一种低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金及其制备方法，该非晶合金的表达式为：Fe

【技术实现步骤摘要】
一种低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于低膨胀软磁材料领域，涉及了一种低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]机械电子设备中使用的电磁器件在冷热温差大的地区或特殊的热响应工程中，会由于热膨胀产生的形变而影响器件的正常使用。例如变压器铁芯材料，在寒冷的北方冬季时温度较低(～
‑
20℃)，在工作时温度却可能达到～90℃，热冷变形造成气隙损耗增大，超出用户原设计数据。而且，在一些易腐蚀环境下，传统的铁芯材料很容易发生腐蚀，导致屏蔽效果降低，软磁性能急剧下降。
[0003]而目前国内使用的软磁材料，常见的非晶纳米晶软磁牌号1k101(FeSiB)、1k107(FeSiBCuNb)的热膨胀系数～6.46*10
‑6，硅钢热膨胀系数～12.54*10
‑6。随着软磁材料的大规模应用，对于一些恶劣的工作环境(温差大、湿热盐雾、海水等)，越来越多的情况需要适应面更广的多功能软磁材料。
[0004]对于多功能软磁材料，非晶带材成为一个很可靠的候选者。相较晶体材料，非晶材料结构上长程无序，不存在常见的晶体结构缺陷，展现出较低的热膨胀系数，具有优异的软磁性能(低矫顽力、低损耗等)。如今非晶软磁材料已成为电子信息以及电力领域十分关键的基础材料。考虑到，当下的软磁材料(例如1k101、1k107)在被腐蚀后，饱和磁感应强度会存在明显的降低，而对于温差大的环境又容易形变，影响性能。因此开发新型的具备低热膨胀(即热膨胀系数小于2*10
‑6)耐腐蚀的软磁材料具有重要的应用前景和科学价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术公开了一种低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金及其制备方法，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金，所述低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金的表达式为：Fe
a
Co
b
M
c
B
d
,其中，60at％≤a≤92at％,0at％＜b≤24at％,5at％≤c≤15at％,2at％≤d≤8at％，a+b+c+d＝100％；所述M为Hf、Nb、Zr中的一种或多种；且软磁耐腐蚀铁基非晶合金为条带状。
[0007]进一步，所述低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金的表达式为：Fe
a
Co
b
M
c
B
d
,其中，65at％≤a≤85at％,5at％＜b≤23at％,6at％≤c≤12at％,3at％≤d≤7at％，a+b+c+d＝100％；所述M为Hf、Nb、Zr中的一种或多种。
[0008]进一步，其中，9≤b≤22，5.5≤c≤11.5，3≤d≤6.5。
[0009]进一步，所述低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金的在
‑
60℃～100℃温度区间内线膨胀系数为2*10
‑6以下；饱和磁感应强度Bs为1.3T
‑
1.8T；矫顽力Hc在25A/m以下，年腐蚀速率为0.00001mm/year以下。
[0010]进一步，当a＝75at％,b15at％,c10at％,d＝5at％时，所述软磁耐腐蚀铁基非晶
合金的表达式为：Fe
70
Co
15
M
10
B5,该低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金在
‑
60℃～100℃温度区间内线膨胀系数为0.05～0.50*10
‑6；在居里点温度的
‑
60～300℃温度区间内，保持稳定的热膨胀系数为
‑
2.81*10
‑6。
[0011]本专利技术的另一目的是提供一种制备上述的低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金的方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：
[0012]S1)按照非晶合金的表达式的Fe
a
Co
b
M
c
B
d
,的原子百分比分别称取各个原料，备用；
[0013]S2)将S1)中称取好的原料放入电弧熔炼炉中，先抽真空，再充入保护气体，待原料完全熔化后，再熔炼一定时间，得到成分均匀的合金锭；
[0014]S3)将S2)得到合金锭利用单辊熔体快淬法制备得到低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金的带材。
[0015]进一步，所述方法还包括测试步骤：
