一種鐵基非晶合金及其用圖
【技術領域】
[0001] 本發明設及鐵基非晶合金技術領域，具體而言，設及一種鐵基非晶合金及其用途。
【背景技術】
[0002] 非晶合金是一類具有特殊原子排布結構的金屬合金。與傳統金屬合金的原子在空 間中周期排布，具備長程有序的晶態結構不同，金屬玻璃結構不具有周期性和平移對稱性， 僅僅由于原子間的相互關聯作用，在1~2nm范圍內存在短程序特征，而正是由于該獨特的 原子無序排列，使得它具有優異的力學、物理和化學性能。
[0003] 鐵基非晶合金作為其中一類重要的非晶合金，不僅具有一般非晶合金所具有的特 點，且大部分鐵基非晶合金還具有優異的軟磁性能，在磁性材料中獲得了廣泛的應用；同 時，最重要的是自然界中鐵的資源豐富、制備非晶時要求真空度低等特點使得材料成本和 制備成本低，容易獲得推廣使用。
[0004] CN101492794B報道了一種"鐵基非晶態材料及其用途"，該鐵基非晶材料的原子 百分比組成式為：Fei。。abCde化a化bPJdDe，其中，a為0. 5-8,b為5-26,C為3-15,d為8-20 且e為0-8 ;T為選自B、C和Si中的一種或多種，D為選自Y、V、Zr、Mo、Nb、Cu、Al、Ga、Sn、 W和Mn中的五種或更少。該鐵基非晶材料不僅含有Ni等貴金屬，而且Ni、P都是有毒元素， 推廣應用受到限制。
[0005] 因此，目前現有技術依然需要成本低廉，非晶形成能力較好，同時具有多種用途的 鐵基非晶合金材料。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的技術問題在于，提供一種成本低、非晶形成能力較好、可用于制 備耐磨涂層的鐵基非晶合金。 陽007] 為此，本發明的技術方案如下：
[0008] 一種鐵基非晶合金，所述鐵基非晶合金的組成為： 陽00引FeiQQabCde化aNbbBeCdSieXf,
[0010] 其中，a、b、c、d、e、f為各組分的原子百分含量，且滿足a為3. 5~12. 5，b為1. 8~ 3. 5,C為 16. 0 ~17. 5,d為 2. 9 ~4. 8,e為 0. 5 ~0. 9,f為 0 ~5. 6 ; W11]X為Mo、Cu、W、Mn中至少一種，Xf的組成為：Mo"CUxWyMn,， 陽01引其中，W、X、y、Z為各組分的原子百分含量，且滿足W為0~3. 5,X為0~2. 7,y為0~3.0,Z為0~1.5。
[0013] 在該鐵基非晶合金原料成分中，B、C均為類金屬元素，在降低非晶合金的臨界冷 卻速率外，主要用于形成非晶合金，并且B、C均為重要的耐磨相形成元素；Si、Mn元素均具 有聯合脫氧和固溶強化作用，可W降低烙點，提高烙融金屬流動性，提高非晶形成能力；化、 Nb、Mo、W能夠提高非晶合金的非晶形成能力、抗氧化性能和釋放非晶合金帶材的應力，同時 也是強碳化物形成元素；而化可W促使各組分的融合更加充分，提高初性。
[0014] 優選地，所述化原子的原子百分含量a為3. 3~8. 5。
[0015] 優選地，所述Nb原子的原子百分含量b為2. 5~3. 1。
[0016] 優選地，所述B原子的原子百分含量C為16. 7~17. 3。
[0017] 優選地，所述C原子的原子百分含量d為3. 3~4. 2。
[0018] 優選地，所述Si原子的原子百分含量e為0. 7~0. 8。
[0019] 所述化原子來源于銘鐵合金，所述Nb原子來源于妮鐵合金，所述B原子來源于棚 鐵合金，所述Mo原子來源于鋼鐵合金，所述C原子、所述Si原子、所述化原子、所述W原子 和所述Mn原子分別來源于純碳，純娃，純銅，純鶴和純儘。其中，化原子、Nb原子、B原子和 Mo原子采用鐵合金代替高純元素的加入，大幅降低了合金成本。
[0020] 所述鐵基非晶合金能夠制成帶材或粉末材料。
[0021] 所述帶材的用途選自變壓器線圈和電磁材料，所述粉末材料的用途選自熱噴涂和 堆焊。
