CN110468353B - 一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金及制备方法，化学式为：FeaSibBcMndMe，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，其中82.5≤a≤85.3，2≤b≤6，7≤c≤15，0.2≤d≤0.5，0.05≤e≤0.1，且a+b+c+d+e＝100％；所述M为Mg、Ca的一种或其组合；本发明的铁基非晶合金在满足平面流铸快淬制备宽幅带材所需强非晶形成能力的前提下，还具有高饱和磁感应强度、低矫顽力和高磁导率等磁性能优点。

Description

一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金及制备方法
技术领域
本发明涉及功能材料中的非晶软磁合金领域，特别涉及一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金及制备方法。
背景技术
自1967年问世以来，非晶软磁性合金立即引起引起了人们的极大重视，是近几十年来材料研究的热点之一。非晶软磁性合金的形成过程是用快淬的方法将熔融金属液体快速冷却，使原子来不及移动重排即被冷冻下来，保持熔融态的无需排列结构。因其原子不规则排列、非周期性、没有晶粒晶界的存在，磁畴的钉扎点或钉扎线少，磁晶各向异性很小，因而具有良好的软磁特性；包括矫顽力小、磁导率高、磁感应强度高、电阻率高、损耗小、频率特性好等。在电力电子领域应用，可极大的促进各种电器设备向节能化、高效化、小型化方向发展。
非晶合金虽然具有晶态材料所无法比拟的优异性能，但是制取这些非晶合金大都需要超过105K/s的极高的冷却速率，使得到的材料厚度通常局限在50μm以下，因而极大地限制了这类材料进一步的应用。另一方面，与硅钢相比，铁基非晶软磁合金还存在饱和磁感应强度低和热处理后韧性差等不足，用其替代硅钢在电力传输或电力转换领域应用，将导致器件磁芯的体积明显增大。现有典型铁基非晶合金Fe78Si9B13的饱和磁感应强度为1.56T，而硅钢的饱和磁感应强度接近2T。在低频电磁元件中，铁芯的输出功率主要由工作磁感应强度决定，高的工作磁感应强度可以得到大的输出功率和减小体积，研究还发现，在提高饱和磁感应强度的同时，提高合金的矩形比，能使达到工作点磁感应强度所需的磁场下降，从而减小磁性器件的励磁电流和功率，还能使最大工作点处的磁化为畴壁移动过程(非畴转过程)，这样就可有效降低噪音。因此，如何制备出兼具高饱和磁感应强度和大非晶形成能力的Fe基非晶合金一直是国际上一个重要的研究课题。
对饱和磁感应强度起贡献的主要是铁磁性元素，目前证明能够有效提高非晶合金的饱和磁感应强度的方法有两种：一是适量添加钴元素，利用其与铁原子间之间的强交换耦合作用提高饱和磁感应强度，然而，添加Co元素，将极大的提高合金的成本，阻碍了合金的大规模推广应用；二是提高铁元素含量，降低非铁磁性非晶形成元素含量。提高非晶软磁合金中Fe的含量，通常会使合金的非晶形成能力降低，居里温度下降。当铁含量超过临界值后，很难在快淬薄带中得到单一均匀的非晶相。高饱和磁感应强度和强非晶形成能力之间近乎呈现矛盾关系，极大增加了高饱和磁感应强度非晶软磁合金开发的难度。因此，如何充分发挥铁基非晶合金中有限的非晶形成元素的作用，是制备兼具高饱和磁感应强度和大非晶形成能力的Fe基非晶合金的关键。
不同于晶态材料，非晶合金熔体的性质受微量元素的含量及存在形式影响很大，有研究表明即使是很微量(0.01％)的Al和Ti之类杂质时,在铸造急冷过程中这类杂质会引起薄带表面的晶化，从而使其软磁特性大为降低。所以目前产业化中使用的硼铁和耐火材料均对Al和Ti含量进行了严格的限制，但是对于高铁含量(>82at％)的铁基非晶合金来讲，现有的杂质容忍度标准和制备工艺难以获得完全非晶态的带材。虽然通过提高熔炼温度和熔体净化工艺等方法可进一步降低难熔杂质的量，但这会极大的提高熔炼能耗和炉衬的侵蚀，同时对生产设备的冷却能力提出了更高要求。此外，由于杂质元素种类众多，相互作用，很难单纯区分哪些是有益元素，哪些是有害的杂质，而高纯原料的高昂价格是工业生产无法接受的，因此，如何充分利用工业原材料中的杂质元素和开发与之匹配的生产工艺，是设计新一代高性能非晶合金的关键。
