CN111809125A - 一种具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金及其制备方法 - Google Patents

一种具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111809125A
CN111809125A CN202010713389.XA CN202010713389A CN111809125A CN 111809125 A CN111809125 A CN 111809125A CN 202010713389 A CN202010713389 A CN 202010713389A CN 111809125 A CN111809125 A CN 111809125A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
soft magnetic
based soft
good bending
bending toughness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010713389.XA
Other languages
English (en)
Inventor
李福山
凡艳舟
李海龙
张锁
苗家凯
张伟伟
张开盛
刘士磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhengzhou University
Original Assignee
Zhengzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhengzhou University filed Critical Zhengzhou University
Priority to CN202010713389.XA priority Critical patent/CN111809125A/zh
Publication of CN111809125A publication Critical patent/CN111809125A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C22C45/02—Amorphous alloys with iron as the major constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0611—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by a single casting wheel, e.g. for casting amorphous metal strips or wires
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C21D1/30—Stress-relieving
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/773—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material under reduced pressure or vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/003—Making ferrous alloys making amorphous alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/153—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H01F1/15308—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals based on Fe/Ni
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/153—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H01F1/15341—Preparation processes therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Child & Adolescent Psychology (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

本发明涉及一种具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金及其制备方法,它的合金表达式为(Fe1‑aCoa)xMyBz，式中a、x、y和z分别表示各对应组分的原子百分比含量，其中a为0～0.25，x为84～86，y为0～2，z为13～16，x+y+z＝100；采用单辊急冷法制备该铁钴基软磁非晶合金。该合金具有较高的饱和磁感应强度且具有良好的软磁特性及耐蚀性，退火工艺简单,生产成本较低，并且在去应力退火后仍能保持良好的弯折韧性，具有广阔的应用前景。

Description

