CN105671461B - 一种非晶材料及其制备方法和用途 - Google Patents

一种非晶材料及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种非晶材料，所述非晶材料的化学通式为FeaCobNicModSieBf，式中a+b+c+c+d+e+f＝100at％，a＝26～40at％；b＝0～15at％；c＝38～41.5at％；d＝0～4at％；e＝0～2.5at％；f＝12～15at％。所述非晶材料既能满足声磁传感器的性能要求，又能满足工艺要求，且制备成本相对较低。

Description

一种非晶材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一种材料，具体涉及一种非晶材料及其制备方法和用途。
背景技术
声磁防盗系统是基于声磁传感技术的世界上最先进的电子防盗系统之一，其核心元件声磁防盗标签拥有着巨大的需求量和广阔的市场前景。声磁系统利用了音叉只有在振荡频率相同情况下才引起共振的物理原理，实现几乎零误报的操作。声磁标签是声磁防盗系统中的核心元件，通常由盒体、盖膜、非晶共振片和偏置磁片组成。磁性材料在交变磁场作用下长度发生变化，从而产生振动或声波，这种材料可将电磁能转换成机械能或声能，相反也可以将机械能转换成电磁能。非晶共振片可以是2826MB、FeNiCoSiB合金；偏置磁片可以是高碳钢、FeNiAlTi等材料，Hc范围为8-50Oe，适合用作可消磁的声磁传感器；FeCrCo、铁氧体、NdFeB等作为抗干扰、不消磁或难消磁声磁传感器。
众所周知，现有声磁传感器用非晶材料基本为两种，一种是2826MB，另一种是FeNiCoSiB合金，两种合金材料都可用来制作非晶声磁传感器。然而，2826MB非晶材料的制备过程和热处理环节，很容易出现脆断现象，严重影响生产效率和产品合格率。FeNiCoSiB合金的制备工艺和热处理工艺虽不易出现脆断现象，但价格显著高于2826MB。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供了一种非晶材料，本发明还提供了该非晶材料的制备方法，以及该非晶材料的用途。
为实现上述目的，所采取的技术方案：一种非晶材料，所述非晶材料的化学通式为FeaCobNicModSieBf，式中a+b+c+c+d+e+f＝100at％，a＝26～40at％；b＝0～15at％；c＝38～41.5at％；d＝0～4at％；e＝0～2.5at％；f＝12～15at％。
优选地，所述a＝26～40at％；b＝1.5～15at％；c＝38～41.5at％；d＝0.4～4at％；e＝0.25～2.5at％；f＝12～15at％。
本发明提供了上述所述的非晶材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将初始原料Fe、Ni、Co、Si、Mo和B按照配比混合后进行熔炼，然后浇注后冷却，得到母合金铸锭；
(2)将步骤(1)得到的母合金铸锭进行真空熔炼，得到熔体；
(3)对步骤(2)得到的熔体进行急速冷却、甩带制备出非晶合金薄带，即为所述非晶材料。
优选地，按原子百分比计，所述步骤(1)中初始原料Fe、Ni、Co、Si、Mo和B的纯度均不低于99.9％。
优选地，所述步骤(1)中熔炼温度为1450-1650℃，熔炼时间为20-60min，浇注温度为1000～1600℃；所述步骤(2)中真空熔炼温度为1150～1300℃，保温时间为10～30min，所述真空熔炼的真空度为0.1×10-2Pa～1×10-2Pa。
优选地，所述步骤(3)中急速冷却的冷却速度为100万℃/s。
优选地，所述步骤(2)中非晶合金薄带的厚度为20～29μm。
优选地，所述方法还包括将所述步骤(3)中制备的非晶合金薄带滚切成宽度为4～16mm、长度≥500m的非晶合金薄带。
优选地，所述步骤(3)中采用单辊熔体急冷法对步骤(2)得到的熔体进行急速冷却、甩带制备出非晶合金薄带。
优选地，所述方法还包括将滚切好的非晶合金薄带进行热处理，然后将热处理好的非晶合金薄带与偏置磁片材料进行配合裁切。优选地，与本发明所述非晶材料配合使用的偏置磁片材料的成分选自高碳钢、FeNiAlTi、铝钢、铁铬钴、铁氧体、NdFeB和SmCo合金钢中的一种或几种。
