一种低成本高饱和磁感应强度的铁基非晶软磁合金

摘要

本发明提供了一种低成本高饱和磁感应强度的铁基非晶软磁合金。该合金组分的原子％满足：Si含量：0～15；B含量：3～20；P含量：0.001～12；C含量：0.001～5；Al含量：0.0001～0.1；Mn含量：0.001～0.5；Sb含量：0.0001～0.5；Ti含量：0.0001～0.1；S含量：0.0001～0.5；Sn含量：0.0001～0.5；W含量：0.0003～0.2；其余为Fe及不可避免的杂质。本发明的软磁合金具有非晶形成能力强、饱和磁感应强度高、成本低廉等特点。该合金经退火后，其饱和磁感应强度在1.6T以上，矫顽力值在5A/m以下。

权利要求

1.一种铁基非晶软磁合金，其特征在于，该合金组分的原子％满足：Si含量：0～15；

B含量：3～20；

P含量：0.001～12；

C含量：0.001～5；

Al含量：0.0001～0.1；

Mn含量：0.001～0.5；

Sb含量：0.0001～0.5；

Ti含量：0.0001～0.1；

S含量：0.0001～0.5；

Sn含量：0.0001～0.5；

W含量：0.0003～0.2；

其余为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，Mn元素含量的原子％含量为0.005～0.5。

3.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，Mn元素的原子％含量是

0.01～0.3。

4.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，S元素含量的原子％为

0.0005～0.3。

5.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，S元素含量的原子％含量是

0.001～0.3。

6.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，Sb元素含量的原子％为

0.0005～0.4。

7.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，Sb元素的原子％含量是

0.001～0.3。

8.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，Al元素含量的原子％为

0.0001～0.05。

9.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，Al元素含量的原子％含量是0.0001～0.01。

10.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，Ti元素的原子％的范围是

0.0001～0.05。

11.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，Ti元素的原子％含量是

0.0001～0.01。

12.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，Sn元素的原子％为

0.001～0.4。

13.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，Sn元素的原子％含量是

0.002～0.3。

14.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，W元素的原子％为

0.001～0.1。

15.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，W元素的原子％含量是

0.001～0.05。

16.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，B元素的原子％为7～16。

17.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，B元素的原子％含量是

8～15。

18.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，Si元素的原子％为5～

13。

19.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，Si元素的原子％含量是

6～12。

20.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，P元素的原子％为0.01～

5。

21.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，P元素的原子％含量是

0.01～3。

22.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，C元素的原子％为0.02～

2。

23.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，C元素的原子％含量是

0.01～1.5。

24.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于，Si被5原子％以下的Ga、Ge、As、Pb、Te、N中的至少一种元素部分或全部取代。

25.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于Fe被2.5原子％以下的V、Ta、Ti、Re、铂族元素、稀土元素、Ag、Zn、In、Pb、Y、Au、Cu、Tl、Cr、Mo、Nb、Zr、Hf、Be、Bi中的至少一种元素部分取代。

26.根据权利要求1所述的铁基非晶软磁合金，其特征在于Fe被15原子％以下的Ni和/或Co部分取代。

27.一种铁基非晶软磁合金薄带，其特征在于该铁基非晶软磁合金薄带由权利要求

1-26中任一项所述的铁基非晶软磁合金制成。

28.一种铁基非晶软磁合金粉末，其特征在于该铁基非晶软磁合金粉末由权利要求

1-26中任一项所述的铁基非晶软磁合金制成。

29.一种用于电动机的铁芯，其特征在于铁芯由权利要求1-26中任一项所述的铁基非晶软磁合金制成。

说明书

一种低成本高饱和磁感应强度的铁基非晶软磁合金

技术领域

[0001] 本发明涉及磁性功能材料领域，特别涉及一种低成本高饱和磁感应强度的铁基非晶软磁合金。

背景技术

[0002] 非晶态软磁材料问世以后，尤其是铁基非晶态合金，存在电阻率高、磁导率高，且损耗非常低(仅相当于取向硅钢的1/3～1/5)的特点，另外与硅钢相比，工艺简单，不用特殊加工，因此被认为是制作电源变压器的理想铁芯材料。而采用非晶合金代替薄硅钢用作电源变压器铁芯的研究工作几乎和铁基非晶带的制作同时起步。