一种具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶 合金及其制备方法
技术领域
本发明属于非晶软磁合金制备技术领域,具体涉及一种具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金及其制备方法。
背景技术
铁基非晶材料由于其独特的结构与传统晶体材料相比具有优异的软磁性能，例如较高的磁饱和感应强度，较低的矫顽力和损耗等。非晶条带由于生产工艺简单，具有优异的软磁性能的1K101非晶条带目前已实现工业化大规模生产，但其磁饱和强度Bs仅为1.56T，与传统的硅钢片相比仍然较低，不利于器件向小型化轻型化方向发展。
近年来为了进一步提高Bs，高铁含量的非晶合金被开发出来，据报道，铁含量为82-85at％的Fe-Si-B-P Fe-Si-B-P-C非晶合集具有优异的软磁性能，并且退火态饱和磁感应强度不低于1.60T，其中最高可达1.72T，同时该合金在退火后仍能保持较好的弯折性，然而C的熔点较高，难以熔炼均匀，此外具有高蒸气压的P元素在熔炼期间易于挥发并与坩埚反应，难以精确的调节P含量，并且可能导致表面晶化，此外P比B重，不利于降低非磁性元素质量分数。
与此同时，类金属含量过高，虽然可以提高非晶形成能力，但是退火后往往变脆，不利于后续的收带及加工。
发明内容
本发明为了克服传统铁基非晶软磁合金Bs较低、退火脆化导致不易后续加工、成本较高的问题，通过科学的成分设计提供了一种综合性能优异，且成本较低的铁钴基非晶软磁合金。
本发明的目的通过以下方案实现：
一种具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金，其特征在于，它的合金表达式为(Fe1-aCoa)xMyBz，式中a、x、y和z分别表示各对应组分的原子百分比含量，其中a为0～0.25，x为84～86，y为0～2，z为13～16，x+y+z＝100。
所述的具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金，其中M为Ni或Si的一种。
作为示例：
所述的具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金，它的合金表达式为(Fe0.95Co0.05)86Ni1B13。
所述的具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金，其特征在于它的合金表达式为(Fe0.9Co0.1)86Ni1B13。
所述的具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：
步骤一:按照所述的铁钴基软磁非晶合金的合金表达式进行配料；
步骤二:在惰性气体的保护下采用高频感应熔炼炉或电弧炉将步骤一配好的原料在真空度不低于6×10-3pa情况下熔炼成成分均匀的母合金锭，至少熔炼4次；
步骤三：在惰性气体保护下将步骤二制备的母合金锭再次熔化采用单辊急冷法制备非晶条带；
步骤四:将步骤三制备的非晶条带在高真空下去应力退火，退火温度为晶化温度前60K-100K。
所述的具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金的制备方法，在步骤二中，惰性气体为氮气或氩气，优选为氩气。
所述的具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金的制备方法，在步骤三中单辊急冷法制备非晶条带时放置母合金的容器为石英管，石英管管口下方先用400号砂纸粗磨，后改为1000-1200号砂纸细磨成直径为0.6-0.75mm圆形小孔。
所述的具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金的制备方法，在步骤三中，喷带压力差为0.02-0.045MPa，铜辊表面线速度为35-50m/s。
所述的具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金的制备方法，在步骤四中，退火时间为5-30min，优选为10-15min。
本发明中，B元素的主要作用是提高非晶形成能力，B元素含量过低，难以发挥其非晶形成能力，B元素含量过高，降低了铁磁性元素含量，从而降低合金的饱和磁感应强度。
本发明中，Co元素与Fe具有强的铁磁交换作用，少量的Co替代铁可以显著提高合金的饱和磁感应强度，而且钴的加入还有利于非晶形成能力，本发明中Co的含量明显降低，有利于降低成本。
本发明中Ni元素可增加合金的流动性，易于成型，合金的退火韧性也得到一定程度的提高，合金易于卷绕。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供一种高饱和磁感应强度的铁钴基非晶软磁合金，退火后饱和磁感应强度不低于1.63T，最高可达1.92T。在25℃3.5％NaCl溶液中腐蚀电流密度不高于10-5A/cm2，合金条带的耐蚀性较好。合金中加入少量Ni可增加流动性，从而铸造喷带时易于成型，在晶化温度前60-100K退火后仍然保持全非晶态，且具有一定的弯折韧性，从而极大地改进了带材的可加工卷绕性。本发明铁钴基非晶软磁合金具有较低的矫顽力，以及良好的机械性能、加工性能和较低的生产成本，有利于规模化工业生产。
附图说明
图1为实施例1～6中铁钴基非晶软磁合金的XRD图；图中横坐标为扫描角度，纵坐标为强度；