优选地，所述热处理温度为320～480℃，所述热处理过程中非晶合金薄带的运行速度为0.5m/min～20m/min。
本发明还提供了上述所述的非晶材料在制备声磁传感器中的用途。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种非晶材料，所述非晶材料既能满足声磁传感器的性能要求，又能满足工艺要求，且制备成本相对较低。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明所述非晶材料的化学式为FeaCobNicModSieBf，式中a+b+c+c+d+e+f＝100at％，a＝38.6at％；b＝1.5at％；c＝38.35at％；d＝0.4at％；e＝0.25at％；f＝12.3at％。
上述所述的非晶材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将初始原料Fe、Ni、Co、Si、Mo和B按照上述配比放入电弧熔炼炉中在1450℃下熔炼60min，然后在1000℃下浇注后冷却，得到母合金铸锭；
(2)将步骤(1)得到的母合金铸锭放入石英坩埚中，采用高频感应真空熔炼技术对所述母合金铸锭进行真空熔炼，真空熔炼温度为1150℃，保温时间为30min，所述真空熔炼的真空度为0.1×10-2Pa，得到熔体；
(3)采用单辊熔体急冷法对步骤(2)得到的熔体进行急速冷却、甩带制备出非晶合金薄带，所述急速冷却的冷却速度为100万℃/s，通过控制喷嘴的长度和宽度、喷嘴与铜套之间的距离和气氛的压力控制非晶合金薄带的厚度和宽度，制备出的非晶合金薄带厚度为20μm，单盘无断头长度≥500m。所述步骤(2)中保温结束后向石英坩埚中喷入一定压力的高纯氩气，当喷入的氩气对合金熔体的压力大于喷嘴狭缝对熔体的表面张力时，熔融金属则从喷嘴喷出。
(4)将所述步骤(3)中制备出的非晶合金薄带滚切成宽度为4mm、长度为500m的非晶合金薄带。
(5)将所述步骤(4)中滚切好的非晶合金薄带在480℃下进行热处理，热处理过程中非晶合金薄带的运行速度为20m/min，然后将热处理好的非晶合金薄带与偏置磁片材料进行配合裁切。
实施例2
本发明所述非晶材料的化学式为FeaCobNicModSieBf，式中a+b+c+c+d+e+f＝100at％，a＝35.8at％；b＝4.5at％；c＝39.05at％；d＝1.2at％；e＝0.75at％；f＝12.9at％。
上述所述的非晶材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将初始原料Fe、Ni、Co、Si、Mo和B按照上述配比放入电弧熔炼炉中在1500℃下熔炼45min，，然后在1600℃下浇注后冷却，得到母合金铸锭；
(2)将步骤(1)得到的母合金铸锭放入石英坩埚中，采用高频感应真空熔炼技术对所述母合金铸锭进行真空熔炼，真空熔炼温度为1300℃，保温时间为10min，所述真空熔炼的真空度为0.2×10-2Pa，得到熔体；
(3)采用单辊熔体急冷法对步骤(2)得到的熔体进行急速冷却、甩带制备出非晶合金薄带，所述急速冷却的冷却速度为100万℃/s，通过控制喷嘴的长度和宽度、喷嘴与铜套之间的距离和气氛的压力控制非晶合金薄带的厚度和宽度，制备出的非晶合金薄带厚度为29μm，单盘无断头长度≥500m。所述步骤(2)中保温结束后向石英坩埚中喷入一定压力的高纯氩气，当喷入的氩气对合金熔体的压力大于喷嘴狭缝对熔体的表面张力时，熔融金属则从喷嘴喷出。
(4)将所述步骤(3)中制备出的非晶合金薄带滚切成宽度为8mm、长度为500m的非晶合金薄带。
(5)将所述步骤(4)中滚切好的非晶合金薄带在450℃下进行热处理，热处理过程中非晶合金薄带的运行速度为16m/min，然后将热处理好的非晶合金薄带与偏置磁片材料进行配合裁切。
实施例3
本发明所述非晶材料的化学式为FeaCobNicModSieBf，式中a+b+c+c+d+e+f＝100at％，a＝33at％；b＝7.5at％；c＝39.75at％；d＝2at％；e＝1.25at％；f＝13.5at％。
