[發明專利]具有明顯自旋玻璃行為的鐵基塊體非晶合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201810513640.0
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108504965A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 沈寶龍;楊嫻;崔志強;薛琳;江沐風;江向榮
• 申請（專利權）人: 東南大學;朗峰新材料科技股份有限公司
• 主分類號: C22C45/02
• 分類號: C22C45/02;C22C1/03
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種具有明顯自旋玻璃行為的鐵基塊體非晶合金，其分子式為：Fe_48?xCo_xCr₁₅Mo₁₄C_yB_21?yRE₂，其中1≤x≤7，3≤y≤17，x和y分別表示Co和C的原子百分比，RE為稀土元素。本發明具有較高的熱穩定性和非晶形成能力，臨界直徑最大可達8mm，具有低Co含量，降低了原材料成本，并且制備方法簡單、效率高，原料利用率高，可以制備出大尺寸的非晶棒材。

技術領域

本發明涉及非晶合金及其制備方法，具體涉及一種具有明顯自旋玻璃行為的鐵基塊體非晶合金及其制備方法。

背景技術

近年來，對于特殊條件下使用的磁性器件的要求逐漸增多，如深海探測、極端地區或氣候條件下的軍事作戰等，這對磁性器件使用的磁性材料的性能特征提出了更多的要求和挑戰。

鐵基非晶合金由于具有優異的軟磁性能，目前已經成功實現商業化，將其作為代替傳統硅鋼片的變壓器用鐵芯材料，可以大幅降低使用過程中由于材料自身產生的損耗，從而可以提高能量轉化效率，實現節能減排和綠色工業。除了常溫以及高溫時的軟磁性能，鐵基非晶還有一些低溫下的特殊磁性能也值得研究。自旋玻璃材料在T<T_f時，有磁化不可逆、剩磁、弛豫效應和記憶效應等非平衡態特點，是新一代低溫磁存儲材料的有力競爭者。鐵基非晶合金中磁性原子在一個大的范圍內連續可調，這為研究磁矩之間的耦合強度對其基態的影響提供了方便。鐵基非晶合金具有優良的力學性能和低原材料成本優勢，是研究自旋玻璃等諸多基本問題的理想體系。

Amiya K等研究了(Fe_1-xCo_x)₄₈Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Tm₂(x＝0/0.2/0.4/0.6/0.8/1)體系的非晶形成能力和力學性能，但是該合金系中Co含量較高，增加了原材料成本，其他研究者降低了Co含量后會造成非晶形成能力急劇下降。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種具有明顯自旋玻璃行為的鐵基塊體非晶合金及其制備方法，解決現有鐵基非晶合金中Co含量較高，成本高，非晶形成能力差，效率低的問題。

技術方案：本發明所述的具有明顯自旋玻璃行為的鐵基塊體非晶合金，其分子式為：Fe_48-xCo_xCr₁₅Mo₁₄C_yB_21-yRE₂，其中1≤x≤7，3≤y≤17，x和y分別表示Co和C的原子百分比，RE為稀土元素。

其中，RE為Tb、Dy、Ho、Er或Tm中的一種。所述鐵基塊體非晶合金結構為完全非晶態結構，臨界直徑為1-8mm。玻璃化轉變溫度T_g為845-891K，晶化溫度T_x為906-953K。在2-60K溫度區間內具有明顯自旋玻璃行為。所述鐵基塊體非晶合金的直流磁化曲線中的零場冷曲線和場冷曲線有明顯的分叉行為，凍結溫度T_f為8.0-20.5K，并且交流磁化曲線中磁化率呈現尖峰狀，且隨著頻率的增加，峰形逐漸變得圓滑。

本發明所述的具有明顯自旋玻璃行為的鐵基塊體非晶合金的制備方法，包括以下步驟：

(1)根據分子式的原子百分比將純度不低于99wt.％的Fe、Co、Cr、Mo、Mo₃C、FeC、C、B、Tb、Dy、Ho、Er和Tm混合；

(2)將混合的原料置于電弧熔煉爐中，在惰性氣氛保護下進行熔煉，熔煉溫度為1000-1300℃，冷卻后得到成分均勻的母合金鑄錠；