低矫顽力的铁基非晶合金及其成分设计方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011104521.3 (22)申请日 2020.10.15 (71)申请人 太原理工大学 地址 030024 山西省太原市迎泽西大街79 号 (72)发明人 张建花张呈忠张小雄张瑞恒 李志恩 (74)专利代理机构 太原科卫专利事务所(普通 合伙) 14100 代理人 朱源曹一杰 (51)Int.Cl. C22C 45/02(2006.01) C22C 33/06(2006.01) B22D 11/06(2006.01) H01F 1/153(2006.01) (54)发明。

2、名称 一种低矫顽力的铁基非晶合金及其成分设 计方法 (57)摘要 本发明公开了一种低矫顽力的铁基非晶合 金， 及一种在不降低饱和磁感应强度的情况下， 降低其矫顽力的成分设计方法， 此方法具有简单 有效的优点。 一种铁基非晶合金， 该合金的分子 简式为FeaSibBcMd， M为P， C， S中至少一种， 并满足 70a82， 0d100abc15， 式中a、 b、 c、 d为 原子百分含量。 采用本申请所述方法， 相比对比 例， 实施例降矫顽力从1.6 A/m降低到了0.9 A/ m， 且其饱和磁感应强度从1.51 T上升到了1.59 T。 这充分验证了本申请方法的有效性。 特别是 Fe76S。

3、i9B10P3合金具有最小的矫顽力0.9 A/m和较 高的饱和磁感应强度以及最大的磁导率。 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 CN 112143985 A 2020.12.29 CN 112143985 A 1.一种低矫顽力的铁基非晶合金， 其特征在于该合金的分子简式为FeaSibBcMd， M为P， C， S中至少一种， 并满足70a82， 0 d 100-a-b-c 15， 式中a、 b、 c、 d为原子百分含量。 2.如权利要求1所述的一种低矫顽力的铁基非晶合金， 其特征在于， 其制备包括如下步 骤： 以纯度为99.5%以上的纯Fe、 纯B、 纯Si、 Fe-P、 Fe-C和Fe-S。

4、合金为原料， 按照合金组分中 的元素及其原子百分含量配制原料， 将称量好的原料放在高频感应熔炼炉或电弧炉中， 在 纯氩气进行熔炼得到母合金； 将得到的母合金破碎成小块后， 装到开口的石英玻璃管中， 置 于铸造设备的感应线圈中； 空气气氛中， 将熔化后的合金液喷到转速为2050 m/s的铜辊上 制备出连续非晶条带。 3.如权利要求2所述的一种低矫顽力的铁基非晶合金， 其特征在于， 将所得的连续非晶 条带在(Tx-50) K到(Tx-150) K温度范围内去应力退火300 900 s。 4.一种低矫顽力的铁基非晶合金的成分设计方法， 包括如下步骤： A 首先， 设计一种满足分子简式为FexSiyB。

5、zM的铁基非晶合金， M为P， C， S中至少一种， 70 x82且x+y+z+=100； B 然后， 在x， y， z保持不变的情况下， 减小， 直到达到最佳磁性能， 此时0100-x- y-z 15。 权利要求书 1/1 页 2 CN 112143985 A 2 一种低矫顽力的铁基非晶合金及其成分设计方法 技术领域 0001 本发明涉及非晶合金的制备技术领域， 尤其涉及一种低矫顽力的铁基非晶合金， 及一种在不降低饱和磁感应强度的情况下， 降低其矫顽力的成分设计方法。 背景技术 0002 铁基软磁非晶合金由于具有高饱和磁感应强度、 高磁导率、 低损耗、 低矫顽力等优 异的软磁性能， 且具有原。

6、料价格低廉和生产工艺简单等优点， 主要用于制备各种用途的变 压器的铁芯与电机定子， 在电网、 航空航天、 互感器、 吸波、 海洋涂层、 电磁屏蔽和催化与降 解等方面也有不小的应用潜力。 0003 随着科学技术的迅速发展， 电子设备趋向于小型化、 环保化， 希望铁基非晶合金具 有高的非晶形成能力和优异的磁性能， 如更低的矫顽力、 更高的饱和磁感应强度和磁导率 等。 其中， 具有低矫顽力的软磁非晶合金材料在较小的磁场中就可以进行磁化或者退磁， 且 表现出低的损耗。 0004 一般来说， 铁基非晶合金的成分构成为 “磁性(A at.%)+类金属(B at.%)+非金属 (C at.%)+过渡金属(D。

