阅读说明：本技术 一种提高铁基纳米晶合金带材耐蚀性的方法 (Method for improving corrosion resistance of iron-based nanocrystalline alloy strip ) 是由 邓毕力 王波 张朋 罗顶飞 潘振海 晋立从 徐敏义 王玉川 于 2020-07-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种提高铁基纳米晶合金带材耐蚀性的方法,属于软磁性材料技术领域。本发明方法首先利用快淬急冷技术将高温母合金熔体喷射到高速旋转的冷却铜辊上,然后将得到的软磁合金带材卷绕于导辊上并牵引带材一端使带材依次穿过盐浴池和加热装置分别进行盐浴加热处理和恒温加热处理,然后自然冷却收卷得到纳米晶合金带材。本发明方法中所采用的母合金原料的配方为：B:5～11％；Si:5.8～9.2％；Cu:0.6～1.4％；Nb:1.2～2.8％；Cr:1.2～2.0％；Mo:0.5～1.2％；Mn:0.8～2.0％；余量为Fe,其中,B和Si的质量百分比之和为14.2～16.8％；Cr和Mo的质量比为2:1。本发明方法通过优化合金元素成分、配比及热处理方式,可以在保持纳米晶合金带材优异的软磁性能的基础上大大提高纳米晶合金带材的耐蚀性。(The invention discloses a method for improving corrosion resistance of an iron-based nanocrystalline alloy strip, and belongs to the technical field of soft magnetic materials. The method comprises the steps of firstly spraying high-temperature master alloy melt onto a cooling copper roller rotating at a high speed by using a rapid quenching and quenching technology, then winding the obtained soft magnetic alloy strip on a guide roller, drawing one end of the strip to enable the strip to sequentially pass through a salt bath and a heating device to respectively carry out salt bath heating treatment and constant temperature heating treatment, and then naturally cooling and winding to obtain the nanocrystalline alloy strip. The formula of the master alloy raw material adopted in the method of the invention is as follows: 5-11% of B; 5.8 to 9.2 percent of Si; 0.6 to 1.4 percent of Cu; 1.2 to 2.8 percent of Nb; 1.2 to 2.0 percent of Cr; 0.5 to 1.2 percent of Mo; 0.8 to 2.0 percent of Mn; the balance of Fe, wherein the sum of the mass percentages of B and Si is 14.2-16.8%; the mass ratio of Cr to Mo is 2: 1. The method can greatly improve the corrosion resistance of the nanocrystalline alloy strip on the basis of keeping the excellent soft magnetic performance of the nanocrystalline alloy strip by optimizing the components, the proportion and the heat treatment mode of the alloy elements.)

一种提高铁基纳米晶合金带材耐蚀性的方法

技术领域

本发明涉及一种提高铁基纳米晶合金带材耐蚀性的方法，属于软磁性材料技术领域。

背景技术

纳米晶软磁材料是一种在非晶软磁基体上发展而来的新型软磁材料，由非晶基体和铁磁纳米晶晶粒组成。铁基纳米晶合金是先利用快淬急冷技术将高温母合金熔体喷射到高速旋转的冷却铜辊上，以每秒达百万度的速度迅速冷却凝固而形成具有长程无序结构的非晶合金带材，再通过晶化热处理析出纳米尺度的磁性α-铁相获得一种具有纳米晶结构的新型软磁合金材料。

铁基纳米晶材料具有优异的综合磁性能：高饱和磁感(1.6T)、高初始磁导率(8×10⁴)、低Hc(0.32A/M)，高磁感下的高频损耗低(P0.5T/20kHz＝30W/kg)，电阻率为80μΩ/cm，比坡莫合金(50-60μΩ/cm)高，经纵向或横向磁场处理，可得到高Br(0.9)或低Br值(1000Gs)。是目前市场上综合性能最好的材料，最佳频率范围：20kHz-50kHz。广泛应用于大功率开关电源、逆变电源、磁放大器、高频变压器、高频变换器、高频扼流圈铁芯、电流互感器铁芯、漏电保护开关、共模电感铁芯。

纳米晶合金带材常需要卷叠成多层后使用于磁头、变压器、扼流线圈、高效电机、电抗器等，这就对纳米晶合金带材的耐蚀性提出了更高的要求。常规的耐蚀方法如涂覆耐蚀涂料不仅会影响纳米晶合金带材本身的软磁性能，而且涂层的存在会使得纳米晶合金带材的厚度增加，卷叠成多层后的总厚度会远大于不加涂层的厚度。因此如何在保持纳米晶合金带材优异的软磁性能的基础上使纳米晶合金带材具有优异的耐蚀性能是目前亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种提高铁基纳米晶合金带材耐蚀性的方法，该方法通过优化合金元素成分、配比及热处理方式，可以在保持纳米晶合金带材优异的软磁性能的基础上大大提高纳米晶合金带材的耐蚀性。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种提高铁基纳米晶合金带材耐蚀性的方法，包括以下步骤：