图2为实施例1～6中铁钴基非晶软磁合金的DSC升温曲线；
图3为实施例1～6中铁钴基非晶软磁合金的VSM图；图中横坐标为磁场强度，纵坐标为磁化强度；
图4为实施例2制备得到的(Fe0.95Co0.05)86Ni1B13非晶合金条带退火样品对折180°后外观图；
图5(a)为实施例3制备得到的(Fe0.9Co0.1)86Ni1B13非晶合金条带退火态的压痕光学显微镜图像；(b)为实施例3制备得到的退火样品对折180°后折痕附近的SEM图；
图6为Fe86Ni1B13和实施例3制备得到的(Fe0.9Co0.1)86Ni1B13非晶合金条带的极化曲线；
图7为实施例6制备得到的(Fe0.9Co0.1)86Si1B13非晶合金条带的DSC升温曲线；
图8为实施例6制备得到的(Fe0.9Co0.1)86Si1B13非晶合金条带退火态磁滞回线；
图9为实施例6制备得到的(Fe0.9Co0.1)86Si1B13非晶合金条带退火态Hc图；
图10为实施例6制备得到的(Fe0.9Co0.1)86Si1B13非晶合金条带退火态硬度压痕光学显微镜图像。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
一种具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金,合金表达式为Fe85Ni2B13。作为更详细的示例，它的制备方法包括如下步骤：
(1)配料：选取纯度为99.9wt％的Fe、纯度为99.99wt％的Ni，B含量为19.35wt％的FeB，按照上述合金表达式进行配料。在称取原材料之前，把原材料表面的氧化膜等杂质用砂纸或砂轮机打磨去除，随后将Fe、Ni原材料放入盛有无水乙醇的烧杯中，进行超声波清洗180s，然后用吹风机冷风将其完全干燥。
(2)熔炼：将配制好的母合金原料放进石英坩埚中，密度大且熔点低的合金成分放在上面，将石英坩埚放入真空感应熔铸腔体中的感应线圈中，密封真空感应熔铸设备并用机械泵和扩散泵抽真空，当真空度达到6.0×10-3Pa后充入0.05MPa的纯度为99.999％的氩气，作为保护气体。打开感应加热电源调节电流，先调小电流预热然后再调大电流进行母合金的熔炼，单次熔炼5min后，关掉电源，待完全冷却后，继续加热熔炼，反复进行四次熔炼，确保母合金锭成分均匀。
(3)快淬成带：将熔炼均匀的母合金锭破碎成小块，取10g母合金用酒精超声清洗后放入底部开有圆孔的石英管中，所述石英管管口先用400号砂纸粗磨，后改为1000号砂纸打磨成圆形，直径为0.6mm，再将石英管放入熔体快淬设备腔体的感应线圈中，石英管距铜轮正上方1mm高度处；将感应熔体快淬设备腔体抽至6.0×10-3Pa真空度，然后向腔体内充入纯度为99.999％的氩气作为保护气，熔化后合金溶液以0.03MPa喷射压力喷到表面线速度为40m/s转动的通有冷却循环水的铜辊上急冷制备合金条带。待条带冷却后通常为喷注完成10分钟后取出合金条带试样，条带厚度为20μm。
由于石英管和母合金的热膨胀系数差异较大，感应电流开始设定较小，避免母合金和石英管由于加热产生的变形量相差过大而损坏石英管，当母合金发生颜色变化将要熔化时，调大电流加快母合金的熔化速度，避免加热时间过长母合金的部分元素与石英管反应导致制备出的非晶条带性能不佳。
(4)去应力退火：将步骤3得到的合金条带置于石英管中，抽真空至6.0×10-3Pa后放入退火炉中进行退火，退火温度为284.60℃，退火时间为10min。
(5)结构检测：用X射线衍射仪来表征合金的物相结构，图1本实施例中Fe85Ni2B13合金条带的X射线衍射图谱，从图中可以看出只有一个漫散射峰没有对应于晶体相的尖锐衍射峰，表明单一的非晶态结构。用差示扫描量热仪表征合金的热物性参数，图2为本实施例中Fe85Ni2B13合金条带的DSC升温曲线，从图中可以看出两个放热峰，表明晶化过程分两步进行，第一个晶化峰定义为初始晶化温度Tx1，详见表1总结各合金成分的初始晶化温度。用振动样品磁强计(VSM)测量合金的磁滞回线以确定其饱和磁感应强度，用B-H仪测量合金条带的矫顽力。图3为本实施例中Fe85Ni2B13退火态试样的磁滞回线，表明具有典型的软磁特性，从中可以看出Bs高达1.64T，从表1也能看出其矫顽力低至5.9A/m。图4为本实施例中Fe85Ni2B13退火态试样对折180°后外观图,表明具有较好的弯折韧性。
实施例2
一种具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金,合金表达式为(Fe0.95Co0.05)86Ni1B13。作为更详细的示例，它的制备方法包括如下步骤：
(1)配料：选取纯度为99.9wt％的Fe、纯度为99.99wt％的Co、Ni，B含量为19.35wt％的FeB，按照上述合金表达式进行配料。在称取原材料之前，把原材料表面的氧化膜等杂质用砂纸或砂轮机打磨去除，随后将Fe、Co原材料放入盛有无水乙醇的烧杯中，进行超声波清洗180s，然后用吹风机冷风将其完全干燥。
(2)熔炼：将配制好的母合金原料放进石英坩埚中，密度大且熔点低的合金成分放在上面，将石英坩埚放入真空感应熔铸腔体中的感应线圈中，密封真空感应熔铸设备并用机械泵和扩散泵抽真空，当真空度达到6.0×10-3Pa后充入0.05MPa的纯度为99.999％的氩气，作为保护气体。打开感应加热电源调节电流，先调小电流预热然后再调大电流进行母合金的熔炼，单次熔炼5min后，关掉电源，待完全冷却后，继续加热熔炼，反复进行四次熔炼，确保母合金锭成分均匀。
