一種具有耐蝕性的鐵基非晶態軟磁合金及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及非晶軟磁合金技術領域，具體涉及一種具有耐蝕性的鐵基非晶態軟磁 合金及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 鐵基非晶態軟磁合金由于具有商磁飽和強度、商初始磁導率、低矯頑力和鐵損等 特點被認為是最具有發展前景的軟磁材料。目前，鐵基非晶態軟磁材料主要應用于變壓器、 觸電保護器、開關電源、脈沖變壓器、傳感器、磁屏蔽、高功率密度的變速電動機、發電機的 定子及轉子等。用作變壓器磁芯可使其空載鐵損降低70%以上，被世界自然保護基金組織 確定為"一項很有希望的防止環境溫室效應節能新材料"，而在用于變壓時，相對于硅鋼片 (2. 0T)而言，鐵基非晶態軟磁材料的磁飽和強度相對較低(例如Fe78Si9B13為I. 56T)，針 對此問題，世界各國科研人員做了很大的努力。
[0003] 日立金屬株式社會申請的中國專利CN 1721563A公開了一種具有高磁飽和強度的 Fe-Si-B-C合金；日本專利JP5-140703A公開了一種具有高磁通密度的鐵基非晶太軟磁合 金Fe-Si-B-C-Sn，目的適用于變壓器中替代傳統的Fe-Si-B系非晶態合金。但是，在隨著 電力電子技術的發展，上述鐵基非晶態合金在使用過程中共同突出的一個問題就是耐蝕性 差，特別是傳統的Fe-Si-B系非晶態合金。傳統的Fe-Si-B系非晶態合金隨著使用時間的 延長，其屏蔽效果會降低，甚至難以滿足使用要求，通過分析得知，傳統的Fe-Si-B系非晶 態軟磁材料表面發生了嚴重的腐蝕現象，導致合金軟磁性能急劇下降；通過對以上論述和 分析可以看出現有技術存在的問題是：傳統的非晶態合金的耐腐蝕性較差，導致傳統的非 晶態合金的使用效果受到影響。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題是：提供一種具有耐蝕性的鐵基非晶態軟磁合金及其制 備方法。
[0005] 本發明的技術解決方案是：一種具有耐蝕性的鐵基非晶態軟磁合金，按原子百分 比計算，每摩爾合金中包括以下成分： Fe 76-80% Si 6-11% B 8-15% Cr 0. 5-5% 其中 Fe+Si+B+Cr=100%。
[0006] 采用以上方法與現有技術相比具有如下優點：對于傳統的Fe-Si-B合金而言， 通過添加 Cr元素使得合金的耐蝕性能得到了很大的提高，同時在Cr含量為3at. %時， 其表現出最佳的耐蝕性，經過環境腐蝕性測試得到添加 Cr元素為3at. %時的非晶態軟 磁合金的腐蝕速率0. 〇〇87g · m 2 · h \而傳統的Fe78Si9B13非晶態合金的腐蝕速率可達 I. 3562g · m2 · h \相比傳統的Fe-Si-B合金，其耐腐蝕性大大提高；同時Fe兀素含量低 于78 %時，合金中由于鐵磁性元素含量過低會造成合金的磁飽和率和強度會變低，當Fe元 素含量高于80%時，會導致所制備的非晶態軟磁合金成形性、形成能力和熱穩定性能下降； 而Si元素在非晶態合金中屬于非晶態形成元素，同時還可以提高合金的電阻率（Si元素在 合金中不導電)，可以降低合金的渦流損耗，但當Si含量超過9%時，反而會導致合金的形成 能力下降，成型性變差；B的含量在9%以上，可以顯著提高合金的非晶形成能力和穩定性， 其含量低于5%時，非晶軟磁材料的熱穩定性變差和成形性降低，難以滿足變壓器鐵芯的工 作溫度，但是當B含量高于18原子％時，其含量的再增加基本上對合金非晶化已經沒有太 大的貢獻，反而會降低合金的磁飽和強度；Cr元素 Cr元素是提高合金耐蝕性的主要添加元 素，同時，Cr元素的添加在一定程度上還可以增加合金的黏度，增加了合金的非晶形成能 力，但是，Cr元素屬于反磁性元素，添加會導致合金的磁飽和強度有所降低，在Cr元素的添 加含量不導致合金磁飽和強度顯著下降，能滿足工業要求的條件下，本發明優選添加的Cr 元素比例為0. 5-5%。
[0007] 作為優選，所述的Fe元素的含量為78~80%，Si的含量為7-9%，B的含量為9-13%， Cr的含量為2-4%，且所述的Fe+Si+B+Cr=100% ;在以上優選的原子數量百分比下，合金具有 較高的磁飽和強度，同時的本合金還具有良好的成形性、和熱穩定性，且本合金還具有良好 的耐蝕性能，提實現了本發明的目的：的耐蝕性能和滿足工業需求的軟磁性的結合。