[0022] 本發明所述的鐵基非晶合金制備方法沒有特別的限制，本領域技術人員可W根據 最終材料的具體形式選擇合適的制備方法，如上所述，鐵基非晶合金其材料的形式可W形 成為多種形式，其中包括但不限于粉末材料、帶材等，對于每一種形式的材料，現有技術均 有已知的制備技術；本領域技術人員能夠將上述已知的制備技術用于本發明中的材料制 備，而且本領域技術人員也能夠采用上述方法之外的適當方法來實現本發明中的材料。
[0023] 與現有技術相比，該鐵基非晶合金中部分組分采用合金代替高純元素按一定配方 比例利用常規非晶合金制備方法即可制備而成，制備工藝簡單，大幅降低成本，并且制備出 的鐵基非晶合金含有一系列耐磨相組元，可制成耐磨涂層，應用于表面工程領域，達到表面 耐磨損效果。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發明實施例1~6制得的非晶條帶樣品的X射線衍射圖；
[0025] 圖2是本發明實施例1和5制得的非晶粉末的X射線衍射圖；
[0026] 圖3是本發明實施例1~6制得的合金錠樣品的X射線衍射圖；
【具體實施方式】
[0027] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述。需要說明的是，在不 沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可W相互組合，即W下實施例僅出于舉 例說明的目的。 陽〇2引（一）合金樣品稱量
[0029] W如下表1所示的實施例1~6中鐵基非晶合金的配方進行稱量，其中制備目 標鐵基非晶合金的原料選自：99. 9wt. %化、99. 9wt. %C、99. 8wt. %Mn、99. 9wt. %化、 99. 9wt. %Si、99. 9wt. %W、銘鐵合金、妮鐵合金、棚鐵合金和鋼鐵合金。
[0030] 表1 :鐵基非晶合金中各元素的原子百分數
[0031]
[0032](二）合金錠的烙煉：
[0033] 將稱量的金屬原料混合，放入非自耗電弧烙煉爐的水冷銅相蝸內，在純氣氣保護 下進行合金烙煉，反復烙煉3次，得到成分均勻的合金錠。
[0034] (S)鐵基非晶合金帶材及粉末材料的制備：
[0035] (1)鐵基非晶合金帶材的制備：
[0036] 將合金錠破碎后放入石英管中，石英管噴嘴尺寸為：長SmmX寬1mm。將裝料后的 石英管置于感應加熱線圈中，運用真空銅漉甩帶技術，在高純氣氣保護下，將合金試料烙化 并噴射到旋轉線速度為40m/s的水冷銅漉上，獲得合金條帶樣品。合金條帶的典型尺寸為： 寬 3mmX厚 60Jim。
[0037] 其中，帶子的寬度與厚度可W通過甩帶工藝參數（例如銅漉轉速、石英管噴嘴尺 寸W及噴嘴-銅漉間的距離等）調節。
[0038] (2)鐵基非晶合金粉末材料的制備：
[0039] 將金屬原料在感應爐中烙化、精煉后，烙化的金屬液體倒入保溫相蝸中，并進入導 流管和噴嘴，此時烙體流被高壓氣體流所霧化。霧化后的金屬粉末在霧化塔中進行凝固、沉 降，落入收粉罐中。 W40] 性能測試：
[0041] 通過X射線衍射狂RD)方法檢測鐵基合金錠、條帶樣品和粉末樣品的相組成并利 用維式硬度計測量合金錠的硬度。
[0042](一）組織結構分析：
[0043] 利用德國生產的型號為化址erDWocusX的射線衍射儀（化K。福射，A= 0. 15406nm)對實施例1~6制備而成的合金錠、合金條帶和粉末分別進行組織結構分析： W44] 如圖1所示，根據實施例1~6各原子百分比制備的帶材X畑衍射圖上有明顯的 漫散射峰，在衍射儀的有效分辨率內沒有觀察到明顯的代表晶化相的布拉格衍射峰，說明 所得到的條帶樣品為非晶態。如圖2所示，實施例1和5制備得到的粉末XRD圖也是典型 的非晶曲線，說明所得到的粉末樣品為非晶態。 W45] 由圖3合金錠的X畑圖譜可知，實施例1~6制備而成的合金錠中分別含有NbC和化2B硬質相W及a-Fe為基體的組織結構。
[0046](二）合金錠維氏硬度的測量：