[0003] 但跟硅钢相比，铁基非晶合金仍存在其不足之处，即填充系数以及饱和磁感应强度相对较低。例如晶态取向硅钢的Bs值约在2T，而典型的铁基非晶合金Fe78Si9B13的Bs值为1.56T。另外在制备磁性元件时，如变压器铁芯、电动机转子和磁力开关等，往往希望这些装置的饱和磁感应强度较高，因为这意味着装置尺寸的减小或者激励功率的降低。对于填充系数，通用的方法是提高带材表面质量，例如表面光洁度和带材厚度的均匀性。但由于非晶带材本身较薄，仅为几十个微米，使得填充系数提升的潜力受限。而对于后者，众多研究人员过去曾试图获得饱和磁感应强度高于1.6T的铁基非晶态合金。其中最典型的例子为饱和磁感应强度为1.8T的Metglas2605Co合金，但该合金中包含18％的Co原子，价格昂贵，不能用于工业磁性产品。另外，美国专利US4226619中公开了一种非晶态Fe-B-C合金，其饱和磁感应强度在1.7T以上，但合金的矫顽力较大，而且太脆，无法在实际中应用。日立金属在公开号为CN1721563A的中国专利申请中公开了一种名为HB1的Fe-Si-B-C合金，其饱和磁感应强度在1.6T以上，但其在制备过程中采用渗碳的方法，这无疑提高了生产成本，降低了产品质量的可控性。

[0004] 日本专利JP59016947公开了一种表达式为FeSiBC的合金，其中对P、Al和S三种杂质的含量进行了限制，以质量百分比计，P＜0.015，S＜0.02，Al＜0.03。专利EP0058269A1公开了一种表达式为FeSiB的合金，其中对各种微合金元素的最高含量进行了限制，例如P限定在0.008at％以下，Sn含量限定在0.001at％以下，C限定在0.02at％以下。但实验表明，在非晶态软磁合金中适量添加P、C及Al等元素高于这些专利公布的含量上限时，有其有利的一方面。例如P的添加有助于提高合金系的非晶形成能力，而C的适量添加可以改善软磁性能，提高合金的饱和磁感应强度。

[0005] 日本专利JP57185957A公开了一种表达式为FeSiBPC的合金，其饱和磁感应强度在1.5T以上，但其中的B含量太低，原子％在5以下。而研究表明，B元素是形成非晶态合金的重要元素，当其含量低于5at％时，合金的非晶形成能力较差，且合金的热稳定性较差。

[0006] 日本专利JP9202946公开了一种含Mn的表达式为FeSiBC的合金，但其铁含量较低，原子％仅在82以下。由于合金的饱和磁感应强度与铁含量有密切的关系，因此，合金的饱和磁感应强度不能获得较大的提高。

[0007] 日本专利JP85051887公开了一种成分为FeSiBC的合金，其中C的含量限定在3.25～4at％。研究表明，当C含量高于3at％时，对合金的制备条件要求苛刻，容易着火，制备的带材容易发脆，且热稳定性下降。

[0008] 中国专利CN101194039A公布了一种含有N元素的Fe-Si-B-C-P-N多元合金，但实验表明，由于N在钢液中超低的固溶度，依据现有技术，很难实现非晶合金薄带中N含量的稳定控制，且含N合金的热稳定性差，无法在高温下使用。

[0009] 美国专利US5958153A公布了一种P含量低于0.1％、厚度在40-90μm的表达式为(FeSiBC)100-xPx的合金带材，但合金中的P是以不可避免的杂质形式掺入的，Fe含量相对较低，饱和磁感应强度也低，这难以满足功率器件对高饱和磁感应强度的要求。与此相似，专利JP9-95760、专利JP 2001-279387也是以P作为不可避免的杂质元素掺入的。

[0010] 美国专利US5626690公布了一种主动加入P元素的FeSiBP(C)合金，但例举的所有合金Fe含量都在80原子％及以下，且Si含量高于10原子％，P含量低于2原子％。但研究表明，Si含量过高时，将会使得钢液的黏度增大，给带材制备带来工艺上的困难，同时当Si含量高时，合金的饱和磁感应强度不随Fe含量增加而提高。这都使得该合金的饱和磁感应强度限定在1.5T左右。

[0011] 日本专利JP 2008248380公开了一种含Al的FeSiBP合金，其铁损值在0.1W/kg以下，但Al是易氧化元素，含量高时，在空气下难以制备。且例举的P含量过高，为8～20原子％。研究表明，P是常用类金属元素中(Si、B、P、C、Ge)对降低合金的饱和磁感应强度贡献最大的一个，因此P含量过高，会降低合金的饱和磁感应强度。