(3)快淬成带：将熔炼均匀的母合金锭破碎成小块，取6g母合金用酒精超声清洗后放入底部开有圆孔的石英管中，所述石英管管口先用400号砂纸粗磨，后改为1200号砂纸打磨成圆形，直径为0.6mm，再将石英管放入熔体快淬设备腔体的感应线圈中，石英管距铜轮正上方1mm高度处；将感应熔体快淬设备腔体抽至6.0×10-3Pa真空度，然后向腔体内充入纯度为99.999％的氩气作为保护气，熔化后合金溶液以0.03MPa喷射压力喷到表面线速度为40m/s转动的通有冷却循环水的铜辊上急冷制备合金条带。待条带冷却后通常为喷注完成10分钟后取出合金条带试样，条带厚度为20μm。
由于石英管和母合金的热膨胀系数差异较大，感应电流开始设定较小，避免母合金和石英管由于加热产生的变形量相差过大而损坏石英管，当母合金发生颜色变化将要熔化时，调大电流加快母合金的熔化速度，避免加热时间过长母合金的部分元素与石英管反应导致制备出的非晶条带性能不佳。
(4)去应力退火：将步骤3得到的合金条带置于石英管中，抽真空至6.0×10-3Pa后放入退火炉中进行退火，退火温度为282.39℃，退火时间为10min。
(5)结构检测：用X射线衍射仪来表征合金的物相结构，图1本实施例中(Fe0.95Co0.05)86Ni1B13合金条带的X射线衍射图谱，从图中可以看出只有一个漫散射峰没有对应于晶体相的尖锐衍射峰，表明单一的非晶态结构。用差示扫描量热仪表征合金的热物性参数，图2为本实施例中(Fe0.95Co0.05)86Ni1B13合金条带的DSC升温曲线，从图中可以看出两个放热峰，表明晶化过程分两步进行，第一个晶化峰定义为初始晶化温度Tx1，详见表1总结各合金成分的初始晶化温度。用振动样品磁强计(VSM)测量合金的磁滞回线以确定其饱和磁感应强度，用B-H仪测量合金条带的矫顽力。图3为本实施例中(Fe0.95Co0.05)86Ni1B13退火态试样的磁滞回线，表明具有典型的软磁特性，从中可以看出Bs高达1.78T，从表1也能看出其矫顽力低至9.3A/m，矫顽力低软磁性能优异。
实施例3
一种具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金,合金表达式为(Fe0.9Co0.1)86Ni1B13。作为更详细的示例，它的制备方法包括如下步骤：
(1)配料：选取纯度为99.9wt％的Fe、纯度为99.99wt％的Co、Ni，B含量为19.35wt％的FeB，按照上述合金表达式进行配料。在称取原材料之前，把原材料表面的氧化膜等杂质用砂纸或砂轮机打磨去除，随后将Fe、Co、Ni原材料放入盛有无水乙醇的烧杯中，进行超声波清洗180s，然后用吹风机冷风将其完全干燥。
(2)熔炼：将配制好的母合金原料放进石英坩埚中，密度大且熔点低的合金成分放在上面，将石英坩埚放入真空感应熔铸腔体中的感应线圈中，密封真空感应熔铸设备并用机械泵和扩散泵抽真空，当真空度达到6.0×10-3Pa后充入0.05MPa的纯度为99.999％的氩气，作为保护气体。打开感应加热电源调节电流，先调小电流预热然后再调大电流进行母合金的熔炼，单次熔炼5min后，关掉电源，待完全冷却后，继续加热熔炼，反复进行四次熔炼，确保母合金锭成分均匀。
(3)快淬成带：将熔炼均匀的母合金锭破碎成小块，取6g母合金用酒精超声清洗后放入底部开有圆孔的石英管中，所述石英管管口先用400号砂纸粗磨，后改为1000号打磨成圆形，直径为0.7mm，再将石英管放入熔体快淬设备腔体的感应线圈中，石英管距铜轮正上方1mm高度处；将感应熔体快淬设备腔体抽至6.0×10-3Pa真空度，然后向腔体内充入纯度为99.999％的氩气作为保护气，熔化后合金溶液以0.03MPa喷射压力喷到表面线速度为40m/s转动的通有冷却循环水的铜辊上急冷制备合金条带。待条带冷却后通常为喷注完成10分钟后取出合金条带试样，条带厚度为30μm。
由于石英管和母合金的热膨胀系数差异较大，感应电流开始设定较小，避免母合金和石英管由于加热产生的变形量相差过大而损坏石英管，当母合金发生颜色变化将要熔化时，调大电流加快母合金的熔化速度，避免加热时间过长母合金的部分元素与石英管反应导致制备出的非晶条带性能不佳。
(4)去应力退火：将步骤3得到的合金条带置于石英管中，抽真空至6.0×10-3Pa后放入退火炉中进行退火，退火温度为272.43℃，退火时间为10min。
(5)结构检测：用X射线衍射仪来表征合金的物相结构，图1本实施例中(Fe0.9Co0.1)86Ni1B13合金条带的X射线衍射图谱，从图中可以看出只有一个漫散射峰没有对应于晶体相的尖锐衍射峰，表明单一的非晶态结构。用差示扫描量热仪表征合金的热物性参数，图2为本实施例中(Fe0.9Co0.1)86Ni1B13合金条带的DSC升温曲线，从图中可以看出两个放热峰，表明晶化过程分两步进行，第一个晶化峰定义为初始晶化温度Tx1，详见表1总结各合金成分的初始晶化温度。用振动样品磁强计(VSM)测量合金的磁滞回线以确定其饱和磁感应强度，用B-H仪测量合金条带的矫顽力，图3为本实施例中(Fe0.9Co0.1)86Ni1B13退火态试样的磁滞回线，表明具有典型的软磁特性，从中可以看出Bs高达1.87T，从表1也能看出其矫顽力低至10A/m。用维氏硬度仪测量非晶合金条带的硬度值，载荷条件：载荷0.98N，保持时间10s。图5(a)为本实施例硬度压痕光学显微镜图像，从中可以看出压痕附近出现滑移线，表明合金具有良好的韧性，此外该合金的硬度为902.3HV，远高于传统的硅钢材料的硬度，图5(b)为本实施例合金退火态样品对折后折痕附近的SEM图，可以看出折痕附近分布密集的剪切带，表明合金条带在弯曲过程中具有良好的韧塑性。图6为Fe86Ni1B13和本实施例制备得到的(Fe0.9Co0.1)86Ni1B13非晶合金条带的极化曲线，实验条件为3.5wt％NaCl溶液，本实施例中与Fe86Ni1B13相比腐蚀电位增加，腐蚀电流密度减小，表明添加Co之后，合金的耐蚀性得到提高。
