CN104878326A - 一种软磁铁基非晶合金制品及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种软磁铁基非晶合金制品及制备方法，所述软磁铁基非晶合金制品，按原子百分比计算，其由72-73.5%的Fe、0.5-1%的Cu、1-3%的Nb、11-13%的Si、8-9%的B和0.5-7.5%的Y组成，其制备方法:将高纯度的Fe、Cu、Nb、Si、B和Y粉在电弧熔炼炉中控制真空度为5.5×10^-4pa进行反复熔炼4-8次，将得到的母合金在高真空单辊旋淬炉中控制铜辊转速3800-4200r/min、电磁感应线圈电流30-45A进行旋淬，待母合金完全熔融经氩气喷铸处理，即得软磁铁基非晶合金制品。该软磁铁基非晶合金制品在碱性环境中拥有很好的抗腐蚀性能。

Description

一种软磁铁基非晶合金制品及其制备方法

技术领域

本发明涉及到一种软磁铁基非晶合金制品及其制备方法。

背景技术

传统的铁基非晶合金除了具有优异的力学性能，在软磁性能上也表现出高磁饱和强度、低矫顽力和低剩余磁化强度等优异性能是其他材料不可替代的。但此类铁基非晶合金经常工作在腐蚀环境（酸性、中性和碱性环境）中，往往由于其抗腐蚀性能不佳造成材料失效，使得工作器件损坏，不能较好地满足实际需求。

发明内容

本发明的目的之一是为了解决上述的传统的铁基非晶合金存在的抗腐蚀性能差，不能较好地满足实际需求的技术问题而提供一种软磁铁基非晶合金制品，该软磁铁基非晶合金制品在碱性环境当中具有良好耐腐蚀性能，能够有效提高工作器件的使用寿命，避免频繁的更换，满足实际需求。

本发明的目的之二是提供上述一种软磁铁基非晶合金制品的制备方法。

本发明的技术原理

稀土元素Y可以作为钢铁的精炼剂，一些研究表明Y具有优先和腐蚀性原子结合的能力能够有效保护铁不被腐蚀。根据传统掺杂理论，在合金中参杂Y元素能够提高合金的抗腐蚀性能。非金合金是一种新型材料，由于其原子排布的特殊性使之具有特殊的性能，一些适合传统金属的参杂理论对于非晶合金也不会完全使用。本发明通过在铁基非晶合金中掺杂Y元素得到新型铁基非晶合金。

本发明的技术方案

一种软磁铁基非晶合金制品，其宽度为3-10mm，厚度约15～30μm，所述的软磁铁基非晶合金制品按原子百分比计算，由72～73.5%的Fe、0.5～1%的Cu、1～3%的Nb、11～13%的Si、8～9%的B和0.5～7.5%的Y组成，优选为由72～73.5%的Fe、0.5～1%的Cu、1.5～3%的Nb、12～13%的Si、9%的B和0.5～5%的Y组成。

上述的一种软磁铁基非晶合金制品的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）、将高纯度的Fe、Cu、Nb、Si、B和Y粉，按原子百分比计算，将72～73.5%的Fe、0.5～1%的Cu、1～3%的Nb、11～13%的Si、8～9%的B和0.5～7.5%的Y，将高纯度的Fe、Cu、Nb、Si、B和Y粉在电弧熔炼炉中控制真空度为5.5×10^-4pa，打开电弧电源控制电弧电流在200-250A并使用钨电极磁力搅拌熔融金属液体2-4min，待熔融金属液体混合均匀后关闭电弧电源并自然冷却；

重复上述熔炼过程的4-8次，得到母合金；

（2）、将步骤（1）所得的母合金，放入高真空单辊旋淬炉中，控制真空度为5.5×10^-4pa，铜辊转速为3800-4200r/min、电磁感应线圈电流为30-45A，待母合金完全熔融后经氩气压强作用，将熔融的合金喷铸到铜辊上，得到软磁铁基非晶合金制品；

          所述的高真空单辊旋淬炉，铜辊直径为20cm、喷嘴到铜辊之间距离为0.5-0.6mm，铜辊的线速度为39-44m/s，喷注压强为0.6Mpa。

本发明的有益效果

本发明的一种Fe-Cu-Nb-Si-B-Y非晶合金制品，由于在传统铁基非晶材料当中加入了稀土元素Y，有效地提高了该种合金在碱性环境当中的耐腐蚀性能。

附图说明

图1、实施例1所得的软磁铁基非晶合金制品的XRD的衍射图谱；

图2、实施例1所得的厚度为15μm，宽度为3mm的软磁铁基非晶合金制品与传统铁基非晶合金Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉在质量百分比浓度为3%的NaCl水溶液中的极化工作曲线；

