專利名稱：：一種鐵基非晶薄帶及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種非晶態(tài)合金，特別涉及一種鐵基非晶薄帶及其制造方法。
背景技術(shù)：
：通過快速凝固方式制備得到的非晶合金因其不具備長程原子有序結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致非晶合金具有獨(dú)特的力學(xué)性能、磁學(xué)性能、耐蝕性能和電性能等。因此，非晶合金材料的研究成為材料研究領(lǐng)域中重要的一個(gè)。而非晶合金中的鐵基非晶材料因其優(yōu)異的磁學(xué)性能和低廉的成本使其被廣泛應(yīng)用于各種變壓器、電磁換能元件等
技術(shù)領(lǐng)域：
。目前。中頻變壓器鐵芯，使用頻率從400Hz到20kHz，其可用作航空電源變壓器，鐵路控制系統(tǒng)變壓器、機(jī)械零件淬火設(shè)備變壓器、激光電源變壓器、逆變電源變壓器等。它要求變壓器鐵芯材料有高飽和磁感，這樣可以大大減輕設(shè)備重量、縮小體積；低損耗來降低變壓器溫升等。而變壓器中的硅鋼片雖然具有較高的飽和磁感(2.0T)，但是它的中頻損耗大，能耗高，不適于中頻變壓器。而非晶合金在中頻的損耗小，有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，只是飽和磁感小于硅鋼，且市面上使用的非晶合金(如1K101)，其成分多含有貴金屬，使其制造成本很高，難以大范圍推廣。所以，開發(fā)出新的非晶合金，使其具有高飽和磁感和低中頻損耗，能成為變壓器鐵芯材料才是研究重點(diǎn)。鑒于上述原因，因此，迫切需要出現(xiàn)一種成本低廉，韌性好，工藝簡單，并且具有超高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和低中頻損耗的鐵基非晶薄帶。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種成本低廉，韌性好，工藝簡單，具有超高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和低中頻損耗的鐵基非晶薄帶。來解決現(xiàn)行市面上的變壓器鐵芯材料制造成本過高的問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種鐵基非晶薄帶，其中，所述鐵基非晶薄帶的成分按照原子個(gè)數(shù)百分比計(jì)，其化學(xué)成分表達(dá)方式為，F(xiàn)eaSibB。CdAle，其中a、b、c、d、e的原子百分比含量分別為76《a《85，3《b《10，7《c《13，0.01《d《2，0.01《e《1，且a+b+c+d+e=100。c+d優(yōu)選為10.514，c+e優(yōu)選為9.512.5。所述鐵基非晶薄帶的化學(xué)成分表達(dá)式優(yōu)選為F^SiAC^Al^或Fe80Si9B10C0.5A10.5。所述鐵基非晶薄帶的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs不小于1.5T。所述鐵基非晶薄帶顯示出低屈服強(qiáng)度，在其發(fā)生彈性形變的過程中，可作180°彎折不折斷。所述鐵基非晶薄帶的厚度為2428微米，寬度為915毫米。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種鐵基非晶薄帶的制造方法，其中，包括如下步驟步驟一，按化學(xué)成分配比配置母合金，步驟二、熔煉步驟一所得的母合金，步驟三、重熔步驟二所得的合金、并甩帶制成非晶薄帶，步驟四、對(duì)步驟三所得非晶薄帶進(jìn)行熱處理，步驟五、對(duì)步驟四獲得產(chǎn)品進(jìn)行性能檢測(cè)。操作所述步驟一時(shí)，按照權(quán)利要求1所述的鐵基納米晶薄帶的目標(biāo)成分所需的原子個(gè)數(shù)計(jì)算出與之相應(yīng)的原料，并使用物理天平進(jìn)行稱量，配制出FeaSibB。CdAle的母合金；操作所述步驟二時(shí)，將步驟一所得的母合金投入中頻真空感應(yīng)爐中熔融，熔融過程中，調(diào)節(jié)抽真空度至35X10—3pa，充入壓力0.040.07Mpa氬氣保護(hù)氣體，調(diào)節(jié)電流控制熔融溫度在1150140(TC，熔煉時(shí)間512分鐘后隨爐冷卻取出制得的FeaSibB。CdAle母合金合金錠；操作所述步驟三時(shí)，將步驟二所得合金錠采用單輥極冷方式制成非晶薄帶，噴帶溫度為12001300。C，輥面線速度為3540m/s，操作所述步驟四時(shí)，將得到的非晶薄帶巻繞成外徑為2.5cm，內(nèi)徑為lcm的圓環(huán)，將圓環(huán)放在熱處理爐中，在300-38(TC下保溫0.81.2小時(shí)；操作所述步驟五時(shí)，將步驟四所得鐵基非晶薄帶進(jìn)行性能檢測(cè)，通過檢測(cè)的即得到合格的鐵基非晶薄帶產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)本發(fā)明提供的鐵基非晶態(tài)合金薄帶，其按原子百分比的化學(xué)組成為FeaSibBcCdAle(at%)，76《a《85，3《b《10，7《c《13，0.01《d《2，0.01《e《1。