[0047] 利用華銀HV-1000 A維式硬度計，在載荷為200g，加載時間IOs的條件下，對實施例 I~6制備而成的合金錠的維氏硬度進行了測量，結果如下表2所示： W4引表2 :實施例1~6合金錠維氏硬度
[0049]
[0050] 涂層的耐磨性與硬度和組織結構密切相關，上述六個實施例中成分合金錠的維氏 硬度均在HV1100左右，最高的可達HV1179,而且合金錠中含有硬質合金相（NbC和化zB 相）W及具有初性的a-Fe基體相，運都表明本發明提供的鐵基非晶合金可滿足耐磨涂層 的硬度和組織結構要求。
[0051] 綜上所述，本發明的內容并不局限在上述的實施例中，本領域的技術人員可W在 本發明的技術指導思想之內提出其他的實施例，但運種實施例都包括在本發明的范圍之 內。
【主權項】
1. 一種鐵基非晶合金，其特征在于，所述鐵基非晶合金的組成為： Fei〇〇 abed eCraNbbBc CdSieXf, 其中，a、b、c、d、e、f為各組分的原子百分含量，且滿足a為3. 5~12. 5, b為I. 8~ 3. 5, c 為 16. 0 ~17. 5, d 為 2. 9 ~4. 8, e 為 0? 5 ~0? 9, f 為 0 ~5. 6 ; X 為 Mo、Cu、W、Mn 中至少一種，Xf的組成為：Mo wCuxWyMnz， 其中，w、x、y、z為各組分的原子百分含量，且滿足w為0~3. 5，x為0~2. 7，y為0~ 3. 0, z 為 0 ~1. 5〇2. 根據權利要求1所述的鐵基非晶合金，其特征在于，所述Cr原子的原子百分含量a 為 3. 3 ~8. 5〇3. 根據權利要求1所述的鐵基非晶合金，其特征在于，所述Nb原子的原子百分含量b 為 2. 5 ~3. 1〇4. 根據權利要求1所述的鐵基非晶合金，其特征在于，所述B原子的原子百分含量c為 16. 7 ~17. 3〇5. 根據權利要求1所述的鐵基非晶合金，其特征在于，所述C原子的原子百分含量d為 3. 3 ~4. 2〇6. 根據權利要求1所述的鐵基非晶合金，其特征在于，所述Si原子的原子百分含量e 為 0? 7 ~0? 8〇7. 根據權利要求1~7所述的鐵基非晶合金，其特征在于，所述Cr原子來源于鉻鐵合 金，所述Nb原子來源于鈮鐵合金，所述B原子來源于硼鐵合金，所述Mo原子來源于鉬鐵合 金，所述C原子、所述Si原子、所述Cu原子、所述W原子和所述Mn原子分別來源于純碳，純 硅，純銅，純鎢和純錳。8. 根據權利要求1~7中任一項所述的鐵基非晶合金，其特征在于，所述鐵基非晶合金 能夠制成帶材或粉末材料。9. 根據權利要求9所述的鐵基非晶合金，其特征在于，所述帶材的用途選自變壓器線 圈和電磁材料，所述粉末材料的用途選自熱噴涂和堆焊。
【專利摘要】本發明公開了一種鐵基非晶合金及其用途，該鐵基非晶合金組成為：Fe100-a-b-c-d-eCraNbbBcCdSieXf，其中，a、b、c、d、e、f為各組分的原子百分含量，且滿足a為3.5～12.5，b為1.8～3.5，c為16.0～17.5，d為2.9～4.8，e為0.5～0.9，f為0～5.6；X為Mo、Cu、W、Mn中至少一種，Xf的組成為：MowCuxWyMnz，其中，w、x、y、z為各組分的原子百分含量，且滿足w為0～3.5，x為0～2.7，y為0～3.0，z為0～1.5；該鐵基非晶合金中部分組分采用合金代替高純元素制備而成，采用現有制備工藝即可，制備方法簡單，大幅降低成本，并且制備出的鐵基非晶合金含有一系列耐磨相組元，可制成耐磨涂層，應用于表面工程領域，達到表面耐磨損效果，其可制備成用于變壓器線圈和電磁材料的帶材或用于熱噴涂和堆焊粉末材料。
【IPC分類】C22C45/02
【公開號】CN105154795
【申請號】CN201510474323
【發明人】李峰偉, 王益山, 杜平, 周俊然, 魏剛
【申請人】中國石油集團渤海鉆探工程有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月5日