图3、实施例2所得的厚度为20μm，宽度为5mm的软磁铁基非晶合金制品与传统铁基非晶合金Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉在质量百分比浓度为5%的NaOH水溶液中的极化工作曲线。

具体实施例

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。

本发明的实施例中对软磁铁基非晶合金制品进行耐腐蚀性测试的方法，步骤如下：

以软磁铁基非晶合金制品为工作电极，以铂丝电极为对电极，以甘汞电极为参比电极，连接到电化学工作站，将工作电极置于腐蚀介质中（腐蚀介质分为酸性、中性、碱性三种，其中酸性腐蚀介质为体积百分比浓度为5-10%的HCl水溶液；中性腐蚀介质为浓度为1-10%的NaCl水溶液；碱性腐蚀介质为浓度为1-5%的NaOH水溶液）。最后按顺序分别测试开路电位以及极化曲线。开路电位测试时间为2400-3600s；测试阻抗时频率范围设置为100mHz-100kHz；极化曲线电势E₀设置为-0.5V（vs open circuit potential），E₁设置为0.5V（vs open circuit potential），扫描速度为0.1-2mV/s。

实施例1

一种软磁铁基非晶合金制品，其厚度为15μm，宽度为3mm，所述的软磁铁基非晶合金制品按原子百分比计算，由73.5%的Fe、1%的Cu、3%的Nb、13%的Si、9%的B和0.5%的Y组成。

上述的一种软磁铁基非晶合金制品的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）、将高纯度（纯度大于99.99%）的Fe、Cu、Nb、Si、B和Y粉，按原子百分比计算，Fe为73.5%、Cu为1%、Nb为3%、Si为13%、B为9%、Y为0.5%，将高纯度的4.1438gFe、0.2844gCu、0.2809gNb、0.3665gSi、0.0997gB和0.0488gY粉在电弧熔炼炉中控制真空度为5.5×10^-4pa，打开电弧电源，控制电弧电流在200-250A并使用钨电极磁力搅拌熔融金属2-4min，待熔融金属液体混合均匀后关闭电弧电源并自然冷却；

重复上述的熔炼过程6次，得到母合金；

（2）、将步骤（1）所得的母合金，放入铜辊直径为20cm、喷嘴到铜辊之间距离为0.5mm，铜辊的线速度为42m/s，喷注压强为0.6Mpa的高真空单辊旋淬炉中，控制真空度为5.5×10^-4pa，铜辊转速为4010r/min、电磁感应线圈电流为42A进行旋淬，待母合金完全熔融后经氩气压强作用下，将熔融的合金喷铸到铜辊上，得到厚度为15μm，宽度为3mm的软磁铁基非晶合金制品即Fe_73.5Cu₁Nb₃Si₁₃B₉Y_0.5。

采用德国BRUKER公司的D8ADVANCZ XRD射线衍射仪对上述所得的软磁铁基非晶合金制品即Fe_73.5Cu₁Nb₃Si₁₃B₉Y_0.5进行X射线(XRD)检测，所得的XRD的衍射图谱如图1所示，从图1可以看出，显示出弥散的衍射峰，即软磁铁基非晶合金制品即Fe_73.5Cu₁Nb₃Si₁₃B₉Y_0.5合金均具有强的玻璃形成能力。

对上述所得的厚度为15μm，宽度为3mm的软磁铁基非晶合金制品即Fe_73.5Cu₁Nb₃Si₁₃B₉Y_0.5与传统铁基非晶合金Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉在质量百分比浓度为3%的NaCl水溶液中进行耐腐性性能研究，利用电化学工作站对其腐蚀性能进行测试分析，所得的极化工作曲线如图2所示，在极化曲线图中，当腐蚀电位越高，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，本发明的一种厚度为15μm，宽度为3mm的软磁铁基非晶合金制品即Fe_73.5Cu₁Nb₃Si₁₃B₉Y_0.5，由于含有0.5 at% 的Y，较传统未加Y的非晶合金Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉腐蚀电位略微有所提高，且腐蚀电流密度有了一定程度的降低，说明Y的添加对传统Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉非晶合金在中性介质中耐腐蚀性能有一定的提高。

实施例2

一种软磁铁基非晶合金制品，其厚度为20μm，宽度为5mm，所述的软磁铁基非晶合金按原子百分比计算，由72%的Fe、0.5%的Cu、1.5%的Nb、12%的Si、9%的B和5%的Y组成。

上述的一种软磁铁基非晶合金的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）、将高纯度（纯度大于99.99%）的Fe、Cu、Nb、Si、B和Y粉，按原子百分比计算，Fe为72%、Cu为0.5%、Nb为1.5%、Si为12%、B为9%、Y为5%，将高纯度的3.9658gFe、0.0315gCu、0.1372gNb、0.3305gSi、0.0974gB和0.4377gY粉在电弧熔炼炉中控制真空度为5.5×10^-4pa，打开电弧电源，控制电弧电流在200-250A并使用钨电极磁力搅拌熔融金属液体2-4min，待熔融金属液体混合均匀后关闭电弧电源并自然冷却；