以下是单纯考虑主要元素的情况：
美国Allied-Signal公司上世纪80年代开发了牌号为Metglas2605Co的合金，磁感应强度达到l.8T。但是由于合金中含有18％的钻元素，原材料成本过高，目前仍没有大规模推广应用。
美国专利US4226619中公开了一种非晶态Fe-B-C合金，其饱和磁感应强度超过1.7T，典型成分Fe86B7C7合金的饱和磁感应强度达到1.74T，但是由于非晶形成能力太低，合金的矫顽力大，同时淬态带材脆性大，无法实际推广应用。
日立金属在CN1721563A专利中公开了一种Fe-Si-B-C合金，其饱和磁感应强度达到1.64T，但其制备过程采用渗碳工艺，大大提高了工艺复杂程度。
新日本制铁公司在专利CN1356403A中，公布了一种高铁含量Fe-Si-B-C-Mn非晶合金，铁含量在82-90％之间，其饱和磁感应强度达到1.75T，然而由于过度追求饱和磁感应强度，忽视了非晶形成能力的限制，合金成分设计不合理。其典型高铁含量成分如Fe86.7Si2.3B8.9C0.8Mn1.1等的非晶形成能力太低，用常规快淬制带工艺不能制备完全非晶样品，磁性能差。其典型低铁含量成分如Fe82.4Si2.3B8.8C0.5Mn5.8合金的Mn元素含量高，饱和磁感应强度低。此外，此专利中实施例的饱和磁感应强度值明显高于正常值，可能为测试误差，或为样品不是非晶态导致。
新日本制铁公司在专利CN101589169A中公开了另一种低铁含量Fe-Si-B-C-Mn非晶合金，合金的铁含量在78-86％之间，然而该合金6-20％的Mn含量明显降低合金的饱和磁感应强度，另外，过高的Mn含量和C含量都极大提高了合金的熔炼难度和制带工艺要求。
安泰科技公司在专利CN101840764A中公布一种高饱和磁感应强度非晶合金，其优选成分硅含量较高，超过5％，非晶形成能力低，此外，此专利中实施例的饱和磁感应强度值误差较大，相近成分的饱和磁感应强度差别明显，可能为测试误差，或为样品不是非晶态导致。
美国专利US5958153A和US5626690公布了一种非晶形成能力高的(FeSiBC)100-xMnx合金，其临界厚度在40-90m之间,但是该合金的铁含量低，饱和磁感应强度低。
除渣的方法是冶金中去除工业原料中杂质常用的方法，在其他合金上已经成熟，已经有多项除渣剂、净化剂、化渣剂方面的专利，例如日本专利JMn2008231463A,JMn2002105526中国专利CN101840764A,CN102383070A，但是这些专利不适合铁基非晶合金。
安泰科技公司在中国专利CN102337485A中公布了一种非晶合金熔体的除渣剂，该除渣剂主要由氧化硅、氧化钙、氧化棚、稀土元素组成，该除渣机据报道可对Fe78Si9B13合金起到很好的除渣效果，但是由于含有稀土元素，显然不适合本专利中含磷的高磁感强度非晶合金。因为不仅除渣机成本高，而且稀土本身容易和磷元素结合形成难熔夹杂物。
综上所述，目前市场上缺乏基于工业原材料和工业制带工艺的高磁感应强度非晶软磁合金及其制备方法。需要将我国的非晶合金生产用工业原料的纯度情况，与经济实用铁合金溶体净化剂以及非晶合金带材生产的工业结合起来，通过非晶合金主元调整、微量元素控制配合，开发新合金及制备工艺，解决当前高磁感应非晶合金的生产问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种成分设计合理，饱和磁感应强度高，非晶形成能力强，生产成本低，热处理样品韧性好，综合磁性能优异的铁基非晶软磁合金。
针对现有技术中的不足之处，本发明提出一种新的铁基非晶软磁合金成分设计方法，在深入理解各元素对体系非晶形成能力和磁性能影响的基础上，综合考虑各非晶形成能力的热力学动力学判据，经过大量实验，开发出新型铁基非晶合金。本发明合金各组分元素作用发挥更加充分，成分接近共晶点，易于形成密堆积结构，非晶形成能力高，饱和磁感应强度高，软磁性能优异。同时由于合金的居里温度低，热处理过程中应力释放速度快，热处理所需时间短，温度低，热处理后样品的韧性好。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案为：