選擇Fe基的原因是其具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，F(xiàn)e的原子百分比為7685最佳，小于75時(shí)，達(dá)不到我們所要求的高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，而大于原子百分比85時(shí)，不易形成非晶態(tài)合金。Si和B為非晶形成元素，Si含量為310為最佳，小于3時(shí)作用不明顯，而大于20則對(duì)非晶合金的磁性能傷害變大。另外，合金中添加了C元素，C為非晶形成元素，C的作用是提高薄帶的鑄造性，能夠提高冷卻基板與熔融合金液的浸潤性，有利于非晶薄帶的形成，提高成帶質(zhì)量。由于C的加入，即使Si含量減少也不會(huì)影響非晶的形成。所以Si的含量為310為最佳。B含量為713，少量添加B作用不明顯，而B原子百分比超過13時(shí)，易形成FeB相析出，不利于形成成分均勻的非晶帶材。Al是工業(yè)冶煉上用于除去氧、氮等雜質(zhì)的有效元素，通常工業(yè)鐵中均含有微量的Al(《0.5wt%)，其為雜質(zhì)相，不希望被大量添加。但是A1能提高合金的淬透性，固溶于以Fe為主相的BCC相中，使軟磁性合金電阻提高，鐵損降低。大量添加Al會(huì)使其飽和磁通密度惡化作用明顯，一般添加量小于4at^(見EP0271657)，考慮到其他原子間的相互作用，控制A1添加量在原子百分比1以內(nèi)為宜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、配方中舍棄貴重金屬元素，在不影響產(chǎn)品各項(xiàng)性能的基礎(chǔ)上，大大降低了產(chǎn)品的制造成本。2、經(jīng)本發(fā)明制造方法造出的鐵基納米晶薄帶，厚度為2428微米，寬度為915毫米。產(chǎn)品大小形狀遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有產(chǎn)品的大小，且韌性好，180度折彎依然不折斷。3、本發(fā)明的鐵基非晶薄帶具有超高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，其Bs不小于1.5T。圖1為本發(fā)明的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs隨Al含量變化圖2為本發(fā)明的鐵損(P2/20K)隨Al含量變化圖3為本發(fā)明的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs隨Al含量變化圖4為本發(fā)明的鐵損(P2/20K)隨Al含量變化圖5為本發(fā)明的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs隨C含量變化圖6為本發(fā)明的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs隨C含量變化具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。本發(fā)明提供了一種鐵基非晶薄帶，其中，鐵基非晶薄帶的成分按照原子個(gè)數(shù)百分比計(jì)，其化學(xué)成分表達(dá)方式為，F(xiàn)SibB。CdAle，其中a、b、c、d、e的原子百分比含量分別為76《a《85，3《b《10，7《c《13，0.01《d《2，0.01《e《1，且a+b+c+d+e=100。c+d優(yōu)選為10.514，c+e優(yōu)選為9.512.5，鐵基非晶薄帶的化學(xué)成分表達(dá)式優(yōu)選為FesoSigBgC^.5A10.s或Fe80Si9B10C0.5A10.5。鐵基非晶薄帶的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs不小于1.5T。鐵基非晶薄帶顯示出低屈服強(qiáng)度，在其發(fā)生彈性形變的過程中，可作180。彎折不折斷。鐵基非晶薄帶的厚度為2428微米，寬度為915毫米。實(shí)施例1將Fe，Si，硼鐵(24%)，C，Al按FeaSibB。CdAle化學(xué)成分比配置，其制造過程采用如下步驟步驟一，按化學(xué)成分配比配置母合金，步驟二、熔煉步驟一所得的母合金，步驟三、重熔步驟二所得的合金、并甩帶制成非晶薄帶，步驟四、對(duì)步驟三所得非晶薄帶進(jìn)行熱處理，步驟五、對(duì)步驟四獲得產(chǎn)品進(jìn)行性能檢測(cè)。操作所述步驟一時(shí)，按照FeaSibB。CdAle的目標(biāo)成分所需的原子個(gè)數(shù)計(jì)算出與之相應(yīng)的原料，并使用物理天平進(jìn)行稱量，配制出FeaSibB。CdAle的母合金；操作所述步驟二時(shí)，將步驟一所得的母合金投入中頻真空感應(yīng)爐中熔融，熔融過程中，調(diào)節(jié)抽真空度至35X10-3Pa，充入壓力0.040.07Mpa氬氣保護(hù)氣體，調(diào)節(jié)電流控制熔融溫度在11501400°C，熔煉時(shí)間512分鐘后隨爐冷卻取出制得的FeaSibB。