抑制局部铁芯因温度过高产生的脆性。

日本专利JP4-329846中公布了一种向含有Al、Ti、Zr等元素的合金中添加Sn、S以抑制Fe-Si-B非晶表面晶化，并减少带材的脆化。

中国公开号为的CN1123339的专利中公布了一种向Fe-B-Si中添加0.2～0.5的Mn，以改善退火脆性和表面光洁度。同时，在退火工艺中严格要求必须要在还原性气氛下进行。

综上所述，目前现有技术多通过改善非晶材料的制备工艺，优化退火工艺，从而降低非晶带材的退火脆性。但由于材料本身含有大量的类金属元素，这并未能从根本上解决非晶合金的退火脆性问题。为此，对于本领域技术人员而言，有必要提供一种可根本性解决非晶合金退火脆性问题的非晶合金及其制备方法。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种退火不脆的铁基非晶合金及其制备方法即提供一种具备优良退火韧性的铁基非晶态合金及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种退火不脆的铁基非晶合金，该铁基非晶合金的组成满足以下表达式：

Fe_aNi_bM_cAl_dN_e，其中：所述表达式中a、b、c、d和e分别表示各对应组分的原子百分比含量，且满足以下条件：30≤a≤80，5≤b≤45，0.5≤c≤15，0.5≤d≤30，0.001≤e≤15，且a+b+c+d+e＝100；所述M为Nb，V，Ta和Ti中的至少一种，所述N为Zr和Hf中的至少一种。

本发明提供的上述新型铁基非晶合金，不含Si、B和P等类金属元素，经退火后依然保持优良韧性，断裂应变ε_f在0.2以上，对折不断，同时软磁性能优良，饱和磁感应强度在1.0T以上，矫顽力在3A/m以下，最大磁导率在20万以上，在0.2T和20kHz下的损耗在20W/kg以下。

在上述铁基非晶合金中，作为一种优选实施方式，所述组分Fe的原子百分比含量a的取值范围为40≤a≤70。