[0016]将S3)得到带材置于质量浓度为3.5wt.％的中性NaCl溶液中，分别经历100℃、200℃下，保温24h；以及经历100次循环热冲击实验后热膨胀系数仍保持稳定(
‑
196℃至100℃)。
[0017]进一步，所述S2)中的真空度为低于2X10
‑3Pa；保护气氛为氮气或者氩气作为，再熔炼时间为5～30分钟。
[0018]进一步，所述S3)的具体步骤为：
[0019]S3.1)将S2)获得的合金锭破碎成小块合金，清洗后装入下端开口的石英玻璃管中，然后置于甩带设备的感应线圈中；
[0020]S3.2)抽真空至2
×
10
‑3Pa后充入高纯氩气作为保护气体，调节电流加热至一定温度使合金完全熔化后，利用气压差将熔融的合金液喷射到以一定线速度转动的铜辊表面，制得连续的低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金的带材。
[0021]进一步，所述温度控制在1200
‑
1400℃，铜辊表面线速度为30
‑
55m/s，带材的厚度为10
‑
30μm,带材的宽度为1
‑
3mm。
[0022]一种低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金的带材，所述低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金的带材采用上述的方法制备得到。
[0023]综上所述，本专利技术的有益技术效果在于能够同时获得低热膨胀、高耐蚀性以及优异软磁性能，能够作为电磁器件材料在恶劣的环境中，如温度变化大、海水腐蚀等情况使用。与现有的铁基软磁非晶合金相比，当Fe元素含量适当降低(小于85％)，提高了所制备的非晶态软磁合金成形性、形成能力和热稳定性能；Co元素可以调控材料的非晶形成能力、矫顽力、耐腐蚀性，更为关键的是可以对材料的居里温度与热膨胀性能产生影响，其含量低于7％时，居里温度、非晶形成能力、耐腐蚀性将显著下降，其含量高于25％时，热膨胀系数将显著上升；通过过渡元素的添加，使得材料的耐腐蚀性能得到了很大的提升；B元素作为小半径非金属元素可以提高非晶形成能力和稳定性，其含量低于3％时，非晶软磁材料的热稳定性变差和成形性降低，难以满足变压器铁芯的工作温度，但是当B含量高于12原子％时，其含量的再增加基本上对合金非晶化已经没有太大的贡献，反而会降低合金的磁饱和强度；同时Fe、Co元素共同影响热膨胀系数与热膨胀温区，Fe含量低于60％，热膨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金，其特征在于，所述低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金的表达式为：Fe
a
Co
b
M
c
B
d
,其中，60at％≤a≤92at％,0at％＜b≤24at％,5at％≤c≤15at％,2at％≤d≤8at％，a+b+c+d＝100％；所述M为Hf、Nb、Zr中的一种或多种；且软磁耐腐蚀铁基非晶合金为条带状。2.根据权利要求1所述的低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金，其特征在于，所述低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金的表达式为：Fe
a
Co
b
M
c
B
d
,其中，65at％≤a≤85at％,5at％＜b≤23at％,6at％≤c≤12at％,3at％≤d≤7at％，a+b+c+d＝100％；所述M为Hf、Nb、Zr中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金，其特征在于，所述低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金的在
‑
60℃～100℃温度区间内线膨胀系数为2*10
‑6以下；饱和磁感应强度Bs为1.3T
‑
1.8T；矫顽力Hc在25A/m以下，年腐蚀速率为0.00001mm/year以下。4.根据权利要求1或2所述的低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金，其特征在于，当a＝75at％,b15at％,c10at％,d＝5at％时，所述软磁耐腐蚀铁基非晶合金的表达式为：Fe
70
Co
15
M
10
B5,该低热膨胀的软磁耐腐蚀铁基非晶合金在
‑
60℃～100℃温度区间内线膨胀系数为0.05～0.50*10
‑6；在居里点温度的
‑
60～300℃温度区间内，保持稳定的热膨胀系数为
‑
2.81*10
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【专利技术属性】
技术研发人员：邢献然，林鲲，董续雨，李国栋，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：