[0012] 综上所述，目前市场上仍缺乏具有高饱和磁感应强度同时兼具低成本特征的铁基非晶软磁合金及其制品，因此本领域仍存在对具有高饱和磁感应强度、同时成本低廉的铁基非晶软磁合金的需要。

发明内容

[0013] 本发明提供了一种成本低廉、非晶形成能力强、饱和磁感应强度高的铁基非晶软磁合金。本领域一个公认的事实是，对于纯铁、磷铁和硼铁等制备原料，其成本并不与杂质含量的降低成线性关系地升高，而是与杂质含量的降低成指数形式升高。例如99wt％的工业纯铁售价约为10元/公斤，而99.5wt％的纯铁的售价约在100元/公斤，而99.9wt％的纯铁售价则约在1500元/公斤。这是因为制备原料的提纯往往需要较高的成本。而对于硼铁、磷铁等原料，由于本身的元素复杂性和多样化，导致提纯的成本更高。因此，对于非晶态合金的生产和制备，直接采用含有S、Al和Ti元素的低成本的原料制备，一直是研发工程师的目标。

[0014] 发明人依据现有技术中的不足之处，提出了一种铁基非晶合金，其成分设计思路是以较大非晶形成能力的FeB二元系作为母合金，依据设计要求适量添加能提高非晶合金居里温度的Si元素，以及添加适量的C、Mn、W、Sn和Sb等元素，通过熔炼、快淬、雾化等生产技术制备出性能优异的铁基非晶软磁合金及其制品。

[0015] 本发明提供了一种低成本高饱和磁感应强度的铁基非晶软磁合金。该合金的组分的原子％满足：Si含量：0～15，B含量：3～20，P含量：0.001～12，C含量：0.001～5，Al含量：0.0001～0.1，Mn含量：0.001～0.5，Sb含量：0.0001～0.5，Ti含量：0.0001～0.1，S含量：0.0001～0.5，Sn含量：0.0001～0.5，W含量：0.0003～0.2，其余为Fe及不可避免的杂质。

[0016] 本发明的铁基非晶软磁合金特别适合用于电动机的铁芯。采用本发明的铁基非晶合金所制备的产品与现有技术产品相比较，具有非晶形成能力强、饱和磁感应强度高、成本低廉等特点。

附图说明

[0017] 图1为实施例4-1和对比例的损耗与(Ti+Al+S)含量的关系。

[0018] 图2为实施例4-1和对比例的矫顽力与(Ti+Al+S)含量的关系。

[0019] 图3为实施例4-1和对比例的饱和磁感应强度与(Ti+Al+S)含量的关系。

[0020] 图4为实施例4-2、4-3、4-4与对比例的损耗与(Ti+Al+S)含量的关系。

具体实施方式

[0021] 在本发明的低成本高饱和磁感应强度的铁基非晶合金中，首先，Mn元素能在非晶合金表面抑制杂质元素引起的晶化，并改善软磁性能；其次，Mn的添加可以有效地抑制合金中的杂质元素S引起的带材脆化，这是由于Mn和S易在钢液中形成MnS化合物。本发明人发现，这种高熔点夹杂物在快速冷却的条件下，且在本发明中Sn和Sb元素存在的条件下，MnS并不是以大块或链状夹杂物形式存在，而是以微小的颗粒均匀分布在合金内部，并因此最大程度地降低了S元素导致的脆化和软磁性能恶化；最后，当Mn含量控制在0.5at％以下时，不仅可以改善非晶合金的表面质量，还能适度提高合金的饱和磁感应强度。而S几乎是硼铁、硅和铁源中必含的杂质元素，因此Mn的添加增加了S元素的容许量，这拓宽了制备原料的来源，降低了原材料成本。若Mn含量低于0.001at％时，无法体现出Mn元素抑制结晶的作用。故Mn元素含量为0.001～0.5at％，更优选含量为0.005～0.5at％，最优选的范围是0.01～0.3at％。

[0022] 同时，S元素适量存在可以抑制原料中的Sn元素导致的性能脆化。这主要是因为S元素能与Sn结合生成低沸点的SnS，在高温钢水中挥发掉而同时达到降低S和Sn的目的。但S元素的含量不能过高，当S元素含量超过0.5at％时，将会导致非晶合金脆化严重，软磁性能恶化，即使添加Sn进行改善，效果也有限。故S元素含量的原子％为0.0001～0.5，优选为0.0005～0.3，更加优选为0.001～0.3。