(1)将配方量的合金原料加入熔炼炉内，熔融后在1520～1560℃下保温10～30min，加入净化剂，多次静置打渣，最终使合金母液中各成分均匀分布，其Al、O、N各自含量在10ppm以下；所述合金原料的配方为：B:5～11％；Si:5.8～9.2％；Cu:0.6～1.4％；Nb:1.2～2.8％；Cr:1.2～2.0％；Mo:0.5～1.2％；Mn:0.8～2.0％；余量为Fe，其中，上述百分数均以元素的质量百分比计，B和Si的质量百分比之和为14.2～16.8％；Cr和Mo的质量比为2:1；

(2)将熔炼炉内合金母液导入中间包内，采用塞杆进行水口密封，静置30～40min，使母液温度均匀；

(3)然后抬起塞杆，母液进入喷嘴包内，经过喷嘴射到高速旋转的冷却辊上，使合金母液以10⁶～10⁷℃/sec的速度冷却并成型，得到软磁合金带材，喷带温度为1350～1400℃；

(4)将步骤(3)得到的合金带材卷绕于导辊上，然后牵引合金带材一端使合金带材穿过盐浴池进行盐浴加热处理，盐浴加热温度为450～550℃，盐浴加热时间为3～5s；

(5)经盐浴加热处理后的合金带材穿过加热装置进行恒温加热，恒温加热的温度为400～450℃，恒温加热的时间为5～15s；

(6)经恒温加热后的合金带材自然冷却后收卷得到纳米晶合金带材。

优选地，步骤(1)所述净化剂由50～55％二氧化硅、35～40％氧化钙、10～15％铁鳞组成。

优选地，步骤(3)所述喷嘴缝宽度为80～200微米；喷嘴与冷却辊的间距为50～200微米。

优选地，步骤(4)和步骤(5)中合金带材的移动速度为0.2～0.5m/s。

优选地，步骤(4)所述的盐浴采用NaNO₃和KNO₃的混合物，其中，NaNO₃和KNO₃的质量配比为0.8:1。

从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：

(1)本发明方法通过设计纳米晶合金元素成分并优化各成分的配比，可以在保持纳米晶合金带材优异的软磁性能的基础上大大提高纳米晶合金带材的耐蚀性。

(2)本发明通过改善热处理方式，在恒温加热前先采用盐浴对纳米晶合金中的非晶合金基材进行热处理，不仅可以实现对非晶合金基材的双面快速加热，大大降低热处理时间，而且还可以实现非晶合金基材的表面钝化，有效防止后续恒温加热过程中合金表面氧化，大大提高纳米晶合金带材的耐蚀性，同时可使后续恒温加热过程中无需通入保护气体或仅需通入少量保护气体，此外，盐浴加热还能起到晶核预制的作用，双面快速均匀的加热可以激发带材中形成高密度和均匀分布的晶核，提高纳米晶合金带材的软磁性能。

具体实施方式

下面结合实施例及测试例，对本发明进行具体描述，但不对本发明的权利要求做任何限定。

实施例1～4：

(1)按表1所示的质量百分比将合金原料加入熔炼炉内，熔融后在1540℃下保温20min，加入净化剂，其中，净化剂由53％二氧化硅、37％氧化钙、12％铁鳞组成，多次静置打渣，最终使合金母液中各成分均匀分布，其Al、O、N各自含量在10ppm以下；

(2)将熔炼炉内合金母液导入中间包内，采用塞杆进行水口密封，静置30min，使母液温度均匀；

(3)然后抬起塞杆，母液进入喷嘴包内，经过喷嘴射到高速旋转的冷却辊上，使合金母液以10⁶～10⁷℃/sec的速度冷却并成型，得到软磁合金带材，其中，喷铸压力1.2Mpa左右，冷却辊线速度25m/s，喷带温度为1375℃左右；喷嘴缝宽度为100微米；喷嘴前沿与其正下方的冷却辊间距50微米，喷嘴后沿与其正下方的冷却辊间距150微米；

(4)将步骤(3)得到的合金带材卷绕于导辊上，然后牵引合金带材一端使合金带材按照0.35m/s的速度穿过盐浴池进行盐浴加热处理，盐浴加热温度为500℃，盐浴加热时间为4s，盐浴采用NaNO₃和KNO₃的混合物，其中，NaNO₃和KNO₃的质量配比为0.8:1；

