本發(fā)明屬于非晶合金材料，具體涉及一種超韌性fe-p-c系非晶軟磁合金薄帶及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、相較于傳統(tǒng)的硅鋼電力變壓器，采用鐵基非晶材料制造的變壓器在能效方面表現(xiàn)出令人矚目的卓越性能。這一顯著優(yōu)勢(shì)源于非晶合金獨(dú)特磁學(xué)特性，包括極低的矯頑力( hc)、超高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度( bs)、高效的有效磁導(dǎo)率( μe)以及顯著降低的能耗損失。然而，當(dāng)前許多鐵基非晶合金配方中融入了較高比例的非磁性非晶形成元素，如al、ga、nb、mo、y等，這些元素的引入在一定程度上削弱了合金的磁性能；另一方面，不可避免地增加了材料的制造成本。

2、目前，應(yīng)用較為廣泛的非晶態(tài)軟磁材料—1k101，其化學(xué)構(gòu)成以fe、si、b為核心元素，并融入了cu、ni、mo等微量合金化元素。然而，在技術(shù)規(guī)格層面，該材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.32~1.56?t，相較于美國(guó)allied公司同類(lèi)產(chǎn)品，其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值略顯不足。此外，國(guó)產(chǎn)1k101非晶軟磁材料還面臨著脆性顯著、韌性不足及加工性能受限等挑戰(zhàn)，這些因素共同制約了其在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用潛力。因此，開(kāi)發(fā)出一種成本低廉、同時(shí)兼具優(yōu)異塑韌性及良好熱穩(wěn)定性的新型非晶軟磁合金，顯得尤為迫切與重要。

3、非晶軟磁材料中除了傳統(tǒng)的fe-si-b體系，fe-p-c系非晶合金也展現(xiàn)出了優(yōu)異的軟磁性能，如rastogi等人于1970年研究的fe75p15c10合金（ pk?rastogi?and?p?duwez， journal?of?non-crystalline?solids,?1970,?5:1-16）、masumoto等人于1975年研究的fe80p15c5合金（ t?masumoto?and?h?kimura，journal?of?the?japan?institute?of?metals? and?materials,?1975,?39(3):273-280）以及wang等人于2011年研究的fe80p11c9合金（ jf? wang,?r?li,?et?al.?scripta?materialia,?2011,?65(6):536-539）。但對(duì)于現(xiàn)有的fe-p-c系非晶合金，fe含量通常被控制在80?at.%或更低，其 bs值在1.31~1.56?t之間， hc值在3.3~16.4?a/m之間。

4、因此，研發(fā)一種成分更精簡(jiǎn)、磁性能卓越且兼顧工業(yè)成本效益的新型鐵基非晶合金，將進(jìn)一步推動(dòng)變壓器能效的提升，為實(shí)現(xiàn)綠色、低碳的能源轉(zhuǎn)換與傳輸系統(tǒng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中fe-p-c系非晶合金材料在磁感應(yīng)強(qiáng)度、材料脆性以及成本方面的不足，本發(fā)明提供了一種超韌性fe-p-c系非晶軟磁合金薄帶及其制備方法，這種fe-p-c系非晶軟磁合金薄帶不僅具備更高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，還擁有良好的塑韌性，同時(shí)在成本效益上也具有明顯優(yōu)勢(shì)。

2、本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種超韌性fe-p-c系非晶軟磁合金薄帶，所述的fe-p-c系非晶軟磁合金薄帶成分為fexpycz，x、y、z代表各元素的原子百分比，82＜x＜85，8＜y＜12，5＜z＜7，且x+y+z=100。

4、進(jìn)一步地，82.5≤x≤84。

5、進(jìn)一步地，所述的fexpycz為fe82.5p11.5c6、fe83p11c6、fe83.5p11c6或fe84p10.7c5.3。

6、進(jìn)一步地，所述的fe-p-c系非晶軟磁合金薄帶的厚度為23~26μm。

7、本發(fā)明中，所述的超韌性fe-p-c系非晶軟磁合金薄帶的制備方法，包括以下步驟：

8、（1）按照f(shuō)expycz所示的成分進(jìn)行配料；

9、（2）將步驟（1）中的配料在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行熔煉，冷卻后得到母合金錠。去除其表面的氧化皮，切塊。