[0023] 在本发明的低成本高饱和磁感应强度的铁基非晶合金中，元素Sb的添加具有特殊的作用。元素Al和Ti一般被认为是非晶态合金中的杂质元素，因为这两种元素的存在会导致软磁性能恶化，所以往往希望原材料中这两种元素的含量越低越好。实验证明，这两种元素由于易于跟O结合形成氧化铝和氧化钛，且容易聚集在非晶合金表面产生偏析，妨碍了必要成分的表面偏析，使非晶形成元素Si在表面富集明显减少，容易引起非晶合金表面的晶化。此外，晶化的表面层还会对非晶内部产生压应力，这双重作用使得软磁性能恶化，损耗成倍增加。针对这个难题，本发明人意外发现，通过向合金成分中加入少量的Sb元素，可以明显抑制Ti和Al元素存在时导致的软磁性能恶化，即相对提高Ti和Al杂质元素的容许量。通过进一步的研究认为，适量的Sb加入合金后，在非晶合金的表面富集，抑制了Ti和Al在表面的偏析，避免了Ti和Al元素抑制的Si元素在表面的偏析。本发明人还发现，当合金中同时存在Mn元素时，Sb的适量加入，会导致生成的MnS和/或AlN质点的平均尺寸更细，数量更多，质点尺寸多为10nm以下甚至更细。这些细化的质点在非晶合金经退火后依然保留下来，呈弥散均匀分布，即不明显增加非晶合金的脆性，也不导致合金的晶化，且在高频条件下可细化磁畴，降低合金损耗。在本发明的低成本高饱和磁感应强度的铁基非晶合金中，Sb元素的添加量在0.5at％以下。若含量超过0.5at％，不仅降低合金的饱和磁化强度，而且容易形成大量偏析，导致合金脆化，而Sb含量低于0.0001时，Sb元素的作用难以发挥出来，故本发明的Sb元素的原子％满足：0.0001≤Sb≤0.5，更加优选的范围是：0.0005≤Sb≤0.4，最优选的范围是0.001≤Sb≤0.3。我国盛产Sb元素，价格并不高，因此，少量的添加并不引起合金总成本的上升。

[0024] 在本发明的低成本高饱和磁感应强度的铁基非晶合金中，Al和Ti元素的含量不能太高，否则会导致合金的损耗急剧增加，即使对Al和Ti有抑制作用的Sb元素存在，也难以改善软磁性能。因此，在本发明中，Al和Ti元素的原子％需满足：0.0001≤Al≤0.1，0.0001≤Ti≤0.1，更加优选的范围是0.0001≤Al≤0.05，0.0001≤Ti≤0.05，最优选的范围是0.0001≤Al≤0.01，0.0001≤Ti≤0.01。

[0025] 在本发明的低成本高饱和磁感应强度的铁基非晶合金中，元素Sn的添加具有特殊的作用。首先，Sn的存在可以降低合金中的S含量。由于一般低纯度制备原料中含有较多的S元素，而Sn的适量存在能和S在高温条件下生成低沸点的SnS化合物，且这种化合物在本发明的含有大量Si元素和C元素的非晶合金成分中，极易挥发掉，从而达到在母合金钢液中同时降低S和Sn含量的目的。其次，本专利发明人发现，由于Sn的化学性质稳定，不易与S之外的其他元素形成化合物，因此适量Sn的存在增加了非晶合金组元之间的复杂性，且降低了合金的熔点，这对于优化制备工艺、降低损耗有着明显意义。再次，本发明人还发现，Sn的存在还能有效抑制Al和Ti元素所导致的软磁性能恶化。由于这两种元素的存在会导致软磁性能恶化，所以往往希望原材料中这两种元素的含量越低越好。实验证明，这两种元素由于易于跟O结合形成氧化铝和氧化钛，且容易聚集在非晶合金表面产生偏析，妨碍了必要成分的表面偏析，使非晶形成元素S i在表面的富集明显减少，容易引起非晶合金表面的晶化。同时晶化了的表面层还会对非晶产生压应力，这双重作用使得软磁性能恶化，损耗成倍增加。针对这个难题，本发明人发现，向合金系中添加少量的Sn元素，可以显著抑制由于Ti和Al元素导致的饱和磁感应强度的下降和损耗成倍的增加。研究发现，这是由于Sn在非晶合金表面优先富集，并阻止Ti和Al元素在表面的偏析，从而使得元素Si能正常偏析。同时，由于本合金成分的特殊设计，过量的Sn元素又能以SnS的形成挥发掉，同时达到降低Sn和S的目的。最后，本发明人还发现，在非晶合金内部，不含Sn时，少量的MnS和/或AlN夹杂物成链状和线状存在。而添加少量的Sn后，少量的MnS和/或AlN夹杂物质点平均尺寸变细，数量更多，质点尺寸多在10nm以下。进一步的研究认为，添加少量的Sn后，由于Sn不溶于Fe，在AlN表面富集，Sn的富集降低了界面能，从而抑制了AlN的长大。这种效果使得AlN夹杂物对非晶合金软磁性能的恶化降低到最小。尽管Sn元素在本发明中具有重要作用，但Sn元素的含量不能超过0.5at％，因为含量过高将导致非晶合金发脆，不易制备，含量太低时，Sn元素的上述的作用难以发挥出来。故Sn元素的含量范围是0.0001～0.5at％，更优选的范围是0.001～0.4at％，最优选的范围是0.002～0.3at％。