上述所述的非晶材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将初始原料Fe、Ni、Co、Si、Mo和B按照上述配比放入电弧熔炼炉中在1550℃下熔炼40min，然后在1100℃下浇注后冷却，得到母合金铸锭；
(2)将步骤(1)得到的母合金铸锭放入石英坩埚中，采用高频感应真空熔炼技术对所述母合金铸锭进行真空熔炼，真空熔炼温度为1200℃，保温时间为20min，所述真空熔炼的真空度为0.3×10-2Pa，得到熔体；
(3)采用单辊熔体急冷法对步骤(2)得到的熔体进行急速冷却、甩带制备出非晶合金薄带，所述急速冷却的冷却速度为100万℃/s，通过控制喷嘴的长度和宽度、喷嘴与铜套之间的距离和气氛的压力控制非晶合金薄带的厚度和宽度，制备出的非晶合金薄带厚度为21μm，单盘无断头长度≥500m。所述步骤(2)中保温结束后向石英坩埚中喷入一定压力的高纯氩气，当喷入的氩气对合金熔体的压力大于喷嘴狭缝对熔体的表面张力时，熔融金属则从喷嘴喷出。
(4)将所述步骤(3)中制备出的非晶合金薄带滚切成宽度为10mm、长度为500m的非晶合金薄带。
(5)将所述步骤(4)中滚切好的非晶合金薄带在420℃下进行热处理，热处理过程中非晶合金薄带的运行速度为12m/min，然后将热处理好的非晶合金薄带与偏置磁片材料进行配合裁切。
实施例4
本发明所述非晶材料的化学式为FeaCobNicModSieBf，式中a+b+c+c+d+e+f＝100at％，a＝30.2at％；b＝10.5at％；c＝38～40.45at％；d＝2.8at％；e＝1.75at％；f＝14.1at％。
上述所述的非晶材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将初始原料Fe、Ni、Co、Si、Mo和B按照上述配比放入电弧熔炼炉中在1600℃下熔炼30min，然后在1200℃下浇注后冷却，得到母合金铸锭；
(2)将步骤(1)得到的母合金铸锭放入石英坩埚中，采用高频感应真空熔炼技术对所述母合金铸锭进行真空熔炼，真空熔炼温度为1250℃，保温时间为15min，所述真空熔炼的真空度为0.4×10-2Pa，得到熔体；
(3)采用单辊熔体急冷法对步骤(2)得到的熔体进行急速冷却、甩带制备出非晶合金薄带，所述急速冷却的冷却速度为100万℃/s，通过控制喷嘴的长度和宽度、喷嘴与铜套之间的距离和气氛的压力控制非晶合金薄带的厚度和宽度，制备出的非晶合金薄带厚度为22μm，单盘无断头长度≥500m。所述步骤(2)中保温结束后向石英坩埚中喷入一定压力的高纯氩气，当喷入的氩气对合金熔体的压力大于喷嘴狭缝对熔体的表面张力时，熔融金属则从喷嘴喷出。
(4)将所述步骤(3)中制备出的非晶合金薄带滚切成宽度为14mm、长度为500m的非晶合金薄带。
(5)将所述步骤(4)中滚切好的非晶合金薄带在400℃下进行热处理，热处理过程中非晶合金薄带的运行速度为10m/min，然后将热处理好的非晶合金薄带与偏置磁片材料进行配合裁切。
实施例5
本发明所述非晶材料的化学式为FeaCobNicModSieBf，式中a+b+c+c+d+e+f＝100at％，a＝27.4at％；b＝13.5at％；c＝41.15at％；d＝3.6at％；e＝2.25at％；f＝14.7at％。
上述所述的非晶材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将初始原料Fe、Ni、Co、Si、Mo和B按照上述配比放入电弧熔炼炉中在1650℃下熔炼20min，然后在1300℃下浇注后冷却，得到母合金铸锭；
(2)将步骤(1)得到的母合金铸锭放入石英坩埚中，采用高频感应真空熔炼技术对所述母合金铸锭进行真空熔炼，真空熔炼温度为1300℃，保温时间为10min，所述真空熔炼的真空度为0.5×10-2Pa，得到熔体；
(3)采用单辊熔体急冷法对步骤(2)得到的熔体进行急速冷却、甩带制备出非晶合金薄带，所述急速冷却的冷却速度为100万℃/s，通过控制喷嘴的长度和宽度、喷嘴与铜套之间的距离和气氛的压力控制非晶合金薄带的厚度和宽度，制备出的非晶合金薄带厚度为24μm，单盘无断头长度≥500m。所述步骤(2)中保温结束后向石英坩埚中喷入一定压力的高纯氩气，当喷入的氩气对合金熔体的压力大于喷嘴狭缝对熔体的表面张力时，熔融金属则从喷嘴喷出。