CdAle母合金合金錠；操作所述步驟三時(shí)，將步驟二所得合金錠采用單輥極冷方式制成非晶薄帶，噴帶溫度為12001300。C，輥面線速度為3540m/s，操作所述步驟四時(shí)，將得到的非晶薄帶巻繞成外徑為2.5cm，內(nèi)徑為lcm的圓環(huán)，將圓環(huán)放在熱處理爐中，在34(TC下保溫1小時(shí)；操作所述步驟五時(shí)，將步驟四所得鐵基非晶薄帶進(jìn)行性能檢測(cè)，通過檢測(cè)的即得到合格的鐵基非晶薄帶產(chǎn)品。按實(shí)施例1的各項(xiàng)配比分出發(fā)明例和比較例，各發(fā)明例及比較例成分和測(cè)量結(jié)果見表一<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表一表一中，比較例成分為市售非晶合金1K101，及不含A1、不含C的成分。由表一可以看出，本發(fā)明例的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大于市售1K101，且聯(lián)合添加Al和C的磁性效果好于單獨(dú)添加A1、C。實(shí)施例2鐵基非晶薄帶按化學(xué)成分Fe82Si5.5Bn.5—eQAle(e《1)進(jìn)行配比，將配比得到的合金按照實(shí)施例1的方法處理，測(cè)量其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs和鐵損P2/20k。其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs隨Al含量的變化如圖1所示，鐵損隨Al含量的變化如圖2所示。從圖1圖2可以看出，Al添加量控制在原子百分比1內(nèi)為宜。實(shí)施例3鐵基非晶薄帶按化學(xué)成分Fes。SiA卜eC2Ale(e《1)進(jìn)行配比，將配比得到的合金按照實(shí)施例1的方法處理，測(cè)量其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs和鐵損P2/20k。其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs隨A1含量的變化如圖3所示，鐵損隨A1含量的變化如圖4所示。從圖3圖4可以看出，添加Al飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs明顯增加，且Bs隨Al含量的增加而增加；添加Al的合金的鐵損明顯比不添加Al的降低，并且隨A1含量的增加而降低。實(shí)施例4鐵基非晶薄帶按化學(xué)成分Fes。SiA。.5—dCdA1Q.5(d《2)進(jìn)行配比，將配比得到的合金按照實(shí)施例1的方法處理，測(cè)量其自由面的表面粗糙度Rf，測(cè)量結(jié)果見表二<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表二對(duì)表二中的配比，測(cè)量其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs。其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs隨C含量的變化如圖5所示，從圖5中可以看出，C的原子百分比在控制在2內(nèi)為宜。實(shí)施例5鐵基非晶薄帶按化學(xué)成分F^SieB^CdAlJd《2)進(jìn)行配比，將配比得到的合金按照實(shí)施例1的方法處理，測(cè)量其自由面的表面粗糙度Rf，測(cè)量結(jié)果見表三<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表三對(duì)表三中的配比，測(cè)量其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs。其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs隨C含量的變化如圖6所示。由表三中數(shù)據(jù)及圖6可以看出添加C后飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs明顯增加，且Bs隨C含量的增加而增加；添加C的合金的自由面表面粗糙度明顯比不添加C的小，C的添加可以使帶材表面光潔，提高帶材質(zhì)量。實(shí)施例6鐵基非晶薄帶按FSibB。CdAle化學(xué)成分進(jìn)行配比，將配比得到的合金按照實(shí)施例l的方法處理，做由薄帶接觸輥面一側(cè)向外做180。彎折實(shí)驗(yàn)。合金成分及其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表四合金成分(原子百分比)180°彎折結(jié)果Fe80Si9B10C0.5Al0.5未斷FesoSigBgCuAlo.;;未斷Fe82^i5.5^0.未斷，但折痕明顯已斷未斷Fe80Si7B10.7C2A10.3未斷表四綜上所述，可以看出本發(fā)明軟磁性能優(yōu)異，且制造成本低廉，制得的鐵基非晶薄帶韌性好，寬度大。