[0026] 在本发明的低成本高饱和磁感应强度的铁基非晶合金中，元素W的存在亦有重要的作用。由于W的原子半径较大，加入到合金体系中，能提高Fe、B、Si等元素的自扩散激活能，从而在熔体中增大了合金的黏度，提高了合金系的非晶形成能力。W的存在还增加了前述Ti、Al等元素在合金熔体中通过扩散形成夹杂物的阻力，进一步降低了Ti、Al等元素对软磁性能的损害。此外，W加入到软磁合金中，由于具有近似为零的磁致伸缩系数，能提高合金的磁导率，同时由于W具有较高的熔点，能提高合金的热稳定性，并提高合金的居里温度。但W由于是除铁磁性元素外，降低合金的饱和磁感应强度最快的过渡族金属，且价格较贵，因此含量不能太高。本发明的低成本的高饱和磁感应强度的铁基非晶合金中，W元素的含量为0.0003～0.2at％，优选的范围是0.001～0.1at％，最优选的范围是0.001～0.05at％。

[0027] 在本发明的低成本高饱和磁感应强度的铁基非晶合金中，B元素的原子％含量要满足：5≤B≤18，更优选的范围是7≤B≤16，最优选的范围是8≤B≤15，当B原子％大于18时，铁磁性元素含量相对降低，导致合金的饱和磁感应强度降低。而在B原子％小于5时，合金的热稳定性太差，难以制备非晶态合金。

[0028] 在本发明的低成本高饱和磁感应强度的铁基非晶合金中，Si元素的原子％含量要满足：5≤Si≤15，更加优选的范围是5≤Si＜13，最优选的范围是6≤Si＜12。当Si原子％大于15时，P和B的含量受到抑制，合金的非晶形成能力变差，且合金熔体的黏度增大，不易制备出非晶合金，当Si原子％小于5时，合金的居里温度低，热稳定性太差。

[0029] 在本发明的低成本高饱和磁感应强度的铁基非晶合金中，P元素的原子％含量要满足：0.002≤P≤5，更加优选的范围是0.01≤P≤5，最优选的范围是0.01≤P≤3。当P原子％大于5时，导致合金的饱和磁感应强度降低。当P原子％小于0.002时，P元素的提高非晶形成能力、抑制晶化的作用无法发挥出来。

[0030] 在本发明的低成本高饱和磁感应强度的铁基非晶合金中，C元素具有小的原子尺寸，其适量添加能提高合金的饱和磁感应强度。在制备工艺方面，C的加入能降低钢液的黏度，改善钢液的流动性。在本发明中，当C原子％大于5时，合金的非晶形成能力变差，矫顽力上升，损耗增加，软磁性能恶化。因此C原子％含量要满足：0.002≤C≤3.25，更加优选的范围是0.02≤C≤2，最优选的范围是0.01≤C≤1.5。

[0031] 在本发明高饱和磁感应强度的铁基非晶合金中，Fe可被2.5原子％以下的V、Ta、Ti、Re、铂族元素、稀土元素、Ag、Zn、In、Pb、Y、Au、Cu、Tl、Nb、Zr、Hf、Be、Bi中的至少一种元素部分取代。这些元素均为非铁磁性元素，当其含量高于2.5原子％时，合金的饱和磁感应强度降低。