(4)将所述步骤(3)中制备出的非晶合金薄带滚切成宽度为16mm、长度为500m的非晶合金薄带。
(5)将所述步骤(4)中滚切好的非晶合金薄带在380℃下进行热处理，热处理过程中非晶合金薄带的运行速度为6m/min，然后将热处理好的非晶合金薄带与偏置磁片材料进行配合裁切。
实施例6
本发明所述非晶材料的化学式为FeaCobNicModSieBf，式中a+b+c+c+d+e+f＝100at％，a＝26at％；b＝14at％；c＝41.5at％；d＝4at％；e＝2.5at％；f＝12at％。
上述所述的非晶材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将初始原料Fe、Ni、Co、Si、Mo和B按照上述配比放入电弧熔炼炉中在1600℃下熔炼30min，，然后在1400℃下浇注后冷却，得到母合金铸锭；
(2)将步骤(1)得到的母合金铸锭放入石英坩埚中，采用高频感应真空熔炼技术对所述母合金铸锭进行真空熔炼，真空熔炼温度为1200℃，保温时间为20min，所述真空熔炼的真空度为0.7×10-2Pa，得到熔体；
(3)采用单辊熔体急冷法对步骤(2)得到的熔体进行急速冷却、甩带制备出非晶合金薄带，所述急速冷却的冷却速度为100万℃/s，通过控制喷嘴的长度和宽度、喷嘴与铜套之间的距离和气氛的压力控制非晶合金薄带的厚度和宽度，制备出的非晶合金薄带厚度为25μm，单盘无断头长度≥500m。所述步骤(2)中保温结束后向石英坩埚中喷入一定压力的高纯氩气，当喷入的氩气对合金熔体的压力大于喷嘴狭缝对熔体的表面张力时，熔融金属则从喷嘴喷出。
(4)将所述步骤(3)中制备出的非晶合金薄带滚切成宽度为10mm、长度为500m的非晶合金薄带。
(5)将所述步骤(4)中滚切好的非晶合金薄带在350℃下进行热处理，热处理过程中非晶合金薄带的运行速度为4m/min，然后将热处理好的非晶合金薄带与偏置磁片材料进行配合裁切。
实施例7
本发明所述非晶材料的化学式为FeaCobNicModSieBf，式中a+b+c+c+d+e+f＝100at％，a＝30at％；b＝15at％；c＝38at％；d＝1at％；e＝1at％；f＝15at％。
上述所述的非晶材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将初始原料Fe、Ni、Co、Si、Mo和B按照上述配比放入电弧熔炼炉中在1550℃下熔炼40min，然后在1500℃下浇注后冷却，得到母合金铸锭；
(2)将步骤(1)得到的母合金铸锭放入石英坩埚中，采用高频感应真空熔炼技术对所述母合金铸锭进行真空熔炼，真空熔炼温度为1150℃，保温时间为30min，所述真空熔炼的真空度为0.8×10-2Pa，得到熔体；
(3)采用单辊熔体急冷法对步骤(2)得到的熔体进行急速冷却、甩带制备出非晶合金薄带，所述急速冷却的冷却速度为100万℃/s，通过控制喷嘴的长度和宽度、喷嘴与铜套之间的距离和气氛的压力控制非晶合金薄带的厚度和宽度，制备出的非晶合金薄带厚度为26μm，单盘无断头长度≥500m。所述步骤(2)中保温结束后向石英坩埚中喷入一定压力的高纯氩气，当喷入的氩气对合金熔体的压力大于喷嘴狭缝对熔体的表面张力时，熔融金属则从喷嘴喷出。
(4)将所述步骤(3)中制备出的非晶合金薄带滚切成宽度为6mm、长度为500m的非晶合金薄带。
(5)将所述步骤(4)中滚切好的非晶合金薄带在340℃下进行热处理，热处理过程中非晶合金薄带的运行速度为2m/min，然后将热处理好的非晶合金薄带与偏置磁片材料进行配合裁切。
实施例8
本发明所述非晶材料的化学式为FeaCobNicModSieBf，式中a+b+c+c+d+e+f＝100at％，a＝40at％；b＝5at％；c＝39at％；d＝2at％；e＝1at％；f＝13at％。
上述所述的非晶材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将初始原料Fe、Ni、Co、Si、Mo和B按照上述配比放入电弧熔炼炉中在1450℃下熔炼60min，然后在1600℃下浇注后冷却，得到母合金铸锭；