7、 at.%)” 元素， 且A+B+C+D=100。 到目前为止， 对于铁基非晶合金来说， 可以通过增强合金的非晶形成能力来降低矫顽力。 因为高的非晶形成能力就意味着更均匀 的微观结构和更少的自由体积， 从而减少磁畴钉扎位点的数量和磁各向异性， 这就意味着 更低的矫顽力。 而提高非晶合金形成能力， 主要是通过提高或者添加非磁性元素来实现的， 而这往往是以牺牲饱和磁感应强度作为代价的。 简单来讲， 就是用牺牲饱和磁感应强度来 降低矫顽力。 这显然对于用做软磁功能材料的铁基非晶合金来说， 不是一种非常理想的方 法。 0005 磷， 作为非金属元素， 在非晶合金产品的形成中起着重要的作用。 经过多年的。

8、努 力， 已经开发出了许多经典的含磷铁基非晶合金体系， 为非晶态合金的物理性能和机理研 究提供了重要的研究基础。 例如文献Zhang Jianhua， Chang Chuntao， Wang, Anding， Shen, Baolong， Development of quaternary Fe-based bulk metallic glasses with high saturation magnetization above 1.6 T， Journal of Non-Crystalline Solids， 358(2012) 1443-1446报道了一种Fe76Si9B10P5的非晶合。

9、金， 其饱和磁感超过了1.51 T， 然 而其矫顽力却达1.6 A/m。 在申请人继续研究该铁基非晶合金体系过程中， 发现了该合金系 始于样品表面的晶化是由于磷元素偏析造成的， 非常不同于其它合金体系由于冷却速率不 足而始于样品中心部位的晶化机制。 因此， 申请人设计了独特的磷缺乏合金成分， 在提高其 饱和磁感应强度的情况下， 制备出了更低矫顽力的铁基非晶合金， 从而对进一步扩大铁基 非晶合金的使用范围， 变得极为有吸引力。 到目前为止， 在国际范围内， 还没有见到用此方 法或类似方法降低铁基非晶合金矫顽力的报道。 发明内容 0006 针对现有技术中存在的上述一个或多个技术问题， 本发明的目的。

10、是提供一种具有 说明书 1/3 页 3 CN 112143985 A 3 低矫顽力的铁基非晶合金， 并提供一种在不降低饱和磁感应强度的情况下， 降低其矫顽力 的成分设计方法。 0007 为达到以上目的， 本发明是采取如下技术方案予以实现： (1) 一种铁基非晶合金， 其特征在于该合金的分子简式为FeaSibBcMd， M为P， C， S中至少 一种， 并满足70a82， 0 d 100-a-b-c 15， 式中a、 b、 c、 d为原子百分含量。 其制备包括 如下步骤： 以纯度为99.5%以上的纯Fe、 纯B、 纯Si和Fe-P、 Fe-C和Fe-S合金为原料， 按照合金组分 中的元素及其原子。

11、百分含量配制原料， 将称量好的原料放在高频感应熔炼炉或电弧炉中， 在纯氩气进行熔炼得到母合金； 将得到的母合金破碎成小块后， 装到开口的石英玻璃管中， 置于铸造设备的感应线圈中； 空气气氛中， 将熔化后的合金液喷到转速为2050 m/s的铜辊 上制备出连续非晶条带。 0008 采用X射线衍射法确定本实施例中的条带均为非晶态结构 （图1） 。 0009 用高温差示扫描量热仪测量所得的连续非晶条带的热力学参数。 以40 K/min的升 温速率加热连续非晶条带使其熔化， 记录晶化温度(Tx) （图2） 。 0010 将所得的连续非晶条带在(Tx-50) K到(Tx-150) K温度范围内去应力退火3。