实施例4
一种具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金,合金表达式为(Fe0.85Co0.15)86Ni1B13。作为更详细的示例，它的制备方法包括如下步骤：
(1)配料：选取纯度为99.9wt％的Fe、纯度为99.99wt％的Co、Ni，B含量为19.35wt％的FeB，按照上述合金表达式进行配料。在称取原材料之前，把原材料表面的氧化膜等杂质用砂纸或砂轮机打磨去除，随后将Fe、Co、Ni原材料放入盛有无水乙醇的烧杯中，进行超声波清洗180s，然后用吹风机冷风将其完全干燥。
(2)熔炼：将配制好的母合金原料放进石英坩埚中，密度大且熔点低的合金成分放在上面，将石英坩埚放入真空感应熔铸腔体中的感应线圈中，密封真空感应熔铸设备并用机械泵和扩散泵抽真空，当真空度达到6.0×10-3Pa后充入0.05MPa的纯度为99.999％的氩气，作为保护气体。打开感应加热电源调节电流，先调小电流预热然后再调大电流进行母合金的熔炼，单次熔炼5min后，关掉电源，待完全冷却后，继续加热熔炼，反复进行四次熔炼，确保母合金锭成分均匀。
(3)快淬成带：将熔炼均匀的母合金锭破碎成小块，取8g母合金用酒精超声清洗后放入底部开有圆孔的石英管中，所述石英管管口先用400号砂纸粗磨，后改为1000号砂纸打磨成圆形，直径为0.6mm，再将石英管放入熔体快淬设备腔体的感应线圈中，石英管距铜轮正上方1mm高度处；将感应熔体快淬设备腔体抽至6.0×10-3Pa真空度，然后向腔体内充入纯度为99.999％的氩气作为保护气，熔化后合金溶液以0.03MPa喷射压力喷到表面线速度为40m/s转动的通有冷却循环水的铜辊上急冷制备合金条带。待条带冷却后通常为喷注完成10分钟后取出合金条带试样，条带厚度为20μm。
由于石英管和母合金的热膨胀系数差异较大，感应电流开始设定较小，避免母合金和石英管由于加热产生的变形量相差过大而损坏石英管，当母合金发生颜色变化将要熔化时，调大电流加快母合金的熔化速度，避免加热时间过长母合金的部分元素与石英管反应导致制备出的非晶条带性能不佳。
(4)去应力退火：将步骤3得到的合金条带置于石英管中，抽真空至6.0×10-3Pa后放入退火炉中进行退火，退火温度为276.05℃，退火时间为10min。
(5)结构检测：用X射线衍射仪来表征合金的物相结构，图1本实施例中(Fe0.85Co0.15)86Ni1B13合金条带的X射线衍射图谱，从图中可以看出只有一个漫散射峰没有对应于晶体相的尖锐衍射峰，表明单一的非晶态结构。用差示扫描量热仪表征合金的热物性参数，图2为本实施例中(Fe0.85Co0.15)86Ni1B13合金条带的DSC升温曲线，从图中可以看出两个放热峰，表明晶化过程分两步进行，第一个晶化峰定义为初始晶化温度Tx1，详见表1总结各合金成分的初始晶化温度。用振动样品磁强计(VSM)测量合金的磁滞回线以确定其饱和磁感应强度，用B-H仪测量合金条带的矫顽力。图3为本实施例中(Fe0.85Co0.15)86Ni1B13退火态试样的磁滞回线，表明具有典型的软磁特性，从中可以看出Bs高达1.92T，从表1也能看出其矫顽力为37.68A/m。
实施例5
一种具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金,合金表达式为(Fe0.9Co0.1)86B14。作为更详细的示例，它的制备方法包括如下步骤：
(1)配料：选取纯度为99.9wt％的Fe、纯度为99.99wt％的Co，B含量为19.35wt％的FeB，按照上述合金表达式进行配料。在称取原材料之前，把原材料表面的氧化膜等杂质用砂纸或砂轮机打磨去除，随后将Fe、Co原材料放入盛有无水乙醇的烧杯中，进行超声波清洗180s，然后用吹风机冷风将其完全干燥。
(2)熔炼：将配制好的母合金原料放进石英坩埚中，密度大且熔点低的合金成分放在上面，将石英坩埚放入真空感应熔铸腔体中的感应线圈中，密封真空感应熔铸设备并用机械泵和扩散泵抽真空，当真空度达到6.0×10-3Pa后充入0.05MPa的纯度为99.999％的氩气，作为保护气体。打开感应加热电源调节电流，先调小电流预热然后再调大电流进行母合金的熔炼，单次熔炼5min后，关掉电源，待完全冷却后，继续加热熔炼，反复进行四次熔炼，确保母合金锭成分均匀。
(3)快淬成带：将熔炼均匀的母合金锭破碎成小块，取6g母合金用酒精超声清洗后放入底部开有圆孔的石英管中，所述石英管管口先用400号砂纸粗磨，后改为1000号砂纸打磨成圆形，直径为0.6mm，再将石英管放入熔体快淬设备腔体的感应线圈中，石英管距铜轮正上方1mm高度处；将感应熔体快淬设备腔体抽至6.0×10-3Pa真空度，然后向腔体内充入纯度为99.999％的氩气作为保护气，熔化后合金溶液以0.03MPa喷射压力喷到表面线速度为40m/s转动的通有冷却循环水的铜辊上急冷制备合金条带。待条带冷却后通常为喷注完成10分钟后取出合金条带试样，条带厚度为25μm。
