CN111910135A - 一种铁基软磁合金Fe-Co-Si-B-P-Ti及其制备方法 - Google Patents

一种铁基软磁合金Fe-Co-Si-B-P-Ti及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁基软磁合金Fe‑Co‑Si‑B‑P‑Ti及其制备方法，该合金按照各元素原子百分数的成分构成为Fe81‑xCo4Si4B8P3Tix(x＝0、0.5、0.7或1)。本发明的Fe‑Co‑Si‑B‑P‑Ti系带材具有高饱和磁感应强度、低矫顽力等优点，是一种具有广泛工业化应用前景的铁基软磁材料。

Description

一种铁基软磁合金Fe-Co-Si-B-P-Ti及其制备方法
技术领域
本发明属于非晶合金带材及其软磁性能应用领域，具体涉及一种铁基软磁合金Fe-Co-Si-B-P-Ti及其制备方法。
背景技术
在当今世界，能源问题变得越来越严重，节能减排是经济发展过程中不可忽视的重要环节。在材料应用领域，绿色、节能环保材料的开发利用对绿色中国理念的践行具有重要意义。在当今的生活和生产中，软磁材料是非常重要且用途广泛的电磁材料，其中铁基软磁合金是最重要的组成部分。铁基软磁材料的使用开始于19世纪第二次工业革命，电磁学的兴起推动了软磁材料的发展，这一时期的代表材料是纯铁。自20世纪以来，铁基软磁材料得到了进一步的发展，硅钢已被广泛用作一种具有更好综合性能的软磁合金。20世纪50年代，随着非晶态合金的出现，铁基非晶态合金作为一种新型的节能环保的软磁材料开始逐步取代传统的硅钢材料。与传统硅钢相比，由于非晶合金具有短程有序和长程无序、无晶界和晶界缺陷以及磁各向异性低等特点，显示出高导磁率、高饱和磁感应强度和低矫顽力。铁基非晶态合金已广泛用于电力变压器、电动机电力传输和转换等领域，可以促进器件向节能、小型化、高效和高稳定性的方向发展。铁基非晶态软磁合金的电阻率约为硅钢的三倍，铁损仅是取向硅钢的四分之一，负载损失可以减少一半以上。但它也有一些缺点：一方面，由于必须添加非晶态形成元素，因此铁基非晶合金的饱和磁感应强度难以与硅钢匹配，这使得具有相同磁芯功率的非晶线圈的体积比硅钢线圈大。因此，提高铁基非晶合金的饱和磁感应强度是研究的重要方向。另一方面，为了保持铁基非晶态合金的饱和磁感应强度，高Fe含量通常会导致非晶态合金的形成能力较弱。因此设计一种高饱和磁感应强度，又有着良好非晶形成能力的铁基非晶软磁材料是很有意义的。
发明内容
本发明的目的是制备出一种铁基软磁合金Fe-Co-Si-B-P-Ti非晶带材，使其同时具有良好非晶形成能力和高饱和磁感应强度。
本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：
一种铁基软磁合金Fe-Co-Si-B-P-Ti，其特点在于：所述铁基软磁合金Fe-Co-Si-B-P-Ti按照各元素原子百分数的成分构成为Fe81-xCo4Si4B8P3Tix，x＝0、0.5、0.7或1。
进一步地，所述铁基软磁合金Fe-Co-Si-B-P-Ti所用合金原材料Fe、Co、Si、B、Fe-20％P和Ti的纯度为99.9wt.％。
上述铁基软磁合金Fe-Co-Si-B-P-Ti的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、原材料的处理
取Fe、Co、Si、B、Fe-20％P和Ti原料，通过机械打磨、除油(碱洗除油或电解除油)、酸洗，除去表面的氧化物和油脂物质；
步骤2、母合金铸锭的制备
按照名义成分Fe81-xCo4Si4B8P3Tix，x＝0、0.5、0.7或1，将处理后的各原料进行配料，然后在高纯氩气保护下，用真空电弧熔炼炉熔炼，得到母合金铸锭；
步骤3、高真空甩带
利用感应加热的方式将步骤2制得的母合金铸锭熔化，然后通过熔体旋淬法，得到铁基软磁合金Fe-Co-Si-B-P-Ti带材。
本发明所得铁基软磁合金Fe-Co-Si-B-P-Ti带材的宽度范围在1-2mm。
本发明的有益效果体现在：
1、本发明的铁基软磁合金Fe-Co-Si-B-P-Ti带材表现出优异的软磁性能和非晶形成能力，是良好的铁基软磁材料，具有广泛的商业化应用前景。