一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金，其化学表达式为：FeaSibBcMndMe，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，其中82.5≤a≤85.3，2≤b≤6，7≤c≤15，0.2≤d≤0.5，0.05≤e≤0.1，且a+b+c+d+e＝100％；所述M为Mg、Ca的一种或其组合。
进一步，本发明提供的一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金中，Fe元素优选为82.5≤a≤84.5。
进一步，本发明提供的一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金中，Si元素优选为3≤b≤5。
进一步，本发明提供的一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金中，B元素优选为8≤c≤13。
进一步，本发明提供的一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金中，Mn元素优选为0.2≤d≤0.3。
进一步，本发明提供的一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金中，d+e≤0.5。
下面对本发明提出的一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金的成分选定及含量调控做详细说明：
基于发明人长期在非晶态磁性材料技术领域的科研实践，结合非晶磁性合金中各组成元素对磁性能、形成能力和热物性的影响，针对本发明的目的，开发兼具强非晶形成能力、高饱和磁感应强度、优异软磁性能、低成本和热处理后韧性的铁基非晶软磁合金时使用了如下设计方法：
(1)避免主动添加非磁性金属元素。添加提高非晶形成能力常用的非磁性金属元素会明显降低合金的饱和磁感应强度和原材料成本，所以需要避免主动添加，但是考虑原材料中的固有微量杂质和生产过程中的引入杂质，以及获得高非晶形成能力的需要，合金设计过程中主动考虑作为原材料中杂志添加的微量元素的影响，并充分利用微量元素的作用。
(2)类金属元素的选择法则：惰性气体难以加入，N、O、S、H等元素在熔融金属中的固溶度低，且易形成损害磁性能和非晶形成能力的高熔点化合物，因此避免主动添加。
(3)对于磁性金属元素，Co和Ni等的添加随可在某种程度是改善合金的性能，但是其使用会极大提高原材料成本，所以本发明也舍弃了主动添加。
根据提高非晶形成能力的多组元混乱法则和大原子半径适配比准则，可供选择的(4)非晶形成元素包括Si,B,P和C。研究表明，Si,B,P元素与Fe元素间有很大的负值混合焓，是重要的非晶形成元素；C元素与主组元Fe元素之间的混合焓为正值，但是其原子半径小，且在晶化过程中倾向于与Fe,B和P形成复杂化合物如Fe23(B,C,P)6等，所以适量添加也有利于获得高非晶形成能力。同时，这四种元素的添加可不同程度的降低合金的Fe元素含量，降低饱和磁感应强度，因此需要进一步进行合理的选择与设计，调和其对饱和磁感应强度和非晶形成能力的作用。
Fe为磁性元素，为了获得高饱和磁感应强度，必须保证合金含有较高的Fe含量。然而，过高的Fe含量会导致非晶形成能力的明显下降，这时杂质的影响变得不可忽视。Fe含量选定为82.5≤a≤85.3，优选82.5≤a≤84.5。
B是小原子，是不可缺少的非晶形成元素，在铁含量较高的合金中，当c≤6时，合金的形成能力低，超过15时合金偏离共晶点，非晶形成能力降低。B含量选定为7≤c≤15，优选8≤c≤13。
