CN104087877A - 一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金及制备方法,所述Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金,按原子百分比计算,由66~68%Co、2.5~5.5%Fe、14~15%Si、8~10%B和1.5~9.5%Cr组成,其制备方法即首先以高纯度的Co,Fe,Si,B,Cr为原料,将各原料在电弧熔炼炉中混合后,控制炉内的真空度5.5×10-4pa、熔炼电流200A条件下进行3-6次的熔炼,每次4-6min,得到的母合金液于高真空单辊旋淬炉中旋淬,然后进行甩带处理,最终得到具备良好的耐腐蚀性能的Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金,其表面质量良好,光洁度好,具有强的非晶形成能力。
Description
技术领域
本发明涉及到一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金及其制备方法,该Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金具有强的非晶形成能力以及优异的耐腐蚀性能。
技术背景
非晶合金是20世纪60年代才发展起来的.非晶态合金由于其独特的短程有序,长程无序的结构,兼有一般金属和玻璃的特性,具有独特优异的电学、磁学、力学和化学性能。经过20多年的研究开发已在许多领域得到应用。就应用角度而言,非晶合金薄带相对于大块非晶合金,制备工艺更加简单,能大批量生产,因此具有优异综合磁性能的非晶薄带将随着应用领域的拓宽而变得尤为重要。
有研究表明,Cr元素的添加能提高金属或合金的耐腐蚀性能。其主要原因是由于在合金的表面形成了富Cr 的钝化膜,该钝化膜主要由水合氧化铬组成,水化羟基氧化铬本身耐蚀而且H2O与OH-相结和溶解Cr 离子的能力很强,提高了钝化膜中Cr 的含量。传统的Co-Fe-Si-B是一种具有良好软磁性能的非晶合金,其虽已经在变压器、传感器及开关电源等很多磁性器件领域得到广泛应用,而此类磁性器件经常会面临各种酸性、碱盐、或中性等腐蚀环境。
鉴于此,本发明通过对传统Co-Fe-Si-B非晶合金微量添加钝化性元素Cr,利用单辊快淬方法制得Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金。对Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金的耐腐蚀性能进行研究分析,结果表明Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金具有优异的耐腐蚀性能。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金,该Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金具有强的非晶形成能力以及优异的耐腐蚀性能。
本发明的目的之二是提供上述的一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金的制备方法,即利用单辊旋淬方法制备Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金。
本发明的技术方案
一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金,按原子百分比计算, Co、Fe、Si、B、Cr元素的含量如下:
Co 66~68%
Fe 2.5~5.5%
Si 14~15%
B 8~10%
Cr 1.5~9.5%。
上述的一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金的制备方法,具体步骤如下:
(1)、将高纯度的Co, Fe, Si, B, Cr为原料,将各原料在电弧熔炼炉中混合后,控制炉内的真空度5.5×10-4pa、熔炼电流200A条件下进行3-6次的熔炼,每次4-6min,得到母合金液;
(2)、将步骤(1)所得的母合金液放入高真空单辊旋淬炉中进行旋淬,然后对熔化的母合金进行甩带处理,最终得到Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金;
上述的高真空单辊旋淬炉进行旋淬过程中,喷嘴到铜辊之间距离为0.6-1.5mm,铜辊的线速度为35-50m/s,喷注压强为0.6-1Mpa。
上述所得的Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金经检测,其宽度为1-5mm,厚度约20-25μm,尺寸均匀。
利用电化学工作站对上述所得的Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金进行耐腐蚀性测试,具体步骤如下:
将Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金用石蜡封在带导线的导电玻璃上制成工作电极,以铂丝电极为对电极,以甘汞电极为参比电极组成三电极体系,利用电化学工作站(型号为PARSTAT 2237),将三电极体系置于酸性、中性或碱性三种腐蚀介质中,其中所述酸性腐蚀介质为质量百分比浓度为3-10%的H2SO4水溶液;中性腐蚀介质为质量百分比浓度为2-10%的NaCl水溶液;碱性腐蚀介质为质量百分比浓度为0.4-5%的NaOH水溶液,在电势E0设置为-0.8V(vs open circuit potential),E1设置为0.8V(vs open circuit potential),扫描速度为0.3-1mV/s下测定极化曲线。
本发明的有益效果
本发明的一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金,由于在传统的Co-Fe-Si-B非晶合金中添加了Cr元素,最终所得的Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金表面质量良好,光洁度好,具有强的非晶形成能力。
进一步,本发明的一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金,由于含有Cr,其耐腐蚀性能较强。
附图说明
图1、实施例1和对照实施例1所得的Co68Fe5.5Si15B10Cr1.5合金和Co68Fe7Si15B10合 金的XRD衍射图谱;
图2、实施例1和对照实施例1所得的Co68Fe5.5Si15B10Cr1.5合金和Co68Fe7Si15B10合金在酸性腐蚀介质即质量百分比浓度为3%的H2SO4水溶液中的极化曲线;
图3、实施例2所得的Co68Fe2.5Si15B10Cr4.5合金的XRD衍射图谱;
图4、实施例2和对照实施例1所得的Co68Fe2.5Si15B10Cr4.5合金和Co68Fe7Si15B10合金在碱性介质即质量百分比浓度为1%的NaOH水溶液中的极化曲线;
图5、实施例3所得的Co66Fe2.5Si14B8Cr9.5合金的XRD衍射图谱
图6、实施例3和对照实施例1所得的Co66Fe2.5Si14B8Cr9.5合金和Co68Fe7Si15B10合金在中性介质即质量百分比浓度为8%的NaCl水溶液中的极化曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步阐述,但并不限制本发明。
本发明的各实施例中所用的电弧熔炼炉为德国的ArcMelter AM电弧熔炼炉;
所用的高真空单辊旋淬炉为沈科仪。
本发明的各实施例中所用的原料均为市售。
实施例1
一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金,按原子百分比计算, Co、Fe、Si、B、Cr元素的含量如下:
Co 68%
Fe 5.5%
Si 15%
B 10%
Cr 1.5%。
上述的一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金的制备方法,具体步骤如下:
(1)、将高纯度(纯度大于99.99%)的Co, Fe, Si, B, Cr为原料,将各原料在电弧熔炼炉中混合后,控制炉内的真空度5.5×10-4pa、熔炼电流200A条件下进行4次的熔炼,每次4min,得到母合金液;
(2)、将步骤(1)所得的母合金液放入高真空单辊旋淬炉中进行旋淬,然后对熔化的母合金进行甩带处理,得到Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金,即Co68Fe5.5Si15B10Cr1.5合金;
上述的高真空单辊旋淬炉进行旋淬过程中,喷嘴到铜辊之间距离为0.6mm,铜辊的线速度为35m/s,喷注压强为0.6Mpa。
上述所得的Co68Fe5.5Si15B10Cr1.5合金经检测,其宽度为5mm,厚度约25μm,尺寸均匀。
对照实施例1
一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金,按原子百分比计算,Co、Fe、Si、B、Cr元素的含量如下:
Co 68%
Fe 7%
Si 15%
B 10%。
上述的一种Co-Fe-Si-B非晶合金的制备方法,具体步骤如下:
(1)、将高纯度(纯度大于99.99%)的Co,Fe,Si,B,Cr为原料,将各原料在电弧熔炼炉中混合后,控制炉内的真空度5.5×10-4pa、熔炼电流200A条件下进行4次的熔炼,每次4min,得到母合金液;
(2)、将步骤(1)所得的母合金液放入高真空单辊旋淬炉中进行旋淬,然后对熔化的母合金进行甩带处理,得到Co-Fe-Si-B非晶合金,即Co68Fe7Si15B10合金;
上述的高真空单辊旋淬炉进行旋淬过程中,喷嘴到铜辊之间距离为0.6mm,铜辊的线速度为35m/s,喷注压强为0.6Mpa。
上述所得的Co68Fe7Si15B10合金经检测,其宽度为5mm,厚度约25μm,尺寸均匀。
采用型号为Bruker D8 ADVANCE的X射线衍射仪对上述实施例1和对照实施例1所得的Co68Fe5.5Si15B10Cr1.5合金和Co68Fe7Si15B10合金进行衍射图谱的测定,所得的XRD的衍射图谱如图1所示,从图1中可以看出Co68Fe5.5Si15B10Cr1.5合金和Co68Fe7Si15B10合金均显示出弥散的衍射峰,即Co68Fe7Si15B10、Co68Fe5.5Si15B10Cr1.5合金均具有强的玻璃形成能力。
