CN100432268C - 一种Fe基大块非晶合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Fe基大块非晶合金及其制备方法。本发明的Fe基大块非晶合金成分(原子百分含量)为：Fe：48～70%；Nd：23～37%；Al：4～10%；B：2～6%。制备过程如下：(1)按上述合金配方配料，用真空非自耗电弧炉在氩气保护下熔炼，并将母合金翻身熔炼数次；(2)采用铜模负压吸铸法浇注，制得大块非晶合金；(3)将大块非晶合金在外加脉冲磁场频率0.02～0.05Hz，磁场2～8T的条件下，在100～350℃，进行真空退火10～30分钟。本发明的大块非晶合金经过外加脉冲磁场退火后磁性能有很大的提高，特别是剩磁可提高25.9%。

Description

一种Fe基大块非晶合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种Fe基大块非晶合金及其制备方法，属磁性合金材料及加工工艺技术领域。

背景技术

磁性材料非晶合金纳米晶化的研究方法，主要有非晶的常规退火法、闪光退火法、超短脉冲电流处理纳米晶化法和射频磁场处理方法等。1990年，卢柯提出了制备纳米晶体的一种新方法——非晶完全晶化法，该方法具有工艺简单、晶粒度易于控制、界面清洁且不含微孔洞等优点。该制备方法在国际纳米材料界得到同行的广泛认可，成为当今国际纳米材料的3种主要制备方法之一。东北大学的晁月盛等人对非晶合金Fe₇₈Si₉B₁₃进行了低频脉冲磁场处理，用穆斯堡尔谱学、透射电镜等方法观察处理试样的微观结构变化。研究发现，当脉冲频率20～25Hz，磁场16～32kAPm，作用时间t≤2min，合金发生了纳米晶化，纳米相α-Fe(Si)晶粒尺寸为10nm。

日本的Ito等人在旋转式磁场中对Fe_94-xNb₆B_x(x＝10，12和14)合金进行退火，它与普通条件下退火的合金相比，表现出更小的矫顽力。并且在旋转式磁场中退火后，随着B含量的升高，其低矫顽力有升高的趋势，表明降低各向异性的技术有效效果主要依赖于合金的成分。Miguel.C等，对成分为(Co₇₇Si_13.5g_9.5)₉₀Fe₇Nb₃的非晶条带在磁场下采用焦耳加热效应进行退火，并且在热处理过程中，外加应力和轴向磁场式分别是500Mpa和750A/m。结果发现了单轴平面磁畴各向异性效应的存在，且这种效应强烈影响了材料的软磁性。

人们从二十世纪九十年代对Fe基大块非晶合金展开研究。1995年，日本的东京大学Inoue课题组发现了Fe-(Al，Ga)-(P，C，B，Ge，Si)体系的铁基大块非晶，并在1997年用铜模铸造法制备出Fe-(Co，Ni)-(Zr，Hf，Nb)-B非晶合金，这些合金都具有一定的软磁性能。从1998年起，张伟等人在Fe-Co-Nd-B的体系中加入了少量的Dy，使其过冷液相区变宽，大块非晶形成能力增强，并且加入Dy后，材料硬磁性性能加强，或者在室温条件下表现为软磁性，而在退火后使其具有了硬磁性。他们还尝试了Fe_90-x-yCo_xLn_yB₂₀(Ln＝Nd，Sm，Tb or Dy)体系，大块非晶的尺寸大约为0.5～1.0mm，其中Fe_66.5Co₁₀Pr_3.5B₂₀的尺寸为0.75mm，在退火后使其具有了较强的硬磁性。2005-2006年期间，J.M.Park等人报道Fe-Nb-B-Y(Zr，Co)具有很好的非晶形成能力和软磁性。2006年，台湾T.S.Chin报道三元体系Fe-B-Y，在很大范围能可以形成非晶，并具有软磁性。

在现有的文献中，Fe基大块非晶的硬磁性是通过吸铸法得到，或者在非晶合金制备后进行退火，从而提高非晶合金的矫顽力。我们在用吸铸法制备得到具有较好硬磁性的Fe基大块非晶合金，并使用外加脉冲磁场退火处理，从而进一步提高非晶合金的硬磁性。

发明内容

本发明的目的是提供一种Fe基大块非晶合金及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术手段来实现的。

一种Fe基大块非晶合金，其特征在于该合金的成分，以原子百分含量计为：

Fe    48～70％

Nd    23～37％

Al    4～10％

B     2～6％。

上述Fe基大块非晶合金的制备方法，其特征在于该方法具有以下工艺步骤：

a.将工业纯金属原料Fe、Nd、Al以及FeB合金，按Fe基大块非晶合金成分以原子百分含量计为：Fe 48～70％、Nd 23～37％、Al 4～10％、B 2～6％进行配料，然后用真空非自耗电弧炉在氩气保护下进行熔炼，熔炼电流密度为100～220A/cm²，将熔炼合金翻身熔炼3～5次；

b.采用铜模负压吸铸法浇注，制得大块非晶合金；

c.将上述大块非晶合金在100～350℃，真空度为(3～5)×10^-3Pa条件下，进行外加脉冲磁场退火，退火时间为10～30分钟，外加脉冲磁场频率为0.02～0.05Hz，磁场强度为2～8T。