由于石英管和母合金的热膨胀系数差异较大，感应电流开始设定较小，避免母合金和石英管由于加热产生的变形量相差过大而损坏石英管，当母合金发生颜色变化将要熔化时，调大电流加快母合金的熔化速度，避免加热时间过长母合金的部分元素与石英管反应导致制备出的非晶条带性能不佳。
(4)去应力退火：将步骤3得到的合金条带置于石英管中，抽真空至6.0×10-3Pa后放入退火炉中进行退火，退火温度为317.53℃，退火时间为10min。
(5)结构检测：用X射线衍射仪来表征合金的物相结构，图1本实施例中(Fe0.9Co0.1)86B14合金条带的X射线衍射图谱，从图中可以看出只有一个漫散射峰没有对应于晶体相的尖锐衍射峰，表明单一的非晶态结构。用差示扫描量热仪表征合金的热物性参数，图2为本实施例中(Fe0.9Co0.1)86B14合金条带的DSC升温曲线，从图中可以看出两个放热峰，表明晶化过程分两步进行，第一个晶化峰定义为初始晶化温度Tx1，详见表1总结各合金成分的初始晶化温度。用振动样品磁强计(VSM)测量合金的磁滞回线以确定其饱和磁感应强度，用B-H仪测量合金条带的矫顽力。图3为本实施例中(Fe0.9Co0.1)86B14退火态试样的磁滞回线，表明具有典型的软磁特性，从中可以看出Bs高达1.79T，从表1也能看出其矫顽力低至11.41A/m。
实施例6
一种具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金,合金表达式为(Fe0.9Co0.1)86Si1B13。作为更详细的示例，它的制备方法包括如下步骤：
(1)配料：选取纯度为99.9wt％的Fe、纯度为99.99wt％的Co、Si，B含量为19.35wt％的FeB，按照上述合金表达式进行配料。在称取原材料之前，把原材料表面的氧化膜等杂质用砂纸或砂轮机打磨去除，随后将Fe、Co原材料放入盛有无水乙醇的烧杯中，进行超声波清洗180s，然后用吹风机冷风将其完全干燥。
(2)熔炼：将配制好的母合金原料放进石英坩埚中，密度大且熔点低的合金成分放在上面，将石英坩埚放入真空感应熔铸腔体中的感应线圈中，密封真空感应熔铸设备并用机械泵和扩散泵抽真空，当真空度达到6.0×10-3Pa后充入0.05MPa的纯度为99.999％的氩气，作为保护气体。打开感应加热电源调节电流，先调小电流预热然后再调大电流进行母合金的熔炼，单次熔炼5min后，关掉电源，待完全冷却后，继续加热熔炼，反复进行四次熔炼，确保母合金锭成分均匀。
(3)快淬成带：将熔炼均匀的母合金锭破碎成小块，取6g母合金用酒精超声清洗后放入底部开有圆孔的石英管中，所述石英管管口先用400号砂纸粗磨，后改为1200号砂纸打磨成圆形，直径为0.6mm，再将石英管放入熔体快淬设备腔体的感应线圈中，石英管距铜轮正上方1mm高度处；将感应熔体快淬设备腔体抽至6.0×10-3Pa真空度，然后向腔体内充入纯度为99.999％的氩气作为保护气，熔化后合金溶液以0.03MPa喷射压力喷到表面线速度为40m/s转动的通有冷却循环水的铜辊上急冷制备合金条带，喷注完成10分钟后取出合金条带试样，条带厚度为30μm。
由于石英管和母合金的热膨胀系数差异较大，感应电流开始设定较小，避免母合金和石英管由于加热产生的变形量相差过大而损坏石英管，当母合金发生颜色变化将要熔化时，调大电流加快母合金的熔化速度，避免加热时间过长母合金的部分元素与石英管反应导致制备出的非晶条带性能不佳。
(4)去应力退火：将步骤3得到的合金条带置于石英管中，抽真空至6.0×10-3Pa后放入退火炉中进行退火，退火温度为301.14℃，退火时间为10min。
(5)结构检测：用X射线衍射仪来表征合金的物相结构，图1本实施例中(Fe0.9Co0.1)86Si1B13合金条带的X射线衍射图谱，从图中可以看出只有一个漫散射峰没有对应于晶体相的尖锐衍射峰，表明单一的非晶态结构。用差示扫描量热仪表征合金的热物性参数，图2为本实施例中(Fe0.9Co0.1)86Si1B13合金条带的DSC升温曲线，从图中可以看出两个放热峰，表明晶化过程分两步进行，第一个晶化峰定义为初始晶化温度Tx1，详见表1总结各合金成分的初始晶化温度。用振动样品磁强计(VSM)测量合金的磁滞回线以确定其饱和磁感应强度，用B-H仪测量合金条带的矫顽力。用维氏硬度仪测量非晶合金条带的硬度值，载荷条件：载荷0.98N，保持时间10s。图3为本实施例中(Fe0.9Co0.1)86Si1B13退火态试样的磁滞回线，表明具有典型的软磁特性，从中可以看出Bs高达1.85T，从表1也能看出其矫顽力低至15.69A/m。图10为本实施例硬度压痕光学显微镜图像，从中可以看出压痕附近出现滑移线，表明合金具有良好的韧性，此外该合金的硬度为858HV，远高于传统的硅钢材料的硬度。
表1为实施例1至6中合金成分的晶化温度、退火后饱和磁感应强度、矫顽力和力学性能。
表1
Figure BDA0002597354680000171
本发明高铁含量的软磁非晶软磁合金具有较高的饱和磁感应强度，优异的软磁性能，而且在晶化温度前某一温度退火不析出晶体相，退火后仍然保持较好的弯折韧性。依照本发明内容微调成分和工艺，所得材料均表现出与实施例基本一致的性质。综上所述，该系列铁钴基非晶软磁合金具有较高的饱和磁感应强度Bs、低的矫顽力Hc以及良好的加工性，其优异的综合软磁性能加之成本较低，制备工艺简单有望得到进一步开发。