[0032] 在本发明高饱和磁感应强度的铁基非晶合金中，Fe可被15原子％以下的Ni和/或Co部分取代。

[0033] 本发明的高饱和感应强度的铁基非晶合金中，除上述合金元素之外，余量由Fe构成，其中可能含有少量的杂质元素，如S、O等，但是所有杂质元素的总重量百分比要小于0.5％。

[0034] 本发明的高饱和感应强度的铁基非晶合金的制备方法与现有技术相同，是在氮气或/和氩气气体保护下，采用感应炉进行母合金熔炼，然后采用单辊法或双辊法制备成非晶带材和片材，或者采用雾化法制备成粉末，或者采用铜模铸造法制备成棒材，或者采用拉丝法制备成丝材。选取低于晶化温度100℃至低于晶化温度10℃的温度范围作为热处理温度，最佳的热处理温度为低于晶化温度75℃至低于晶化温度15℃的温度范围作为热处理温度Ta，用式子可以表达为Ta＝(Tx-75℃)～(Tx-15℃)，进行退火5～60分钟，即可获得高饱和感应强度的铁基非晶合金。

[0035] 合金的饱和磁感应强度Bs采用振动样品磁强计(VSM)进行测量，以磁场为10000A/m时的磁感应强度作为合金的饱和磁感应强度。非晶合金的损耗测量采用SY
8232B-H测试仪，测试条件为磁感1.4T，频率为60Hz，记为P14/60。合金的矫顽力Hc和最大磁导率μmax采用软磁直流B-H磁滞回线仪测得。

[0036] 第一组实施例

[0037] 根据本发明的铁基非晶合金的成分范围，我们进行了本系列实验。表1为依据本发明的成分进行配料，将母合金锭熔炼到1250℃，并采用单辊法以32m/s的辊速制备出宽20±0.2mm、厚度在27～29μm的非晶薄带。将薄带卷绕成外径为20mm、内径为16mm的铁芯。在氩气保护下，将铁芯经430/440℃等温退火30分钟，将合金随炉冷却至200℃以下后，空冷至室温，测量得到的软磁性能指标见表1所示。

[0038] 由表1中例举的成分可以看出，本发明的非晶态合金的饱和磁感应强度Bs较高，在1.6T及以上。由表1还可以看出，在排除测试和杂质的影响因素外，Bs值的大小与Fe含量有直接的对应的关系，即铁含量高时，合金的饱和磁感应强度较高。但P元素含量过多时，则会降低合金的饱和磁感应强度。而C元素、Sn元素和Sb元素含量较高时，则会提高制备工艺的难度，同时增大合金的矫顽力。但即使这样，仍然能将矫顽力保持在5A/m以下。且由表1还可以看出，本发明例的最大磁导率μmax主要集中在20～50万之间，而损耗P14/60则在0.5W/kg及以下。

[0039] 为了对比方便，我们同时也例举了多种现有技术的成分合金，其性能参数指标列入表2中。对比表2与表1对比可以看出，现有成分的合金的饱和磁感应强度较低，例如表2中的1～11号及16～22号合金。虽然表2中的12～14号合金具有较高的饱和磁感
应强度(在1.70T以上)，但却有较明显的不足之处，即硅钢的矫顽力和损耗均较大，且磁导率低。而13～14号合金的矫顽力同样较大，同时热稳定性较差，且因C含量高而难以制备。表2中的15～16号合金因添加Co而拥有较高的饱和磁感应强度，但其昂贵的成本，抑制了其作为工业磁性产品的应用潜力。同样，表2中的17～22号合金因含有大量的Ni元素，也使得合金价格昂贵，不利于工业化的广泛应用。

[0040] 比较表1中的实施例和表2中的对比例可以看出，本发明的FeSiBPC合金，不仅有较高的饱和磁感应强度和磁导率，而且有较低的矫顽力和损耗，加上合金成本较低、易于制备的特点，可称之为综合性能优异的高饱和磁感应强度的铁基非晶软磁合金。

[0041] 表1本发明的第一组实施例

[0042]

[0043] 注：下标bal.代表余量

[0044] 表2第一组对比例

[0045]