利用电化学工作站对上述所得的Co68Fe5.5Si15B10Cr1.5合金和Co68Fe7Si15B10合金分别进行耐腐蚀性测试,具体步骤如下:
将Co68Fe5.5Si15B10Cr1.5合金和Co68Fe7Si15B10合金分别用石蜡封在带导线的导电玻璃上制成工作电极,以铂丝电极为对电极,以甘汞电极为参比电极组成三电极体系,利用电化学工作站,将三电极体系置于腐蚀介质即质量百分比浓度为3%的H2SO4水溶液中,利用电化学工作站(型号为PARSTAT 2237),在E0为-0.8V(vs open circuit potential),E1设置为0.8V(vs open circuit potential),扫描速度为0.3-1mV/s条件下对其腐蚀性能进行测试分析,得到的极化曲线图如图2所示,图中的1.5at%Cr表示实施例1所得的Co68Fe5.5Si15B10Cr1.5合金,图中的0at%Cr表示对照实施例1所得的Co68Fe7Si15B10合金,在极化曲线图中,极化电位越高,发生钝化时的电流密度越小说明非晶合金的耐腐蚀性越好。从图2中可以看到,含有1.5%Cr的Co68Fe5.5Si15B10Cr1.5合金,较传统未加Cr的Co68Fe7Si15B10合金的腐蚀电位几乎没有明显的变化,但是腐蚀电流密度有了一定程度的降低,说明Cr的添加使Co68Fe7Si15B10合金的耐腐蚀性能有一定的提高。
实施例2
一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金,按原子百分比计算, Co、Fe、Si、B、Cr元素的含量如下:
Co 68%
Fe 2.5%
Si 15%
B 10%
Cr 4.5%。
上述的一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金的制备方法,具体步骤如下:
(1)、将高纯度(纯度大于99.99%)的Co, Fe, Si, B, Cr为原料,将各原料在电弧熔炼炉中混合后,控制炉内的真空度5.5×10-4pa、熔炼电流200A条件下进行5次的熔炼,每次5min,得到母合金液;
(2)、将步骤(1)所得的母合金液放入高真空单辊旋淬炉中进行旋淬,然后对熔化的母合金进行甩带处理,得到Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金,即Co68Fe2.5Si15B10Cr4.5合金;
上述的高真空单辊旋淬炉进行旋淬过程中,喷嘴到铜辊之间距离为1mm,铜辊的线速度为40m/s,喷注压强为0.7Mpa。
上述所得的Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金经检测,其宽度为3mm,厚度约23μm,尺寸均匀。
采用型号为Bruker D8 ADVANCE的X射线衍射仪对上述所得的Co68Fe2.5Si15B10Cr4.5合金进行衍射图谱的测定,所得的XRD的衍射图谱如图3所示,从图3中可以看出Co68Fe2.5Si15B10Cr4.5合金均具有强的玻璃形成能力。
利用电化学工作站对实施例2所得的Co68Fe2.5Si15B10Cr4.5合金和Co68Fe7Si15B10合金分别进行耐腐蚀性测试,具体步骤如下:
将Co68Fe2.5Si15B10Cr4.5合金和Co68Fe7Si15B10合金分别用石蜡封在带导线的导电玻璃上制成工作电极,再将工作电极,以铂丝电极为对电极,以甘汞电极为参比电极,接到电化学工作站,将三电极体系置于腐蚀介质即质量百分比浓度为1%的NaOH水溶液中,利用电化学工作站(型号为PARSTAT 2237),在E0为-0.8V(vs open circuit potential),E1设置为0.8V(vs open circuit potential),扫描速度为0.3-1mV/s条件下分别对其腐蚀性能进行测试分析,得到的极化曲线图如图4所示,图中的4.5at%Cr表示实施例2所得的Co68Fe2.5Si15B10Cr4.5合金,图中的0at%Cr表示对照实施例1所得的Co68Fe7Si15B10合金,在极化曲线图中,极化电位越高,发生钝化时的电流密度越小说明非晶合金的耐腐蚀性越好。从图4中可以看到,含有4.5%Cr的Co68Fe2.5Si15B10Cr4.5合金,较传统未加Cr的Co68Fe7Si15B10合金的腐蚀电位已经有了一定程度的提高,同时腐蚀电流密度有了更大程度的降低,说明随着Cr含量的继续增加,对传统Co68Fe7Si15B10合金的耐腐蚀性能有一定的提高。
实施例3
一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金,按原子百分比计算, Co、Fe、Si、B、Cr元素的含量如下:
Co 66%
Fe 2.5%
Si 14%
B 8%
Cr 9.5%。
上述的一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金的制备方法,具体步骤如下:
(1)、将高纯度(纯度大于99.99%)的Co, Fe, Si, B, Cr为原料,将各原料在电弧熔炼炉中混合后,控制炉内的真空度5.5×10-4pa、熔炼电流200A条件下进行6次的熔炼,每次6min,得到母合金液;