对比例：
申请号为201611092517.3，名称为高饱和磁感应强度、低矫顽力、高磁导率的铁钴基非晶合金材料及其制备方法的发明专利，提供了成分为(Fe0.6Co0.4)83Si1B16、(Fe0.7Co0.3)83Si1B16、(Fe0.8Co0.2)84Mo1Si1B14的铁钴基非晶合金，它们的饱和磁感应强度高，矫顽力低，但是其需要外加磁场退火，然而大规模生产中不易控制磁场均匀性，难以批量化生产，其次钴含量较高，由于钴的价格较贵，不利于降低生产成本。
以上对本发明做了示例性描述，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以做出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金，其特征在于，它的合金表达式为(Fe1-aCoa)xMyBz，式中a、x、y和z分别表示各对应组分的原子百分比含量，其中a为0～0.25，x为84～86，y为0～2，z为13～16，x+y+z＝100。
2.根据权利要求1所述的具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金，其特征在于M为Ni或Si的一种。
3.根据权利要求1所述的具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金，其特征在于它的合金表达式为(Fe0.95Co0.05)86Ni1B13。
4.根据权利要求1所述的具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金，其特征在于它的合金表达式为(Fe0.9Co0.1)86Ni1B13。
5.根据权利要求1所述的具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：
步骤一:按照权利要求1所述的铁钴基软磁非晶合金的合金表达式进行配料；
步骤二:在惰性气体的保护下采用高频感应熔炼炉或电弧炉将步骤一配好的原料在真空度不低于6×10-3pa情况下熔炼成成分均匀的母合金锭，至少熔炼4次；
步骤三：在惰性气体保护下将步骤二制备的母合金锭再次熔化采用单辊急冷法制备非晶条带；
步骤四:将步骤三制备的非晶条带在高真空下去应力退火，退火温度为晶化温度前60K-100K。
6.根据权利要求5所述的具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金的制备方法，其特征在于，在步骤二中，惰性气体为氮气或氩气，优选为氩气。
7.根据权利要求5所述的具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金的制备方法，其特征在于，在步骤三中单辊急冷法制备非晶条带时放置母合金的容器为石英管，石英管管口下方先用400号砂纸粗磨，后改为1000-1200号砂纸细磨成直径为0.6-0.75mm圆形小孔。
8.根据权利要求5所述的具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金的制备方法，其特征在于，在步骤三中，喷带压力差为0.02-0.045MPa，铜辊表面线速度为35-50m/s。
9.根据权利要求5所述的具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金的制备方法，其特征在于，在步骤四中，退火时间为5-30min，优选为10-15min。
CN202010713389.XA 2020-07-22 2020-07-22 一种具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金及其制备方法 Pending CN111809125A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010713389.XA CN111809125A (zh) 2020-07-22 2020-07-22 一种具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010713389.XA CN111809125A (zh) 2020-07-22 2020-07-22 一种具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111809125A true CN111809125A (zh) 2020-10-23

Family

ID=72862164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010713389.XA Pending CN111809125A (zh) 2020-07-22 2020-07-22 一种具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111809125A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002194514A (ja) * 2000-12-22 2002-07-10 Japan Science & Technology Corp 軟磁性、高強度Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ基金属ガラス合金
