[发明专利]一种铁基非晶合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种如式(Ⅰ)所示的铁基非晶合金，a、b、c分别表示对应组分的原子百分含量；83.0≤a≤87.0，11.0＜b＜15.0，2.0≤c≤4.0，a+b+c＝100；d为RE在所述铁基非晶合金中的浓度，10ppm≤d≤30ppm。本申请通过稀土元素的添加完成了高饱和非晶材料的制备，从而获得了具有高饱和磁感应强度的非晶合金带材。本申请还提供了所述铁基非晶合金的制备方法。本申请制备的铁基非晶合金的饱和磁感应强度不低于1.63T；这种合金材料可用于制作电源变压器、电机以及逆变器的磁芯材料；Fe_aB_bSi_cRE_d (Ⅰ)。

技术领域

本发明涉及磁性材料技术领域，尤其涉及一种铁基非晶合金及其制备方法。

背景技术

铁基非晶作为一种优异的软磁非晶材料，自产生至今一直备受各国科研工作者青睐，其磁导率高、矫顽力低、损耗低以及饱和磁感应强度高的特性，一直备受业界青睐。但是近年来对于变压器小型化、低成本以及高容量的设计需求，迫切需要提高作为磁芯的非晶材料的饱和磁密度；这是由于：一方面，饱和磁密的提高，可以减小磁芯，同时还会降低变压器其他方面的材料成本，从而降低变压器综合成本；另一方面，更高饱和磁密可以实现高容量变压器设计。基于此，研究者在高饱和非晶材料在成分开发方面也在持续研究。

公开号为CN100549205专利中提到Fe_aSi_bB_cC_d的非晶合金成分，其中a为76至83.5原子％，b为12原子％或以下，c为8至18原子％，d为0.01至3原子％，其中所述Fe基非晶态合金带在退火后的饱和磁通密度为1.6T以上，最大约为1.67T。该专利中详细阐述了C与Si合理比例控制及保证C偏析层在表面2～20nm范围内有峰值，可以制备出低损耗、降低脆化、热不稳定性的Fe基非晶态合金带材；但是对C偏析层在带材表面的分布要求相对苛刻。如文中所述，对于带材内部部分区域C偏析层深度与范围的不均匀，都可以使得应力释放不均，部分产生易碎问题。应对上述问题需要通过合理的带宽控制吹送到结晶器上面的CO或CO₂气体，气流过大或者过小都会影响C偏析层产生的范围，工艺相对复杂，制备难度较大。

日本公开号为No.平6-220592公开了一种由Fe_aCo_bSi_cB_dM_x表示的无定形合金薄带的组成；其原子百分量为：60≤a≤83，3≤b≤20，80≤a+b≤86，1≤c≤10，11≤d≤16，M是Sn、Cu中的至少一种。该专利中加入了Co，可以有效的提高非晶材料的饱和磁感应强度；然而Co是相对贵的元素，虽然含Co的铁基无定形合金薄带具有相对高的饱和磁密，但成本过高严重制约着这种合金材料的批量生产，其使用仅限于在一些要求质量较高的用量较少的场合。

众所周知，铁磁性元素的增加是提高饱和磁感应强度的保障，由此而导致类金属的降低，将使其非晶形成能力降低以至不能形成完全非晶。鉴于此，公开号为CN1124362的专利提到将一定量的P元素添加到一定量的Fe、Si、B、C的合金中制备非晶合金，以提高合金非晶形成能力，它的组成以原子百分数计：82＜Fe≤90，2≤Si＜4，5＜B≤16，0.02≤C≤4，0.2≤P≤12，退火后BS值高达1.74T；同时，文中提到实施例的含P合金成分退火优势，P的加入可以有效提高非晶铁芯的退火窗口。而专利中并未提及P的有效加入方法以及对P合金原材料的要求。诚然，低品质的P合金成本很低，但是低品质P合金含有多种高熔点合金元素，比如V、Ti、Al，上述物质冶炼过程中形成高熔点氧化物，在带材中以异质形核点的形式存在，诱导带材表面晶化，不利于生产制带的顺行；而高品质的P合金冶炼工艺相当复杂，工业生产难度大。该专利从成分实验的基础上说明了P在高饱和非晶添加的可能性，但未对工业化生产做合理的说明和解释。