[0046] 第二组实施例

[0047] 根据本发明的铁基非晶合金的成分范围，我们进行了本系列实验。表3为依据本发明的成分进行配料，将母合金锭熔炼到1250℃，并采用单辊法以35m/s的辊速制备出宽20±0.2mm、厚度在28～30μm的非晶薄带。将薄带卷绕成外径为20mm、内径为16mm的铁芯。在氩气保护下，将铁芯经420/430℃等温退火30分钟，将合金随炉冷却至200℃以下后，空冷至室温，测量得到的软磁性能指标见表3所示。

[0048] 表3本发明第二组实施例

[0049]

[0050]

[0051] 注：下标bal.代表余量

[0052] 第三组实施例

[0053] 根据本发明的铁基非晶合金的成分范围，我们进行了本系列实验。表4为依据本发明的成分进行配料，将母合金锭熔炼到1250℃，并采用单辊法以35m/s的辊速制备出宽20±0.2mm、厚度在28～30μm的非晶薄带。将薄带卷绕成外径为20mm、内径为16mm的铁芯。在氩气保护下，将铁芯经420/430℃等温退火30分钟，将合金随炉冷却至200℃以下后，空冷至室温，测量得到的软磁性能指标见表4所示。

[0054] 表4本发明的第三组实施例

[0055]

[0056]

[0057] 注：下标bal.代表余量

[0058] 第四组实施例

[0059] 根据本发明的铁基非晶合金的成分范围，我们进行了本系列实验。依据本发明的成分进行配料，将母合金锭熔炼到1250℃，并采用单辊法以28m/s的辊速制备出宽20±0.2mm、厚度在28～30μm的非晶薄带。将薄带卷绕成外径为20mm、内径为16mm的铁芯。在氩气保护下，将铁芯经430℃等温退火30分钟，将合金随炉冷却至200℃以下后，空冷至室温。

[0060] 为系统地例举本发明中的Sb、Sn、Mn、W的适量添加对(Ti、Al、S)元素的抑制作用，本实验特地向Febal.Si11B6P0.5C0.5合金中添加不同含量的(Ti+Al+S)元素，且按照1∶1∶2的比例进行添加。元素含量的检测采用直读光谱仪和CS分析仪进行测试。同时向合金中添加比例为2∶1∶2∶0.5的、总量为0.2at％的(Sb+Sn+Mn+W)元素，测量不同(Ti+Al+S)元素含量下的损耗、饱和磁感应强度和矫顽力。为方便对比，我们同时制备了不添加(Sb+Sn+Mn+W)元素、只添加(Ti+Al+S)元素的Febal.Si11B6P0.5C0.5合金作为比较合金(即图1～图4中的对比例)。测量得到的性能指标见图1～图3，其中实施例4-1为添加(Sb+Sn+Mn+W)元素的合金，对比例为不添加元素Sb、Sn、Mn和W的合金。图4为添加Sb、Sn、Mn和W中不同元素组合的合金和比较例合金的损耗与(Ti+Al+S)含量关系曲线。其中实施例4-2为添加有总量为0.2at％且比例为1∶2∶0.5的(Sn+Mn+W)的合金，实施例
4-3为添加有总量为0.2at％且比例为2∶2∶0.5的(Sb+Mn+W)的合金，实施例4-4为添加有总量为0.2at％且比例为2∶0.5的(Mn+W)的合金，对比例同图1，即为不添加Sb、Sn、Mn和W的合金。

[0061] 由图1～图2可以看出，只含有(Ti+Al+S)元素的Febal.Si11B6P0.5C0.5合金，损耗和矫顽力均随(Ti+Al+S)元素含量增加而快速增大，而添加0.2at％的(Sb+Sn+Mn+W)元素后，合金的损耗和矫顽力增加均变得缓慢，仅在(Ti+Al+S)含量较大时开始增加。由图3可以看出，尽管添加0.2at％的(Sb+Sn+Mn+W)合金的饱和磁感应强度稍微降低，但Bs下降缓慢，不随(Ti+Al+S)含量的增加而有较大的降幅。由图4可以看出，单独添加(Mn+W)元素，损耗有所降低，但并不是很显著。而添加(Sn+Mn+W)或(Sb+Mn+W)后，合金的损耗则有较为明显的降低。由图1～图4的对比可以看出，在含有Ti、Al、S杂质的合金中添加适量的一定比例的Sb、Sn、Mn、W合金，起到了抑制矫顽力和损耗增加、改善软磁性能的作用。