CN105986202A (zh) * 2015-02-13 2016-10-05 有研稀土新材料股份有限公司 铁基非晶材料及其制备方法
CN107799258A (zh) * 2016-09-07 2018-03-13 天津大学 高饱和磁感应强度的铁钴基非晶软磁合金材料及其制备方法
JP6443112B2 (ja) * 2015-02-19 2018-12-26 新日鐵住金株式会社 軟磁気特性に優れたＦｅ系非晶質合金及び非晶質合金薄帯
JP2019052367A (ja) * 2018-07-06 2019-04-04 Tdk株式会社 軟磁性合金および磁性部品
CN109844873A (zh) * 2016-08-04 2019-06-04 丰田自动车株式会社 软磁材料的制造方法
CN110556224A (zh) * 2018-05-30 2019-12-10 丰田自动车株式会社 软磁材料及其制造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002194514A (ja) * 2000-12-22 2002-07-10 Japan Science & Technology Corp 軟磁性、高強度Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ基金属ガラス合金
CN105986202A (zh) * 2015-02-13 2016-10-05 有研稀土新材料股份有限公司 铁基非晶材料及其制备方法
JP6443112B2 (ja) * 2015-02-19 2018-12-26 新日鐵住金株式会社 軟磁気特性に優れたＦｅ系非晶質合金及び非晶質合金薄帯
CN109844873A (zh) * 2016-08-04 2019-06-04 丰田自动车株式会社 软磁材料的制造方法
CN107799258A (zh) * 2016-09-07 2018-03-13 天津大学 高饱和磁感应强度的铁钴基非晶软磁合金材料及其制备方法
CN110556224A (zh) * 2018-05-30 2019-12-10 丰田自动车株式会社 软磁材料及其制造方法
JP2019052367A (ja) * 2018-07-06 2019-04-04 Tdk株式会社 軟磁性合金および磁性部品

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110387500B (zh) 一种高磁感高频铁基纳米晶软磁合金及其制备方法
CN105088107B (zh) 具有高饱和磁感应强度和强非晶形成能力的铁基非晶合金
JP7387008B2 (ja) サブナノスケールの秩序クラスターを含む鉄基アモルファス合金、その調製方法及びそれを用いたナノ結晶合金誘導体
CN109930080B (zh) 一种无铜纳米晶软磁合金及其制备方法
CN110541116B (zh) 一种晶化可控的铁基纳米晶软磁合金
CN108461246B (zh) 一种铁基非晶软磁合金及其制备方法
CN109440023B (zh) 一种高磁感氮耦合铁基非晶纳米晶合金及其制备方法
CN112853234B (zh) 一种梯度结构非晶纳米晶软磁合金及其制备方法
CN106373690A (zh) 一种具有良好工艺性能、高饱和磁感应强度的纳米晶软磁合金及其制备方法
CN106636982B (zh) 一种铁基非晶合金及其制备方法
CN107829047A (zh) 高非晶形成能力大塑性钴基块体非晶合金及其制备方法
CN105177469A (zh) 一种高铁含量的非晶软磁合金及其制备方法
CN108130493A (zh) 高饱和磁感应强度、低矫顽力、高磁导率的铁钴基非晶合金材料及其制备方法
Zhang et al. Ultra-low cost and energy-efficient production of FePCSi amorphous alloys with pretreated molten iron from a blast furnace
CN107103976A (zh) 一种铁钴基韧性纳米晶软磁合金及其制备方法
CN115386811A (zh) 一种高饱和磁感应强度韧性铁基非晶纳米晶带材及其制备方法
CN110106454A (zh) 一种硼基非晶合金及其制备方法
CN113628823B (zh) 高耐蚀性的铁基纳米晶软磁合金及制备方法
CN115798849A (zh) 一种含晶界相的钐铁基稀土永磁材料及其制备方法和应用
CN111809125A (zh) 一种具有良好弯曲韧性的高饱和磁感应强度铁钴基软磁非晶合金及其制备方法
CN112962024B (zh) 一种类Finemet型Fe基纳米晶软磁合金及其制备方法
CN109754976A (zh) 一种铁基非晶软磁合金及应用
CN113278897B (zh) 一种铁基纳米晶软磁合金及其制备方法
WO2023243533A1 (ja) Ｆｅ－Ｍｎ合金、時計用ひげぜんまいおよびＦｅ－Ｍｎ合金の製造方法
CN111411312B (zh) 一种具有择优取向的Fe-Si-B-P-Cu纳米晶软磁合金材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20201023