2、本发明的非晶带材采用熔体旋淬法制备，制备方法简单、易操作、成本低、环境友好，整个制备过程不需要特殊设备，能进行大规模工业化生产，得到的合金带材品质较高：本发明方法制备的Fe-Co-Si-B-P-Ti带材可同时实现非晶形成能力好、低矫顽力和高饱和磁感应强度等优点。
附图说明
图1为实施例1所得Fe80.3Co4Si4B8P3Ti0.7带材的X射线衍射图谱；
图2为实施例1所得Fe80.3Co4Si4B8P3Ti0.7带材在800KA/m下通过VSM(振动样品磁强计)测得的磁化曲线。
具体实施方式
下面通过实施例和附图对本发明的技术方案进行详细的说明。
下述实施例的Fe-Co-Si-B-P-Ti带材采用熔体旋淬法制备，所用设备型号为：WK，北京物科，中国。
下述实施例所得Fe-Co-Si-B-P-Ti带材的非晶特性采用X射线衍射法(XRD)检测，所用设备型号为：X'PertProMPDX射线衍射仪，帕纳科(Panalytical)，荷兰。
下述实施例所得Fe-Co-Si-B-P-Ti带材的磁化曲线通过VSM(振动样品磁强计)测得，所用设备型号为：中国科学院宁波材料所Lakeshare7410振动磁强计。
实施例1
本实施例所用合金原材料Fe、Co、Si、B、Fe-20％P和Ti的纯度为99.9wt.％。
本实施例按如下步骤制备Fe80.3Co4Si4B8P3Ti0.7带材：
步骤1、原材料的处理
取Fe、Co、Si、B、Fe-20％P和Ti原料，通过机械打磨、碱洗除油、酸洗，除去表面的氧化物和油脂物质，保证原材料表面无其它杂质。
步骤2、母合金铸锭的制备
按照名义成份Fe80.3Co4Si4B8P3Ti0.7，将处理后的各原料进行配料，然后在高纯氩气保护下，用真空电弧熔炼炉熔炼，为了保证合金成分均匀，母合金在炉内反复熔炼4次以上，得到母合金铸锭；
步骤3、高真空甩带
利用感应加热的方式将步骤2制得的母合金铸锭熔化，然后利用熔体旋淬法，在高真空条件下将熔融态合金喷射到高速旋转的铜辊上，通过铜辊的导热将熔融态合金快速冷却，得到Fe80.3Co4Si4B8P3Ti0.7带材，铜辊转速为2200r/min、电流为35A，甩带装样品所用石英管细圆口直径约为1mm。
用X射线衍射法表征本实施例所得Fe80.3Co4Si4B8P3Ti0.7带材的结构，结果如图1所示，可以确定合金带材为非晶合金。
在800KA/m的外加磁场下测得本实施例所得Fe80.3Co4Si4B8P3Ti0.7带材的磁滞回线如图2所示，可以看出饱和磁感应强度最大为196.5emu/g。
以上仅为本发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种铁基软磁合金Fe-Co-Si-B-P-Ti，其特征在于：所述铁基软磁合金Fe-Co-Si-B-P-Ti按照各元素原子百分数的成分构成为Fe81-xCo4Si4B8P3Tix，x＝0、0.5、0.7或1。
2.根据权利要求1所述的铁基软磁合金Fe-Co-Si-B-P-Ti，其特征在于：所述铁基软磁合金Fe-Co-Si-B-P-Ti所用合金原材料Fe、Co、Si、B、Fe-20％P和Ti的纯度为99.9wt.％。
3.一种权利要求1～2中任意一项所述铁基软磁合金Fe-Co-Si-B-P-Ti的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、原材料的处理
取Fe、Co、Si、B、Fe-20％P和Ti原料，通过机械打磨、除油、酸洗，除去表面的氧化物和油脂物质；
步骤2、母合金锭的制备
按照名义成分Fe81-xCo4Si4B8P3Tix，x＝0、0.5、0.7或1，将处理后的各原料进行配料，然后在高纯氩气保护下，用真空电弧熔炼炉熔炼，得到母合金铸锭；
步骤3、高真空甩带
利用感应加热的方式将步骤2制得的母合金铸锭熔化，然后通过熔体旋淬法，得到铁基软磁合金Fe-Co-Si-B-P-Ti带材。
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