[發明專利]一種無磁性鐵基塊體非晶合金及其制備方法

無效

• 申請號: 200810070443.2
• 申請日: 2008-01-08
• 公開（公告）號: CN101215679A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 劉興軍;韓佳甲;王翠萍;張錦彬;黃藝雄;馬云慶;施展
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C22C45/02
• 分類號: C22C45/02;C22C1/02
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種非晶合金，尤其是涉及一種具有高玻璃形成能力的無磁性鐵基塊體非晶合金及其制備方法。

背景技術

金屬玻璃通常是將熔化的金屬冷卻到玻璃轉變溫度以下并且在形核及晶化前凝固形成的。通常的金屬和合金從液態冷卻下來時都要結晶形成晶體。然而，已經發現了某些金屬和合金當冷卻速率足夠快時，在固化時會保持液態時的極端粘滯的狀態，從而抑制晶化，這種冷卻速率通常需要達到10⁴～10⁶K/s的數量級。為了獲得如此高的冷卻速率，只能將熔化的金屬或合金噴到導熱非常好的傳導基底上，這樣獲得的合金是非晶合金，但尺寸非常小。因此，以前獲得的非晶合金材料都是將熔態金屬或合金噴射到高速旋轉的銅輥上得到的薄帶，或澆鑄到冷基底中得到的薄片和粉末等。最近已找到了具有更強的抑制結晶能力的非晶合金，這樣就可以利用更低的冷卻速率來抑制結晶。若在很低的冷卻速率下能夠抑制結晶，則可制得更大尺寸的非晶合金。

非晶合金，尤其是鐵基非晶合金，自被發現以來，就一直受到材料學家和物理學家的廣泛關注。其原因在于鐵基大塊非晶合金在各種非晶體和晶體體系當中具有高強度、高硬度、高耐蝕、良好的韌性和軟磁性能等特點。自鐵基大塊非晶合金問世以來，提高非晶形成能力，獲得大尺寸的非晶合金一直是人們努力追求的主要目標之一。鐵基軟磁非晶合金的發展狀況自1967年美國Duwez教授率先成功開發出Fe-P-C系軟磁非晶薄帶以來，許多科學家在合成具有優異軟磁性能的新型鐵基非晶合金的過程中付出了大量的努力。1979年美國AlliedSignal公司開發出非晶合金寬帶的平面流鑄帶技術，并于1982年推出命名為Metglass的Fe基、Co基和Fe-Ni基系列非晶合金帶材。1988年日本日立金屬公司的Yashizawa等人在非晶合金基礎上通過晶化處理開發出成本低廉的FeCuNbSiB納米晶軟磁合金Finemet，兼有鐵基非晶合金的高磁感和鈷基非晶合金的高磁導率、高飽和磁感和低損耗的特點。1990年，Makino等人開發出FeMB(M＝Zr，Hf，Nb)納米晶合金Nanoperm，其飽和磁感應強度高于1.5T。1998年，美國的WillardM·A等人公布了可用于高溫的FeCoZrBCu納米晶軟磁Hitperm，其磁感應強度高于2.0?T。自20世紀90年代以來，鐵基軟磁塊體非晶合金的開發取得相當大的進展。這些合金可以分為以下五大主要體系：①Fe-(Al，Ga，Sn)-(P，C，B，Si，Ge)；②Fe-(Co，Ni)-M-B(M＝Zr，Hf，Ti，V，Nb，Ta，Mo，W)；③Fe-Co-Ln-B-M(M＝Cr，V，Hf，W，Mo，Nb，Ta，Zr)；④Fe-(Cr，Mo，Ni，Nb)-(Al，Ga)-(P，C，B)；⑤Fe-(Co，Ni)-B-Si-(Zr，Nb)。

目前，鐵基軟磁塊體非晶合金的研究與開發進入了一個新時期。有一類鐵基非晶合金在室溫或室溫以上不顯現磁性特征，所以被稱作無磁非晶合金。用銅模吸鑄法得到的鐵基非晶合金的最大尺寸已經達到16mm，并被命名為“非晶鋼”。非晶鋼作為無磁性材料和結構材料具有好的發展前景和研究價值。非晶鋼在室溫下呈無磁特性并具有高硬度和高耐蝕等特點，可以作為一種新型的特殊用途材料。因為所用原料都不是貴金屬而且制備價格與其它體系的非晶相比低廉得多，所以非晶鋼在某些場合有望取代晶體鋼鐵材料。特別是由于其優良的非晶成形能力、制備工藝簡便，將會是非晶體系中最有工程應用前景的一種，為大塊非晶作為結構材料在實際工程中的應用開辟了道路。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有大過冷液相區和高玻璃形成能力的無磁性鐵基塊體非晶合金及其制備方法。

本發明的技術方案是根據非晶形成以及熱力學相關理論，通過添加元素，改變組元原子百分比，較大程度地改善了不含鎳大塊非晶合金過冷液相區較小的問題，同時提高了玻璃形成能力和順磁特性的溫度穩定性。

本發明所述的無磁性鐵基塊體非晶合金的分子式為Fe₄₁Co_7-XNi_XCr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂(其中的x和數字均為原子百分數，x的變化范圍為：1≤x≤7)，臨界尺寸不小于16mm，表面光亮，沒有發生大的體積收縮，鑄造性能好。

本發明所述的無磁性鐵基塊體非晶合金的制備方法包括以下步驟：