Si可提高B和Mn等类金属元素在合金中的溶解度，降低合金的熔点，提高非晶的形成能力，扩大合金的成分范围，Si含量过高会导致其他元素含量的减少，降低非晶形成能力。Si元素含量选定为2≤b≤6，优选3≤b≤5。
P和Fe元素之间有较大的负的混合热，且P元素置换B元素形成结构更复杂的Fe3(B,P)二次相，P的添加有利于提高过冷液相区的稳定性，起非晶形成元素的作用。同时由于P的3d轨道电子比B和Si多，P含量的增加会使更多的Fe和Ni的3d轨道充满，导致饱和磁感应强度的降低。另外，P元素的加入即使使用磷铁中间合金也会大大增加合金的熔炼难度，且合金的抗氧化性大幅降低，使用常规的热处理工艺很难获得综合性能优异的带材。因此本发明中不考虑添加P元素。
C是小原子，其添加有利于提高合金的原子适配比，适量添加有利于获得高非晶形成能力，但是由于C原子与Fe原子间正的混合焓，且很难获得工业纯度较高的铁碳中间合金，过量C的添加又会导致非晶形成能力的恶化，同时提高熔炼工艺要求。因此本发明中不考虑添加C元素。
在本发明的低成本高饱和磁感应强度的铁基非晶合金中，首先，Mn元素能在非晶合金表面抑制杂质元素引起的晶化，并改善软磁性能；其次，Mn的添加可以有效地抑制合金中的杂质元素S引起的带材脆化，这是由于Mn和S易在钢液中形成MnS化合物，而S几乎是棚铁、硅和铁源中必含的杂质元素，因此Mn的添加增加了S元素的容许量，这拓宽了制备原料的来源，降低了原材料成本；最后，当Mn含量控制在0.5at％以下时，可以大幅提高合金熔体的流动性，从而降低合金的浇铸温度，不仅可以改善非晶合金带材的表面质量，而且可以降低合金的冷却难度，间接提高合金的非晶形成能力。若Mn含量低于0.1at％时，无法体现出Mn元素抑制结晶的作用。故Mn元素含量为0.1～0.5at％，更优选含量为0.2～0.5at％，最优选的范围是0.2～0.3at％。
在本发明的低成本高饱和磁感应强度的铁基非晶合金中，元素Ca和Mg的添加具有特殊的作用。元素Al和Ti一般被认为是非晶态合金中的有害杂质元素，因为这两种元素的存在会导致软磁性能恶化，所以目前产业化中使用的原材料和耐火材料均对Al和Ti含量进行了严格的限制。实验证明，这两种元素由于易于跟氧结合形成氧化铝和氧化钛，且容易聚集在非晶合金表面产生偏析，引起非晶合金表面的晶化。此外，晶化的表面层还会对非晶内部产生压应力，这双重作用使得软磁性能恶化，损耗成倍增加。针对这个难题，本发明人发现，通过向合金成分中加入少量的Mg和Ca元素，可以明显抑制Ti和Al元素存在时导致的软磁性能恶化，即相对提高Ti和Al杂质元素的容许量。通过进一步的研究认为，适量的Mg和Ca加入合金后，其氧化产物会在Ti和Al氧化物表面富集，抑制其长大，使生成的Ti和Al氧化物并不是以大块或链状夹杂物形式存在，而是以微小的颗粒均匀分布在合金内部。这些细化的质点在非晶合金经退火后依然保留下来，呈弥散均匀分布，不会导致合金的晶化，且在高频条件下可细化磁畴，降低合金损耗。在本发明的低成本高饱和磁感应强度的铁基非晶合金中，Mg和Ca元素的添加量控制在0.1at％以下，优选0.05～0.1at％。
在本合金体系中，工业原材料中不可避免的含有Ti、Al、S等有害的杂质元素，本发明通过添加适量的Mn及微量添加Mg和Ca元素最大程度降低这些杂质元素对合金非晶形成能力和软磁性能的影响，但是这些元素的总含量不宜超过d+e≤0.5。
本发明进一步提供了一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)以纯度为99.5％以上的纯原料或中间合金，按铁基非晶合金组成原子百分比配料；所述铁基非晶合金的化学表达式为：FeaSibBcMndMe，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，其中82.3≤a≤85.3，2≤b≤6，7≤c≤15，0.2≤d≤0.5，0.05≤e≤0.1，且a+b+c+d+e＝100％；所述M为Mg、Ca的一种或其组合；
步骤(2)将配比好的原料放入感应熔炼炉或电弧熔炼炉，抽真空至5×10-2Pa以下，充氮气或氩气气氛保护，熔化后保温5～30min使合金原料熔炼成均匀的钢液，随炉冷却或注入模具冷却成母合金锭；
