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：

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)勢源于非晶合金獨特磁學特性，包括極低的矯頑力( hc)、超高的飽和磁感應強度( bs)、高效的有效磁導率( μe)以及顯著降低的能耗損失。然而，當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，應用較為廣泛的非晶態(tài)軟磁材料—1k101，其化學構成以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，在技術規(guī)格層面，該材料的飽和磁感應強度為1.32~1.56?t，相較于美國allied公司同類產(chǎn)品，其飽和磁感應強度值略顯不足。此外，國產(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)領域的廣泛應用潛力。因此，開發(fā)出一種成本低廉、同時兼具優(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、磁性能卓越且兼顧工業(yè)成本效益的新型鐵基非晶合金，將進一步推動變壓器能效的提升，為實現(xiàn)綠色、低碳的能源轉換與傳輸系統(tǒng)奠定堅實的基礎。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術中fe-p-c系非晶合金材料在磁感應強度、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強度，還擁有良好的塑韌性，同時在成本效益上也具有明顯優(yōu)勢。

2、本發(fā)明通過以下技術方案實現(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、進一步地，82.5≤x≤84。

5、進一步地，所述的fexpycz為fe82.5p11.5c6、fe83p11c6、fe83.5p11c6或fe84p10.7c5.3。

6、進一步地，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fexpycz所示的成分進行配料；

9、（2）將步驟（1）中的配料在氬氣保護氣氛下進行熔煉，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)合金薄帶進行真空退火處理，退火處理溫度為307~317℃，保溫時間為10~15min，獲得超韌性fe-p-c系非晶軟磁合金薄帶。

12、進一步地，步驟（1）中所述的配料為fe、fe3p和c。

13、進一步地，步驟（2）中熔煉溫度為1500~2000?℃，熔煉時間為15~20?min。

14、進一步地，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行熔融，處于熔融狀態(tài)的金屬液噴射到高速旋轉的銅輥表面，使其迅速冷卻，獲得合金薄帶。

15、進一步地，噴射壓力為0.02?mpa，銅輥表面的線速度為40?m/s，石英管下端開設直徑為0.7~0.8?mm的小孔。

16、進一步地，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)應力的同時保持合金條帶的非晶結構。

17、一般來說，隨著fe含量的增加，合金的 bs會增加，但同時會引起非晶形成能力的下降，尤其當fe含量（或磁性元素總含量）超過80?at/%，鐵基非晶合金很難具有強的非晶形成能力。在具體實施例中，fe的含量為82.5~84?at.%，當fe含量低于82.5?at.%, bs的值通常不會超過1.60?t；當fe含量超過84?at.%,?合金體系的非晶形成能力會明顯降低，無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)揮著關鍵作用。具體而言，p的含量介于8~12?at.%，這一范圍不僅促進了合金的非晶形成能力，更為合金的初始磁導率帶來了提升。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），也為其在市場中的競爭力提供了有力支撐。

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％，同時處理時間也縮短了60％；這一改進有效避免了因高溫退火可能導致的材料脆化問題。通過精確控制在較低溫度短時間內(nèi)完成退火處理，既保留了材料的非晶結構，又成功消除了合金薄帶的內(nèi)部應力；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域替代傳統(tǒng)的硅鋼片等材料，展現(xiàn)出廣闊的應用前景。