其完全可以作為中頻變壓器鐵芯的替換材料，適宜大范圍制造成產(chǎn)。8權(quán)利要求一種鐵基非晶薄帶，其特征在于，所述鐵基非晶薄帶的成分按照原子個(gè)數(shù)百分比計(jì)，其化學(xué)成分表達(dá)方式為，F(xiàn)eaSibBcCdAle，其中a、b、c、d、e的原子百分比含量分別為76≤a≤85，3≤b≤10，7≤c≤13，0.01≤d≤2，0.01≤e≤1，且a+b+c+d+e＝100。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鐵基非晶薄帶，其特征在于，c+d優(yōu)選為10.514，c+e優(yōu)選為9.512.5。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鐵基非晶薄帶，其特征在于，所述鐵基非晶薄帶的化學(xué)成分表達(dá)式優(yōu)選為Fe80Si9B9C15A105或Fe80Si9B10C05A105。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述鐵基非晶薄帶，其特征在于，所述鐵基非晶薄帶的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs不小于1.5T。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述鐵基非晶薄帶，其特征在于，所述鐵基非晶薄帶顯示出低屈服強(qiáng)度，在其發(fā)生彈性形變的過程中，可作180°彎折不折斷。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述鐵基非晶薄帶，其特征在于，所述鐵基非晶薄帶的厚度為2428微米，寬度為915毫米。7.—種如權(quán)利要求1-6任一所述鐵基非晶薄帶的制造方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一，按化學(xué)成分配比配置母合金，步驟二、熔煉步驟一所得的母合金，步驟三、重熔步驟二所得的合金、并甩帶制成非晶薄帶，步驟四、對(duì)步驟三所得非晶薄帶進(jìn)行熱處理，步驟五、對(duì)步驟四獲得產(chǎn)品進(jìn)行性能檢測(cè)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述鐵基非晶薄帶的制造方法，其特征在于，操作所述步驟一時(shí)，按照權(quán)利要求1所述的鐵基納米晶薄帶的目標(biāo)成分所需的原子個(gè)數(shù)計(jì)算出與之相應(yīng)的原料，并使用物理天平進(jìn)行稱量，配制出FeaSibB。CdAle的母合金；操作所述步驟二時(shí)，將步驟一所得的母合金投入中頻真空感應(yīng)爐中熔融，熔融過程中，調(diào)節(jié)抽真空度至35X10—3pa，充入壓力0.040.07Mpa氬氣保護(hù)氣體，調(diào)節(jié)電流控制熔融溫度在1150140(TC，熔煉時(shí)間512分鐘后隨爐冷卻取出制得的FeaSibB。CdAle母合金合金錠；操作所述步驟三時(shí)，將步驟二所得合金錠采用單輥極冷方式制成非晶薄帶，噴帶溫度為12001300。C，輥面線速度為3540m/s，操作所述步驟四時(shí)，將得到的非晶薄帶巻繞成外徑為2.5cm，內(nèi)徑為lcm的圓環(huán)，將圓環(huán)放在熱處理爐中，在300-38(TC下保溫0.81.2小時(shí)；操作所述步驟五時(shí)，將步驟四所得鐵基非晶薄帶進(jìn)行性能檢測(cè)，通過檢測(cè)的即得到合格的鐵基非晶薄帶產(chǎn)品。全文摘要本發(fā)明公開了一種鐵基非晶薄帶，其中，鐵基非晶薄帶的成分按照原子個(gè)數(shù)百分比計(jì)，其化學(xué)成分表達(dá)方式為，F(xiàn)eaSibBcCdAle，其中a、b、c、d、e的原子百分比含量分別為76≤a≤85，3≤b≤10，7≤c≤13，0.01≤d≤2，0.01≤e≤1，且a+b+c+d+e＝100。c+d優(yōu)選為10.5～14，c+e優(yōu)選為9.5～12.5，其化學(xué)成分表達(dá)式優(yōu)選為Fe80Si9B9C1.5Al0.5或Fe80Si9B10C0.5Al0.5。鐵基非晶薄帶的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs不小于1.5T。且能顯示出低屈服強(qiáng)度，在其發(fā)生彈性形變的過程中，可作180°彎折不折斷。本發(fā)明軟磁性能優(yōu)異，且制造成本低廉，制得的鐵基非晶薄帶韌性好，寬度大。其完全可以作為中頻變壓器鐵芯的替換材料，適宜大范圍制造成產(chǎn)。文檔編號(hào)C22C45/02GK101787500SQ20091025071公開日2010年7月28日申請(qǐng)日期2009年12月9日優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日發(fā)明者龐靖,李楠,秦振武,鄒永清申請(qǐng)人:青島云路新能源科技有限公司