本发明中所用的原料为纯金属Fe、Nd、Al以及FeB中间合金。

本发明合金具有较好的非晶形成能力，在室温下表现为优良的硬磁性。本发明是对大块非晶合金材料进行的外加脉冲磁场热处理，从而使Fe基大块非晶合金的磁性能有很大的提高，尤其是Fe基大块非晶合金的剩磁有明显的提高。图1为本发明的铁基大块非晶合金在室温下的磁滞回线图，图中比较了经过外加脉冲磁场退火和未加磁场退火样品的磁性能。可以看出，本发明的合金材料经过外加脉冲磁场退火后，未加磁场退火的铁基大块非晶合金剩磁为13.9Am²kg^-1，而通过外加脉冲磁场退火的铁基大块非晶合金的剩磁为17.5Am²kg^-1，提高了25.9％。

本发明的特点是：1)特殊的合金配方；2)使用非常简单的工艺方式，得到具有较好硬磁性的Fe基大块非晶合金；3)通过把Fe基大块非晶合金加热到一定温度(晶化温度以下)以及外加脉冲磁场处理，使大块非晶合金的磁畴发生偏转，提高非晶合金的剩磁，从而进一步改进铁基大块非晶合金的磁性能。具有较好的硬磁性的Fe基大块非晶合金，可以广泛用于信息、通讯、计算机等领域的磁性器件。这种Fe基大块非晶合金由于其简便的工艺，可以克服现有磁性材料加工工艺复杂、元件尺寸受限制的问题，使应用领域进一步扩大。

附图说明

图1为本发明的铁基大块非晶合金在室温下的磁滞回线图

具体实施方式

现将本发明的实施例具体叙述于后。

实施例1

本实施例的铁基大块非晶合金的成分(原子百分含量)为：Fe 53％、Nd 33％、Al 10％、B 4％。制备过程和步骤如下：将工业纯金属原料Fe、Nd、Al以及FeB合金按本实施例的Fe基大块非晶合金成分配制20克，然后用真空非自耗电弧炉在氩气保护下进行熔炼，熔炼电流密度为150A/cm²，将熔炼合金翻身熔炼4次；采用铜模负压吸铸法浇注，得到尺寸为1mm×10mm×80mm的块体非晶合金；将上述大块非晶合金在280℃，真空度为4×10^-3Pa条件下，进行外加脉冲磁场退火，退火时间为15分钟，外加脉冲磁场频率为0.04Hz，磁场强度为5T，最后制得本发明的铁基大块非晶合金。

本实施例中所制得的铁基大块非晶合金，经过未加磁场退火和外加脉冲磁场退火两种处理方案。在室温下，对两种处理工艺的铁基大块非晶合金，进行磁性能测量，对比图见附图1。从附图中可看出本发明的铁基大块非晶合金经过外加脉冲磁场退火后，其磁性能有了明显的提高。特别是此合金的剩磁，由未加脉冲磁场退火样品的σr＝13.9Am²kg^-1提高到σr＝17.5Am²kg^-1，剩磁的提高幅度高达25.9％。

实施例2

本实施例的铁基大块非晶合金的成分(原子百分含量)为：Fe 65％、Nd 27％、Al 6％、B2％。制备过程和步骤如下：将工业纯金属原料Fe、Nd、Al以及FeB合金按本实施例的Fe基大块非晶合金成分配制30克，然后用真空非自耗电弧炉在氩气保护下进行熔炼，熔炼电流密度为200A/cm²，将熔炼合金翻身熔炼4次；采用铜模负压吸铸法浇注，得到尺寸为1mm×10mm×80mm的块体非晶合金；将上述大块非晶合金在160℃，真空度为3×10^-3Pa条件下，进行外加脉冲磁场退火，退火时间为25分钟，外加脉冲磁场频率为0.025Hz，磁场强度为3T，最后制得本发明的铁基大块非晶合金。

本实施例中所制得的铁基大块非晶合金，经过未加磁场退火和外加脉冲磁场退火两种处理方案。在室温下，对两种处理工艺的铁基大块非晶合金，进行磁性能测量，可得知本发明的铁基大块非晶合金经过外加脉冲磁场退火后，其磁性能有了明显的提高。特别是此合金的剩磁，由未加脉冲磁场退火样品的σr＝12.1Am²kg^-1提高到σr＝14.5Am²kg^-1，剩磁的提高幅度高达19.8％。

Claims (2)

1.一种Fe基大块非晶合金，其特征在于该合金的成分，以原子百分含量计为：

Fe     48～70％

Nd     23～37％

Al     4～10％

B      2～6％。

2.一种用于权利要求1所述的Fe基大块非晶合金的制备方法，其特征在于该方法具有以下工艺步骤：

a.将工业纯金属原料Fe、Nd、Al以及FeB合金，按Fe基大块非晶合金成分以原子百分含量计为：Fe 48～70％、Nd 23～37％、Al 4～10％、B 2～6％进行配料，然后用真空非自耗电弧炉在氩气保护下进行熔炼，熔炼电流密度为100～220A/cm²，将熔炼合金翻身熔炼3～5次；

b.采用铜模负压吸铸法浇注，制得大块非晶合金；

c.将上述大块非晶合金在100～350℃，真空度为(3～5)×10^-3Pa条件下，进行外加脉冲磁场退火，退火时间为10～30分钟，外加脉冲磁场频率为0.02～0.05Hz，磁场强度为2～8T。