步骤(3)将母合金锭破碎，熔化成钢液，用快淬冷却的方法将合金制成非晶结构，采用单辊法，在大气环境下生产，制备厚度为20～100μm的铁基非晶合金带材。
进一步，本发明提供的一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金的制备方法中，所述方法还包括热处理步骤，具体为：将步骤(3)得到的铁基非晶合金带材放入在热处理炉内，在260-360℃温度区间热处理2min-300min；热处理温度优选为260-340℃。
进一步，本发明提供的一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金的制备方法中，Mn元素由原材料中的硅钢提供。
综上所述，本发明人基于长期在非晶态磁性材料技术领域的科研实践，结合现有非晶磁性合金的技术现状，通过大量反复的实验，得到本发明提出的新型非晶磁性合金的成分含量配方，利用该配方进行配料制备得到的非晶磁性合金在具备较强非晶形成能力与磁性能的同时，具有突出的退火后的韧性。与现有的非晶软磁合金相比，本发明提供的非晶铁基合金具体性能优点如下：
(1)本发明的非晶铁基合金具有优异的软磁性能，合金带材样品的饱和磁感应强度≥1.65T，矫顽力≤5A/m。
(2)本发明的非晶铁基合金具有较强的非晶形成能力，铁基高饱和磁感应强度非晶合金，其特征是：所述合金用单辊快淬法可形成完全非晶合金的带材临界厚度≥40μm。
(3)本发明的铁基非晶态合金带具有优异的韧性，在退火前和退火后条带均具有良好的韧性，退火之后能弯折180°。
(4)本发明的铁基非晶态合金熔点低，测试表明合金熔点低于1240℃，更优选低于1190℃。
具体实施方式
以下结合表1及实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，为了更有条理的展示合金组元的作用、元素含量的确定和本合金的优点，以下所述实施例分类描述，旨在便于对本发明的理解，而不起任何限定作用。为了准确反应本发明合金的优异性能，提供可靠的比较数据，对比例合金采用同样的工艺条件。
本发明提供的一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)以纯度为99.5％以上的纯原料或中间合金，按铁基非晶合金组成原子百分比配料；所述铁基非晶合金的化学表达式为：FeaSibBcMndMe，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，其中82.3≤a≤85.3，2≤b≤6，7≤c≤15，0.2≤d≤0.5，0.05≤e≤0.1，且a+b+c+d+e＝100％；所述M为Mg、Ca的一种或其组合；
步骤(2)将配比好的原料放入感应熔炼炉或电弧熔炼炉，抽真空至5×10-2Pa以下，充氮气或氩气气氛保护，熔化后保温5～30min使合金原料熔炼成均匀的钢液，随炉冷却或注入模具冷却成母合金锭；
步骤(3)将母合金锭破碎，熔化成钢液，用快淬冷却的方法将合金制成非晶结构，采用单辊法，在大气环境下生产，制备厚度为20～100μm的铁基非晶合金带材。
步骤(4)将步骤(3)得到的铁基非晶合金带材放入在热处理炉内，抽真空至5×10- 2Pa以下，在260-360℃温度区间热处理2min-300min。
本发明采用X射线衍射仪(XRD)分析非晶合金带材的非晶结构，从而确定合金的非晶形成能力。完全非晶态的合金的XRD图具有一个宽化的弥散衍射峰，无明显的晶体结构对应的尖锐衍射峰，超出合金的非晶形成能力后，带材出现明显的晶化峰，可获得完全非晶合金带材的最大厚度即为非晶形成能力的评价依据。
本发明采用高温差示扫描量热仪(DSC)测试非晶合金的晶化行为，升温速度为40℃/min，降温速度选为4℃/min，分析非晶合金的晶化曲线，计算居里温度(Tc)，晶化温度(Tx1)，凝固温度(Tl)。
本发明采用磁性测试设备测试本发明合金带材的磁性能，包括用振动样品磁强计(VSM)测试其饱和磁感应强度Bs，用直流B-H回线测试仪测试矫顽力Hc，用阻抗分析仪测磁导率μe。
实施例
