[发明专利]低成本FeNbB三元非晶合金软磁材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及非晶软磁合金材料领域，尤其涉及一种低成本FeNbB三元非晶合金软磁材料的制备方法。

背景技术

金属玻璃通常是将熔化的液态金属冷却到玻璃转变温度以下并且在形核与晶化前凝固所形成的非晶态合金。非晶态合金具有独特的长程无序结构，且没有位错、晶界等晶体缺陷，因而显示出超越常规材料的物理、化学和力学性能，譬如高强度、高硬度、优异的耐磨性、良好的磁学性能等。在众多非晶合金体系中，铁基非晶合金一直受到材料学家和物理学家的广泛关注。其原因在于铁基非晶合金不仅具有高强度、高硬度的特点，而且还具有优异的磁学性能(如：高饱和磁感应强度、高磁导率和低磁损)，在国防尖端技术和民用高科技领域发挥着极其重要的作用。基于铁基非晶合金良好的性能，其在磁盘存储器件、变压器和电机铁芯等工业领域获得了规模化应用，在科学研究及应用方面也具有重要意义。因此对铁基非晶合金的研究成为材料学和物理学领域的前沿课题之一。

1967年美国加州理工学院的Duwez教授在Fe-P-C系中报道了首例铁基非晶软磁合金。但是其临界冷却速率(Rc)必须要达到10⁶ K/s数量级才能形成非晶，较高的冷速使得非晶合金只能以薄带状、丝状或粉末状形式存在。自铁基非晶软磁合金问世以来，获得具有高非晶形成能力、优异软磁性能和低成本的非晶合金一直是人们努力追求的主要目标之一，许多科学家在制备新型铁基非晶软磁合金的过程中付出了大量的努力。1969年，Pond和Maddin用轧辊法制备出具有一定长度的连续非晶条带，这为大规模生产非晶合金创造了条件。美国联合化学公司的Gilman等开发出了平面流铸带技术，实现了非晶带材的高速连续生产，并推出了命名为Metglass的Fe基、Co基和Fe-Ni基系列非晶合金带材，这一技术标志着非晶合金工业化大规模生产应用的开始。1988年日本日立金属公司的Yoshizawa等在Fe-Si-B系合金中添加一定量的Cu和Nb元素制备出非晶合金，并通过晶化处理工艺开发出成本低廉的Fe-Cu-Nb-Si-B纳米晶软磁合金Finemet，该合金兼具铁基非晶合金的高磁感和钴基非晶合金的高饱和磁感应强度、高磁导率和低铁损的特点。20世纪90年代，Suzuki等在Fe–M–B (M=Zr, Hf, Nb)系非晶带材的基础上，通过对其进行一定的退火工艺开发出了一系列纳米晶合金。1998年，美国卡内基梅隆大学的Willard等开发了一种可用于高温的Fe-Co-Zr-B-Cu纳米晶软磁合金Hitperm，典型成分为(Fe_0.5Co_0.5)₈₈Zr₇B₄Cu₁。

目前，铁基非晶软磁合金尤其是FeNbB系非晶的研究与开发已经成为非晶合金研究的重点所在。2006年，Stoica等采用铜模铸造法首次在富B区成功制备得到Fe₆₆Nb₄B₃₀块体非晶，其居里温度点为646 K，玻璃化转变温度为845 K，过冷液相区宽度为31 K。2005年，韩国延世大学Song等采用甩带法制备Fe₇₇Nb₆B₁₇非晶薄带，该合金玻璃化转变温度为797 K，过冷液相区宽度为17 K，晶化起始温度为814 K，饱和磁感应强度为0.735 T，矫顽力为22 A/m。通过合理的成分设计和常规的铸造方法陆续开发了Fe-Nb-Zr-B、Fe-Ni-Nb-B、Fe-Co-Nb-B等具有较强非晶形成能力的多组元合金，并且对其热稳定性、非晶形成能力和力学性能进行了深入研究。铁基非晶软磁合金的制备条件极为苛刻，制备过程中除了使用高真空设备及高纯度惰性气体保护等，还需要选用纯度大于99.9%的高纯原材料。高纯原材料的使用无形中增加了材料的制备成本，限制了铁基非晶合金的工业化规模生产，成为制约铁基非晶合金由理论研究走向实际应用的瓶颈所在。因而，采用低纯度原材料实现低成本制备具有高非晶形成能力和优良软磁性能的铁基非晶合金将具有广泛的实际意义和用途。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本FeNbB三元非晶合金软磁材料的制备方法，解决制约材料制备成本高昂的问题。

为达到本发明的目的，本发明提供一种低成本FeNbB三元非晶合金软磁材料的制备方法，该方法制得的FeNbB系非晶软磁合金材料的化学式为FexNbyBz，式中的x，y，z为原子百分数，其中65≤x≤82，3≤y≤12，15≤z≤30，且x+y+z=100；该方法包括以下步骤：