(2)、将步骤(1)所得的母合金液放入沈科仪高真空单辊旋淬炉中进行旋淬,然后对熔化的母合金进行甩带处理,得到Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金,即Co66Fe2.5Si14B8Cr9.5合金;
上述的高真空单辊旋淬炉进行旋淬过程中,喷嘴到铜辊之间距离为1.5mm,铜辊的线速度为50m/s,喷注压强为1Mpa。
上述所得的Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金经检测,其宽度为1mm,厚度约20μm,尺寸均匀。
采用型号为Bruker D8 ADVANCE的X射线衍射仪对上述所得的Co66Fe2.5Si14B8Cr9.5合金进行衍射图谱的测定,所得的XRD的衍射图谱如图5所示,从图5中可以看出Co66Fe2.5Si14B8Cr9.5合金均具有强的玻璃形成能力。
利用电化学工作站对实施例3所得的Co66Fe2.5Si14B8Cr9.5合金和Co68Fe7Si15B10合金分别进行耐腐蚀性测试,具体步骤如下:
将Co66Fe2.5Si14B8Cr9.5合金和Co68Fe7Si15B10合金分别用石蜡封在带导线的导电玻璃上制成工作电极,再将工作电极,以铂丝电极为对电极,以甘汞电极为参比电极,接到电化学工作站,将三电极体系置于腐蚀介质即质量百分比浓度为8%的NaCl水溶液中,利用电化学工作站(型号为PARSTAT 2237),在E0为-0.8V(vs open circuit potential),E1设置为0.8V(vs open circuit potential),扫描速度为0.3-1mV/s条件下分别对其腐蚀性能进行测试分析,得到的极化曲线图如图6所示,图中的9.5at%Cr表示实施例3所得的Co66Fe2.5Si14B8Cr9.5合金,图中的0at%Cr表示对照实施例1所得的Co68Fe7Si15B10合金,在极化曲线图中,极化电位越高,发生钝化时的电流密度越小说明非晶合金的耐腐蚀性越好。从图6中可以看到,含有9.5%Cr的Co66Fe2.5Si14B8Cr9.5合金,较传统未加Cr的Co68Fe7Si15B10合金的腐蚀电位有较大程度的提高,同时腐蚀电流密度有较大程度的降低,说明Cr的添加使Co66Fe2.5Si14B8Cr9.5合金的耐腐蚀性能有了较大程度的提高。
综上所述,本发明一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金,具有强的非晶形成能力,优异的耐腐蚀性能,表明该非晶合金有着重要的应用前景。
上述内容仅为本发明构思下的基本说明,而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换,均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金,其特征在于所述的Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金,按原子百分比计算, Co、Fe、Si、B、Cr元素的含量如下:
Co 66~68%
Fe 2.5~5.5%
Si 14~15%
B 8~10%
Cr 1.5~9.5%。
2.如权利要求1所述的一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金,其特征在于按原子百分比计算, Co、Fe、Si、B、Cr元素的含量如下:
Co 68%
Fe 5.5%
Si 15%
B 10%
Cr 1.5%。
3.如权利要求1所述的一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金,其特征在于按原子百分比计算, Co、Fe、Si、B、Cr元素的含量如下:
Co 68%
Fe 2.5%
Si 15%
B 10%
Cr 4.5%。
4.如权利要求1所述的一种Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金,其特征在于按原子百分比计算, Co、Fe、Si、B、Cr元素的含量如下:
Co 66%
Fe 2.5%
Si 14%
B 8%
Cr 9.5%。
5.如权利要求1-4任一所述的Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金的制备方法,其特征在于具体步骤如下:
(1)、以高纯度的Co,Fe,Si,B,Cr为原料,将各原料在电弧熔炼炉中混合后,控制炉内的真空度5.5×10-4pa、熔炼电流200A条件下进行3-6次的熔炼,每次4-6min,得到母合金液;
(2)、将步骤(1)所得的母合金液放入高真空单辊旋淬炉中进行旋淬,然后进行甩带处理,最终得到Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金;
上述的高真空单辊旋淬炉进行旋淬过程中,喷嘴到铜辊之间距离为0.6-1.5mm,铜辊的线速度为35-50m/s,喷注压强为0.6-1Mpa。
6.如权利要求5所述的Co-Fe-Si-B-Cr非晶合金的制备方法,其特征在于步骤(2)中所述的高真空单辊旋淬炉进行旋淬过程中,喷嘴到铜辊之间距离为1.5mm,铜辊的线速度为50m/s,喷注压强为1Mpa。
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