用普通工业原料，熔炼组分为FeaSibBcMndMe合金，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，其中82.3≤a≤85.3，2≤b≤6，7≤c≤15，0.2≤d≤0.5，0.05≤e≤0.1，且a+b+c+d+e＝100％；所述M为Mg、Ca的一种或其组合；参见表1中实施例1-10。
用一定形状的喷嘴喷射到30m/s旋转的铜辊上，制备出宽度1mm左右，厚度25μm左右的合金带，用XRD确定条带为非晶态结构。用25μm厚的非晶带测试热处理后样品的磁性能和热处理前后带材的韧性。
用差示扫描量热法获得上述制备得到的块体非晶合金的热力学参数(包括非晶的局里温度Tc、起始晶化温度Tx1和液相线温度Tl)。
选用260─360℃在常规马弗炉中进行1h等温退火处理，用B-H磁滞回线仪测试样品的矫顽力、用阻抗分析仪测试条带样品的有效磁导率(μe)、用振动样品磁强计测试样品的饱和磁感应强度。
通过调整铜棍的转速改变冷却速度，用单辊快淬法制备不同厚度的合金带，用XRD分析带材的微观结构，可获得完全非晶合金带材的最大厚度即为对应成分的非晶形成能力的评价依据。
FeaSibBcMndMe合金在本发明权力要求成分范围内具有强非晶形成能力，代表性成分实施例8的临界厚度达到70μm。强非晶形成能力使本发明合金可在现有非晶带材生产设备和工艺基础上实现规模化生产，并可保证产品的优异磁性能和性能一致性。
本发明合金的凝固过程研究表明，FeaSibBcMndMe合金在本发明权利要求成分范围内具有较低的液相线温度，列于表1。本发明合金的液相线温度(如实施例3)低于规模化生产和推广的FeSiB合金(对比例11)、FeSiBC合金(对比例3)和引用专利中的对比例合金(对比例5和8)。较低的液相线温度不仅有利于合金获得较高的非晶形成能力，而且对于降低生产中的能耗并延长了耐火材料使用寿命具有重要意义。
本发明非晶合金的晶化过程研究表明，FeaSibBcMndMe合金在本发明权利要求成分范围内具有较低的居里温度(Tc)和晶化温度(Tx1)，同时，晶化温度和居里温度之间的温度区间(Tx1-Tc)较大。本发明代表成分的居里温度(Tc)和晶化温度(Tx1)的统计结果列于表1。居里温度(Tc)和晶化温度(Tx1)共同决定热处理的温度区间，居里温度(Tc)和晶化温度(Tx1)较低的合金的应力更容易释放，应力释放率更高，利于降低最佳热处理的温度，获得韧性好的热处理样品，较低的最佳热处理温度极大降低了热处理过程中的能耗并对于延长热处理设备寿命有利。同时，实施例合金较大的晶化温度和居里温度之间的温度区间(Tx1-Tc)保证了带材绕制成铁芯应用时足够的热处理的工艺范围和性能均匀性。
本发明代表成分的热处理温度区间更宽，最佳热处理温度更低，矫顽力更小，磁性能更优异。本发明非晶软磁合金优异的磁性能源于其强非晶形成能力和较低的热处理工艺要求。
本发明非晶合金热处理后样品的磁性能汇总于表1，本发明合金具有较高的饱和磁感应强度(1.61-1.68T)，如本发明实施例4、实施例5、实施例8和实施例10得到的样品其饱和磁感应强度高于规模化生产和推广的FeSiB合金(对比例11)、FeSiBC合金(对比例3)。同时由于热处理后的样品内应力充分释放完全，磁畴订扎点减少，本发明合金的软磁性能更加优异，表现在更低的矫顽力和更高的磁导率方面。优异的磁性能进一步说明本发明合金的先进性，对于其推广应用具有重要意义。
本发明合金带材热处理前后均具有优异的韧性，均可做180°弯折而不断裂。众所周知，非晶合金热处理后的脆性极大影响了其应用，提高了磁芯加工的难度和废品率，并限制了其在受力和振动环境下的应用。本发明合金优异的韧性对于非晶合金的发展具有突出的意义。
表1实施例1～10以及对比实施例1至11中的非晶合金样品的合金成分、热力学参数和软磁特性表，其中，符号含义如下：
Tc——居里温度；Tx1——晶化温度；Tl——液相线温度；Bs——饱和磁化强度；Hc——矫顽力；μe——有效磁导率(1kHz下)。
Figure BDA0002174125800000111