重复上述的熔炼过程5次，得到母合金；

（2）、将步骤（1）所得的母合金，放入铜辊直径为20cm、喷嘴到铜辊之间距离为0.6mm，铜辊的线速度为44m/s，喷注压强为0.6Mpa的高真空单辊旋淬炉中，控制真空度为5.5×10^-4pa、铜辊转速为4200r/min、电磁感应线圈电流为42A进行旋淬，待母合金完全熔融后经氩气压强作用，将熔融合金喷铸到铜辊上，得到厚度为20μm，宽度为5mm的软磁铁基非晶合金制品即Fe₇₂Cu_0.5Nb_1.5Si₁₂B₉Y₅。

对上述所得的厚度为20μm，宽度为5mm的软磁铁基非晶合金制品即Fe₇₂Cu_0.5Nb_1.5Si₁₂B₉Y₅与传统铁基非晶合金Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉在质量百分比浓度为5%的NaOH水溶液中进行耐腐性性能研究，利用电化学工作站对其腐蚀性能进行测试分析，所得的极化工作曲线如图3所示，在极化曲线图中，腐蚀电位越高，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，本发明的一种厚度为20μm，宽度为5mm的软磁铁基非晶合金制品即Fe₇₂Cu_0.5Nb_1.5Si₁₂B₉Y₅，由于含有5at%的Y，较传统未加Y的非晶合金Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉腐蚀电位电位相差不大，但腐蚀电流密度有了非常明显的降低导致腐蚀速率也大大下降，说明Y的添加对传统Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉非晶合金在碱性介质中耐腐蚀性能有较为明显的提高。

综上所述，本发明提供了一种特别适合工作于碱性腐蚀环境中的软磁铁基非晶合金制品。该软磁铁基非晶合金制品较传统铁基非晶合金工作于在碱性环境的当中能够有效提高材料的使用寿命，在现实生产生活能够极大地节约生产和使用成本。

以上所述仅是本发明的实施方式的举例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种软磁铁基非晶合金制品，其特征在于所述的软磁铁基非晶合金制品，按原子百分比计算，由72～73.5%的Fe、0.5～1%的Cu、1～3%的Nb、11～13%的Si、8～9%的B和0.5～7.5%的Y组成。

2.如权利要求1所述的一种软磁铁基非晶合金制品，其特征在于所述的软磁铁基非晶合金制品，按原子百分比计算，由72～73.5%的Fe、0.5～1%的Cu、1.5～3%的Nb、12～13%的Si、9%的B和0.5～5%的Y组成。

3.如权利要求2所述的一种软磁铁基非晶合金制品，其特征在于所述的软磁铁基非晶合金制品，按原子百分比计算，由73.5%的Fe、1%的Cu、3%的Nb、13%的Si、9%的B和0.5%的Y组成。

4.如权利要求2所述的一种软磁铁基非晶合金制品，其特征在于所述的软磁铁基非晶合金制品，按原子百分比计算，由72%的Fe、0.5%的Cu、1.5%的Nb、12%的Si、9%的B和5%的Y组成。

5.如权利要求1所述的一种软磁铁基非晶合金制品，其特征在于所述的软磁铁基非晶合金制品，其宽度为3-10mm，厚度约15～30μm。

6.如权利要求1所述的一种软磁铁基非晶合金制品的制备方法，其特征在于具体包括如下步骤：

（1）、将高纯度的Fe、Cu、Nb、Si、B和Y粉，按原子百分比计算，将72～73.5%的Fe、0.5～1%的Cu、1～3%的Nb、11～13%的Si、8～9%的B和0.5～7.5%的Y，将高纯度的Fe、Cu、Nb、Si、B和Y粉在电弧熔炼炉中控制真空度为5.5×10^-4pa，打开电弧电源控制电弧电流在200-250A并使用钨电极磁力搅拌熔融金属液体2-4min，待熔融金属液体混合均匀后关闭电弧电源并自然冷却；

重复上述熔炼过程的4-8次，得到母合金；

（2）、将步骤（1）所得的母合金，放入高真空单辊旋淬炉中，控制真空度为5.5×10^-4pa，铜辊转速为3800-4200r/min、电磁感应线圈电流为30-45A，待母合金完全熔融后经氩气压强作用，将熔融的合金喷铸到铜辊上，得到软磁铁基非晶合金制品。

7.如权利要求6所述的一种软磁铁基非晶合金制品的制备方法，其特征在于步骤（2）所述的高真空单辊旋淬炉，铜辊直径为20cm、喷嘴到铜辊之间距离为0.5-0.6mm，铜辊的线速度为39-44m/s，喷注压强为0.6Mpa。