10、（3）在氬氣氣氛下，利用單輥快淬法制備旋淬態(tài)合金薄帶；

11、（4）步驟（3）制備的旋淬態(tài)合金薄帶進(jìn)行真空退火處理，退火處理溫度為307~317℃，保溫時(shí)間為10~15min，獲得超韌性fe-p-c系非晶軟磁合金薄帶。

12、進(jìn)一步地，步驟（1）中所述的配料為fe、fe3p和c。

13、進(jìn)一步地，步驟（2）中熔煉溫度為1500~2000?℃，熔煉時(shí)間為15~20?min。

14、進(jìn)一步地，步驟（3）中單輥快淬法的操作方法為：將小塊的母合金錠置于石英管中進(jìn)行熔融，處于熔融狀態(tài)的金屬液噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輥表面，使其迅速冷卻，獲得合金薄帶。

15、進(jìn)一步地，噴射壓力為0.02?mpa，銅輥表面的線(xiàn)速度為40?m/s，石英管下端開(kāi)設(shè)直徑為0.7~0.8?mm的小孔。

16、進(jìn)一步地，步驟（4）中真空退火溫度低于非晶合金的初始晶化溫度，確保在去除內(nèi)應(yīng)力的同時(shí)保持合金條帶的非晶結(jié)構(gòu)。

17、一般來(lái)說(shuō)，隨著fe含量的增加，合金的 bs會(huì)增加，但同時(shí)會(huì)引起非晶形成能力的下降，尤其當(dāng)fe含量（或磁性元素總含量）超過(guò)80?at/%，鐵基非晶合金很難具有強(qiáng)的非晶形成能力。在具體實(shí)施例中，fe的含量為82.5~84?at.%，當(dāng)fe含量低于82.5?at.%, bs的值通常不會(huì)超過(guò)1.60?t；當(dāng)fe含量超過(guò)84?at.%,?合金體系的非晶形成能力會(huì)明顯降低，無(wú)法制備得到完全的非晶態(tài)合金。p和c作為非晶形成元素，在合金中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。具體而言，p的含量介于8~12?at.%，這一范圍不僅促進(jìn)了合金的非晶形成能力，更為合金的初始磁導(dǎo)率帶來(lái)了提升。而c含量控制在5~7?at.%，這樣的比例有助于優(yōu)化合金的軟磁性能，并有效降低其矯頑力。

18、本發(fā)明取得的有益效果：

19、（1）本發(fā)明的合金成分組元簡(jiǎn)潔而高效，既確保了非晶形成能力，又優(yōu)化了合金的軟磁性能；僅采用p和c作為類(lèi)金屬元素，避免了使用成本較高的鈮等元素，從而顯著降低了成本；同時(shí)將鐵元素含量提升至82?at.%以上，這一調(diào)整有效提高了合金的 bs，達(dá)到1.60~1.68?t，不僅顯著優(yōu)于傳統(tǒng)鐵基合金，如senntix（ bs=?1.30?t）、mg2605sa1（ bs=?1.56?t）、24kcp（ bs=?1.50?t）、ycp-1（ bs=?1.60?t）、metglas?2605sc（ bs=?1.60?t）以及finemet（ bs=1.24?t），也為其在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力提供了有力支撐。

20、（2）本發(fā)明在熱處理環(huán)節(jié)取得了重要突破。與現(xiàn)行常規(guī)工藝相比，所需溫度降低了5％~10％，同時(shí)處理時(shí)間也縮短了60％；這一改進(jìn)有效避免了因高溫退火可能導(dǎo)致的材料脆化問(wèn)題。通過(guò)精確控制在較低溫度短時(shí)間內(nèi)完成退火處理，既保留了材料的非晶結(jié)構(gòu)，又成功消除了合金薄帶的內(nèi)部應(yīng)力；這種優(yōu)化處理確保了非晶合金薄帶未發(fā)生晶化，從而實(shí)現(xiàn)了更低的矯頑力， hc為4.0~8.0?a/m。

21、（3）本發(fā)明所述的fe-p-c非晶合金薄帶制備方法簡(jiǎn)潔，賦予了材料卓越的軟磁性能與良好的塑韌性；在磁通密度設(shè)定為0.5?t且磁化頻率為50?hz的條件下，本發(fā)明中的fe-p-c非晶合金薄帶樣品的鐵損范圍為0.358~1.525?w/kg；作為一種綜合性能卓越的非晶軟磁合金，有望在電子電力等領(lǐng)域替代傳統(tǒng)的硅鋼片等材料，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。