(5)经盐浴加热处理后的合金带材按照0.35m/s的速度穿过加热装置进行恒温加热，恒温加热的温度为450℃，恒温加热的时间为10s；

(6)经恒温加热后的合金带材自然冷却后收卷得到纳米晶合金带材。

表1(单位：％)

	B	Si	Cu	Nb	Cr	Mo	Mn	Fe
									实施例1	5.0	9.2	0.6	1.2	1.2	0.6	2.0	80.2
实施例2	7.0	8.4	0.9	1.7	1.6	0.8	1.6	78.0
									实施例3	9.0	7.6	1.1	2.2	1.8	0.9	1.2	76.2
实施例4	11.0	5.8	1.4	2.8	2.0	1.0	0.8	75.2
									对比例1	9.0	9.0	1.1	2.2	1.8	0.9	1.2	74.8
对比例2	4.0	9.2	0.6	1.2	1.2	0.6	2.0	81.2
									对比例3	7.0	8.4	0.9	1.7	1.6	1.6	1.6	77.2
对比例4	9.0	7.6	1.1	2.2	1.8	0.6	1.2	76.5

对比例5：

采用公开号为CN109754973A的中国发明专利实施例2的方法制备纳米晶合金带材。

对比例6

将实施例2中步骤(4)、(5)、(6)替换为：将步骤(3)得到的合金带材装入热处理炉内，通入流量为20m³/h的惰性保护气体，在450℃下保温3h。其他各步骤及各原料元素质量百分比与实施例2相同。

测试例1：软磁性能测试

按GB/T 19346.1的规定对各实施例和对比例制备的纳米晶合金的软磁性能进行测试，测试数据如表2所示。

表2

从表2中的数据可以看到，B、Si对产品的软磁性能影响较大，当B和Si的总含量保持在14.2～16.8(实施例1～4)时，纳米晶合金带材的软磁性能优异，当B和Si的总含量偏低(对比例2)时，纳米晶合金的非晶形成能力降低，纳米晶合金带材的软磁性能明显降低，当B和Si的总含量偏高(对比例1)时，合金中铁磁性元素含量过低也无法获得高饱和磁感应强度的软磁合金。

测试例2：电化学测试

将待测纳米晶合金带材试样装夹到电解槽上，实验在常温下进行，测试在PARSTAT2273型电化学工作站上进行，腐蚀介质为1mol/L HCL溶液。实验采用三电极体系作为腐蚀的电解池，参比电极、辅助电极和工作电极分别为饱和KCl甘汞电极、铂电极和实验样品，试样的有效腐蚀面积为0.5mm²。

动电位极化曲线的测试：测试的起止电位分别为-0.8V和1.5V，扫描速率为0.5mV/s，1mol/L HCL溶液中的过载电流分别为20mA。试样在1mol/L HCL溶液中的动电位极化曲线结果如表3所示，一般来说，击破电位(Eb)越高，维顿电流(Ip)密度越小，则耐蚀性就越好。

表3

	击破电位E<sub>b</sub>(V)	维顿电流Ip(A/cm<sup>2</sup>)	钝化区(V)
				实施例1	1.045	1.96*10<sup>-4</sup>	1.1701
实施例2	1.102	1.74*10<sup>-4</sup>	1.2922
				实施例3	1.120	1.62*10<sup>-4</sup>	1.3858
实施例4	1.110	1.70*10<sup>-4</sup>	1.3296
				对比例1	1.116	1.60*10<sup>-4</sup>	1.2820
对比例2	1.038	1.93*10<sup>-4</sup>	1.1566
				对比例3	0.866	1.41*10<sup>-4</sup>	0.7884
对比例4	0.879	1.32*10<sup>-4</sup>	0.8002
				对比例5	0.952	1.96*10<sup>-4</sup>	0.893
对比例6	0.812	2.01*10<sup>-4</sup>	0.752

由表3的数据可以看到，金属元素Cr、Mo、Mn及热处理方式对纳米晶合金的耐蚀性均有较大影响，其中，当Cr/Mo＝2:1时，纳米晶合金带材的耐蚀性优异，当Cr/Mo偏低(对比例3)或偏高(对比例4)时，纳米晶合金带材的耐蚀性均明显降低，这可能是因为Cr/Mo比值改变，会导致Cr和Mo元素与溶液中离子的结合能发生变化，最终影响非晶合金基材的耐蚀性；相比于直接高温热处理(对比例6)，先盐浴处理后恒温处理的热处理方式有利于提高纳米晶合金的耐蚀性能，。究其原因，这可能是盐浴处理可以实现非晶合金基材的表面钝化，有效防止后续恒温加热过程中合金表面氧化的缘故。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。