12、00 900 s。 0011 用振动样品磁强计(VSM)测试退火后得到的非晶条带的饱和磁感应强度Bs（图3） 。 0012 用B-H仪测量以上退火条带的矫顽力 （Hc） 和1 kHz时的磁导率 （e） 。 0013 (2)一种不降低上述合金饱和磁感应强度的情况下， 降低其矫顽力的成分设计方 法， 包括如下步骤： 首先， 设计一种满足分子简式为FexSiyBzM的铁基非晶合金， M为P， C， S中至少一种， 70 x82且x+y+z+=100； 然后， 在x， y， z保持不变的情况下， 减小， 直到合金达到最佳磁 性能， 此时0100-x-y-z 15。 附图说明 0014 图1是对比例与实。

13、施例中非晶合金条带的XRD图； 图2是比例与实施例中非晶合金条带的DSC升温曲线； 图3对比例与实施例中非晶合金条带的M-H图。 具体实施方式 0015 下面结合附图和实施例， 对本发明做进一步地描述， 但绝不限制本发明的范围： 对比例 以纯度为99.5%以上的纯Fe、 纯B、 纯Si、 Fe-P和Fe-C金为原料， 按照Fe76Si9B10P5合金组 分中的元素及其原子百分含量配制原料， 将配称量好的原料放在高频感应熔炼炉或电弧炉 中， 在纯氩气进行熔炼得到母合金； 将得到的母合金破碎成小块后， 装到开口的石英玻璃管 中， 置于铸造设备的感应线圈中； 空气气氛中， 将熔化后的合金液喷到转速为。

14、45 m/s的铜辊 上制备出连续非晶条带。 0016 将所得的连续非晶条带在750 K去应力退火600 s。 0017 实施例1 说明书 2/3 页 4 CN 112143985 A 4 以纯度为99.5%以上的纯Fe、 纯B、 纯Si、 和Fe-P合金为原料， 按照Fe76Si9B10P3合金组分 中的元素及其原子百分含量配制原料， 将配称量好的原料放在高频感应熔炼炉或电弧炉 中， 在纯氩气进行熔炼得到母合金； 将得到的母合金破碎成小块后， 装到开口的石英玻璃管 中， 置于铸造设备的感应线圈中； 空气气氛中， 将熔化后的合金液喷到转速为20 m/s的铜辊 上制备出连续非晶条带。 0018 将。

15、所得的连续非晶条带在700 K去应力退火600 s。 0019 实施例2 以纯度为99.5%以上的纯Fe、 纯B、 纯Si和Fe-P合金为原料， 按照Fe76Si9B10P2合金组分中 的元素及其原子百分含量配制原料， 将配称量好的原料放在高频感应熔炼炉或电弧炉中， 在纯氩气进行熔炼得到母合金； 将得到的母合金破碎成小块后， 装到开口的石英玻璃管中， 置于铸造设备的感应线圈中； 空气气氛中， 将熔化后的合金液喷到转速为40 m/s的铜辊上 制备出连续非晶条带。 0020 将所得的连续非晶条带在700 K去应力退火600 s。 0021 采用X射线衍射法确定本对比与实施例中的条带均为非晶态结构 。

16、（图1） 。 0022 用高温差示扫描量热法测量以上所得的连续非晶条带的热力学参数。 以40 K/min 的升温速率加热连续非晶条带使其熔化， 记录晶化温度(Tx) （图2） 。 0023 用振动样品磁强计(VSM)测试退火后得到的以上非晶条带的饱和磁感应强度Bs （图3） 。 0024 用B-H仪测量以上退火条带的矫顽力 （Hc） 和1 kHz时的磁导率 （e） 。 0025 得到如下结果 （表1） ， 可以发现， 采用本申请所述方法， 相比对比例， 实施例降矫顽 力从1.6 A/m降低到了0.9 A/m， 且其饱和磁感应强度从1.51 T上升到了1.59 T。 这充分验 证了本申请方法的有效性。 特别是Fe76Si9B10P3合金具有最小的矫顽力0.9 A/m和较高的饱 和磁感应强度以及最大的磁导率。 0026 。 说明书 3/3 页 5 CN 112143985 A 5 图1 说明书附图 1/3 页 6 CN 112143985 A 6 图2 说明书附图 2/3 页 7 CN 112143985 A 7 图3 说明书附图 3/3 页 8 CN 112143985 A 8 。