(2)将步骤(1)得到的母合金铸锭放入石英坩埚中，采用高频感应真空熔炼技术对所述母合金铸锭进行真空熔炼，真空熔炼温度为1200℃，保温时间为20min，所述真空熔炼的真空度为1×10-2Pa，得到熔体；
(3)采用单辊熔体急冷法对步骤(2)得到的熔体进行急速冷却、甩带制备出非晶合金薄带，所述急速冷却的冷却速度为100万℃/s，通过控制喷嘴的长度和宽度、喷嘴与铜套之间的距离和气氛的压力控制非晶合金薄带的厚度和宽度，制备出的非晶合金薄带厚度为27μm，单盘无断头长度≥500m。所述步骤(2)中保温结束后向石英坩埚中喷入一定压力的高纯氩气，当喷入的氩气对合金熔体的压力大于喷嘴狭缝对熔体的表面张力时，熔融金属则从喷嘴喷出。
(4)将所述步骤(3)中制备出的非晶合金薄带滚切成宽度为8mm、长度为500m的非晶合金薄带。
(5)将所述步骤(4)中滚切好的非晶合金薄带在320℃下进行热处理，热处理过程中非晶合金薄带的运行速度为0.5m/min，然后将热处理好的非晶合金薄带与偏置磁片材料进行配合裁切。
实施例9
将实施例1-8制备的非晶材料进行性能测试，测试结果如表1所示，由于Co价格昂贵，与现有非晶材料相比，本发明所述非晶材料中的Co含量相对较低，即降低了制备成本，并且从表1结果可知，本发明所述非晶材料不仅能满足声磁传感器的性能要求，还能满足工艺要求。
表1 本发明所述非晶材料的性能测试
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种非晶材料，其特征在于，所述非晶材料的化学通式为FeaCobNicModSieBf，式中a+b+c+c+d+e+f＝100at％，所述a＝30at％；b＝15at％；c＝38at％；d＝1at％；e＝1at％；f＝15at％；
所述非晶材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将初始原料Fe、Ni、Co、Si、Mo和B按照配比混合后进行熔炼，然后浇注后冷却，得到母合金铸锭；
(2)将步骤(1)得到的母合金铸锭进行真空熔炼，得到熔体；
(3)对步骤(2)得到的熔体进行急速冷却、甩带制备出非晶合金薄带，即为所述非晶材料；
所述步骤(1)中熔炼温度为1550℃，熔炼时间为40min，浇注温度为1500℃；所述步骤(2)中真空熔炼温度为1150℃，保温时间为30min，所述真空熔炼的真空度为0.8×10-2Pa。
2.一种如权利要求1所述的非晶材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将初始原料Fe、Ni、Co、Si、Mo和B按照配比混合后进行熔炼，然后浇注后冷却，得到母合金铸锭；
(2)将步骤(1)得到的母合金铸锭进行真空熔炼，得到熔体；
(3)对步骤(2)得到的熔体进行急速冷却、甩带制备出非晶合金薄带，即为所述非晶材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，按原子百分比计，所述步骤(1)中初始原料Fe、Ni、Co、Si、Mo和B的纯度均不低于99.9％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中非晶合金薄带的厚度为20～29μm。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括将所述步骤(3)中制备的非晶合金薄带滚切成宽度为4～16mm、长度≥500m的非晶合金薄带。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括将滚切好的非晶合金薄带进行热处理，然后将热处理好的非晶合金薄带与偏置磁片材料进行配合裁切。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述热处理温度为320～480℃，所述热处理过程中非晶合金薄带的运行速度为0.5m/min～20m/min。
8.如权利要求1所述的非晶材料在制备声磁传感器中的用途。
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