[0008] 本發明針對這一具有耐蝕性的鐵基非晶態軟磁合金的制備方法如下： 步驟1，按原子百分比Fe為76-80%，Si為6~11%，B為11~15%，Cr為0. 5~5%，且 Fe+Si+B+Cr=100%的配比方式將原料進行混合形成母料； 步驟2,將步驟1中的母料放入電弧爐中銅模中，并對電弧爐腔體進行抽真空，當真空 度為6. 0*10 3MPa時，關閉擴散泵，充入純度為99. 99%的氬氣，開始熔煉操作； 步驟3,對關閉電弧爐進行冷卻，對母合金進行翻轉，然后繼續重復步驟2中的熔煉步 驟，進行4次操作； 步驟4,將經過步驟3操作后的母合金置于感應真空快淬設備腔體中銅感應線圈 中，并對感應真空快淬設備腔體進行抽真空，當真空度達到5. 0X10 3時，通入高純氬氣 (99. 99%)，設定腔體與控制閥之間的壓力差，進行感應加熱，當母合金發出白色光時，利用 預先設定的壓力差將熔融的金屬液噴射在高速旋轉的銅棍上，通過急冷制備成鐵基薄帶； 步驟5,對步驟4中的合金薄帶利用X射線衍射儀檢測其結構是否為非晶態合金結構； 步驟6,對步驟5中符合X射線衍射儀檢測標準的合金薄帶在350°C的條件下進行應力 退火，退火時間為IOmin ; 步驟7,對步驟6中退火之后的非晶態合金進行磁性能檢測，包括磁飽和強度、矯頑力 和初始磁導率； 步驟8,對步驟7中經過磁性能檢測后的非晶態合金在含3. 5%NaCl(什么百分比)，I mol HCl和Imol HN03制成的溶液中進行周期為一周的； 步驟9,通過經過步驟5后符合要求的非晶態合金放入含質量百分比為3. 5%NaCl溶液 中，I mol HCl的水溶液中利用電化學工作站對其進行電化學腐蝕，研究其腐蝕機理。
[0009] 按照這樣的操作帶來的好處是：本發明通過在Fe78Si9B 13非晶態軟磁合金中添加 一定原子百分比的Cr元素，使其耐蝕性能得到了大幅度提高，有望應用于磁屏蔽材料和電 力電子技術的其它方面；本發明中所添加的Cr元素價格低廉，不會導致合金成本的提高， 符合目前市場需求和工業生產要求；本發明實現了在具有相對且滿足使用要求的基本磁學 性能的同時，還提高了合金的耐蝕性，實現了磁性能和良好耐蝕性能的結合 作為優選，所述的步驟1中用于制成母料的Fe的純度為99. 99%，Si的純度為99. 999%， 硼鐵中硼含量為19. 62%，Cr的純度為99. 95%。
[0010] 作為優選，所述的步驟4中母合金感應融化后的熔融金屬液噴射在高速旋轉的銅 棍上具體是指在銅棍轉速為25~40m/s時，噴嘴距銅棍表面距離為0. 5~Imm且噴嘴壓力 為0. 04~0. 08Mpa，合金溶液通過噴嘴噴射到水冷銅棍表面。
[0011] 作為優選，所述的步驟4中母合金感應融化后的熔融金屬液噴射在高速旋轉的銅 棍上具體是指在銅棍轉速為30~35m/s時，噴嘴距銅棍表面距離為0. 8mm且噴嘴壓力為 0. 06Mpa，合金溶液通過噴嘴噴射到水冷銅棍表面。
【附圖說明】
[0012] 圖1為原子百分比Fe78(Sia4Ba6) 19Cr3的鐵基非晶態軟磁材料的XRD曲線； 圖2為原子百分比Fe78(Sia4Ba6)19Cr 3的鐵基非晶態軟磁材料的DSC曲線； 圖3為原子百分比Fe78(Sia4Ba6)19Cr 3的鐵基非晶態軟磁材料的VSM曲線； 圖4為原子百分比Fe78 (Sia4B。.6) 19Cr3的鐵基非晶態軟磁材料在ImolHCl中的陽極極化 曲線； 圖5為原子百分比Fe78(SiO. 4B0. 6) 19Cr3的鐵基非晶態軟磁材料在3. 5% NaCl中的 腐蝕一周之后的形貌圖片。
【具體實施方式】
[0013] 下面結合附圖1至5對本發明作進一步詳細地說明。
[0014] 在隨著電力電子技術的發展，上述鐵基非晶態合金在使用過程中共同突出的一個 問題就是耐蝕性差，特別是傳統的Fe-Si-B系非晶態合金表面發生很容易在潮濕的空氣中 出現嚴重的腐蝕現象，導致合金軟磁性能急劇下降。
[0015] 本發明針對這一情況設計出一種具有耐蝕性的鐵基非晶態軟磁合金，按原子百分 比計算，每摩爾合金中包括以下成