Figure BDA0002174125800000121
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金，其特征在于，所述铁基非晶合金的化学表达式为： FeaSibBcMndMe，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，其中82.5≤a≤84.5，2≤b≤6，7≤c≤15，0.2≤d≤0.5，0.05≤e≤0.1，且a+b+c+d+e=100%，d+e≤0.5；所述M为Mg、Ca的一种或其组合；其中，所述高饱和磁感应强度铁基非晶合金采用下述步骤制备形成：
步骤（1）以纯度为99.5%以上的纯原料或中间合金，按所述铁基非晶合金的组成原子百分比配料；
步骤（2）将配比好的原料放入感应熔炼炉或电弧熔炼炉，抽真空至5×10-2Pa以下，充氮气或氩气气氛保护，熔化后保温5~30min使合金原料熔炼成均匀的钢液，随炉冷却或注入模具冷却成母合金锭；
步骤（3）将母合金锭破碎，熔化成钢液，用快淬冷却的方法将合金制成非晶结构，采用单辊法，在大气环境下生产，制备厚度为20~100
Figure 976864DEST_PATH_IMAGE001
的铁基非晶合金带材；将步骤（3）得到的铁基非晶合金带材放入在热处理炉内，在260-360 ºC温度区间热处理2 min-300 min；其中，
所述合金使用线速度30m/s的单辊快淬法形成完全非晶合金的带材临界厚度≥40
Figure 243766DEST_PATH_IMAGE001
；所述合金带材样品的饱和磁感应强度≥1.65T；所述合金带材样品的矫顽力≤5 A/m；热处理之后的合金带材能弯折180°。
2.根据权利要求1所述的一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金，其特征在于，3≤b≤5。
3.根据权利要求1所述的一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金，其特征在于，8≤c≤13。
4.根据权利要求1所述的一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金，其特征在于，0.2≤d≤0.3。
5.一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤（1）以纯度为99.5%以上的纯原料或中间合金，按铁基非晶合金组成原子百分比配料；所述铁基非晶合金的化学表达式为： FeaSibBcMndMe，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，其中82.5≤a≤84.5，2≤b≤6，7≤c≤15，0.2≤d≤0.5，0.05≤e≤0.1，且a+b+c+d+e=100%，d+e≤0.5；所述M为Mg、Ca的一种或其组合；
步骤（2）将配比好的原料放入感应熔炼炉或电弧熔炼炉，抽真空至5×10-2Pa以下，充氮气或氩气气氛保护，熔化后保温5~30min使合金原料熔炼成均匀的钢液，随炉冷却或注入模具冷却成母合金锭；
步骤（3）将母合金锭破碎，熔化成钢液，用快淬冷却的方法将合金制成非晶结构，采用单辊法，在大气环境下生产，制备厚度为20~100
Figure 41128DEST_PATH_IMAGE001
的铁基非晶合金带材；将步骤（3）得到的铁基非晶合金带材放入在热处理炉内，在260-360 ºC温度区间热处理2 min-300 min；其中，
所述合金使用线速度30m/s的单辊快淬法形成完全非晶合金的带材临界厚度≥40
Figure 619746DEST_PATH_IMAGE001
；所述合金带材样品的饱和磁感应强度≥1.65T；所述合金带材样品的矫顽力≤5 A/m；热处理之后的合金带材能弯折180°。
6.根据权利要求5所述的一种高饱和磁感应强度铁基非晶合金的制备方法，其特征在于，Mn元素由原材料中的硅钢提供。
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