CN106544603A - 一种高居里温度的钴基非晶软磁合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高居里温度的钴基非晶软磁合金及其制备方法，其合金成分为Co_xSc_100-x，式中x为原子百分比，且满足89≤x≤91。本发明所述非晶合金具有较高的居里温度和较大的饱和磁感应强度，其居里温度高达860K,是目前非晶软磁合金达到的最好性能，饱和磁感应强度达到1.32T，可与铁基非晶合金相媲美。

Description

一种高居里温度的钴基非晶软磁合金及其制备方法

技术领域

本发明属于非晶态合金领域，特别涉及一种兼备较高居里温度和较大饱和磁感应强度的钴基非晶软磁合金及其制备方法。

背景技术

非晶态金属合金又称为金属玻璃，是一类具有短程有序，长程无序结构的合金材料，可通过液相急冷、气相沉积、高能离子注入等方法获得。非晶态金属合金中的原子呈无序排列，所以不存在晶态金属中的空位、位错、晶界及层错等缺陷，这一特性使其不仅具有高强度、高硬度、高耐腐蚀耐磨性、高疲劳抗力、低杨氏模量等，而且还表现出优越的磁、电性能，在电子电力、通讯技术、抗电磁干扰、开关电源、传感器等技术领域具有广泛的应用前景。

非晶态金属合金开发最多的是作为软磁材料的一类。非晶态软磁合金中不存在晶界、亚晶界、第二项颗粒等障碍对畴壁的钉扎作用，更容易磁化和退磁，而且磁滞损失非常小。因此用非晶态合金制备的软磁材料可明显降低能源损耗，提高能源利用率。现在市场上的非晶软磁材料产品主要包括铁基、钴基、铁镍基等非晶合金。典型的合金成分为：(Fe,Co,Ni)_70-85(Si,B,M)_15-30，其中Si,B为类金属，M为Nb,Mo,Zr,Hf等前过渡金属。钴基非晶合金的饱和磁致伸缩系数接近于零，拥有很低的矫顽力和较高的磁导率，对应力不敏感，可替代铁氧体和坡莫合金用于制作要求严格的变压器、磁性传感器等器件。然而，现有钴基非晶合金的合金成分复杂，饱和磁感应强度低，应用温度不够高，限制了其在小型器件和高温下的应用，为了解决这些问题，开发一种成分简单，并具有较大饱和磁感应强度和高居里温度的钴基非晶合金就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析和存在问题，提供一种具有较高居里温度和较大饱和磁感应强度的钴基非晶软磁材料及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案为：

一种钴基非晶软磁合金，成分为Co_xSc_100-x，式中x为原子百分比，且满足89≤x≤91。

所述的钴基非晶软磁合金的居里温度高达860K、饱和磁化强度达到1.32T。

所述的钴基非晶软磁合金为条带状合金。

上述非晶软磁合金的制备方法，步骤如下：

1)按照分子式Co_xSc_100-x将目标成分的原子百分比转化成质量百分比，称取纯度为99.9％的Co和Sc待用；

2)将步骤1得到的原料混合后采用真空电弧熔炼法熔炼制成母合金锭；

3)将步骤2获得的母合金锭去除表面氧化层后超声清洗；

4)用单辊快淬法制备非晶合金条带。

与现有技术相比，本发明的优点：

通过本发明所述方法制得的非晶合金具有优异的软磁性能，其居里温度高达860K,是目前非晶软磁合金达到的最好性能，饱和磁化强度达到1.32T,可与铁基非晶合金相媲美。

附图说明

图1是实施例1制得的非晶合金Co₉₀Sc₁₀的XRD图。

图2是实施例1制得的非晶合金Co₉₀Sc₁₀的室温磁滞回线。

图3是实施例1制得的非晶合金Co₉₀Sc₁₀的热磁曲线。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明做进一步详细描述。

实施实例1：

该实施例采用单辊快淬法制备成分为Co₉₀Sc₁₀的连续非晶条带样品，并用X射线衍射仪和振动样品磁强计表征其结构及磁学性能。

1)按照分子式Co₉₀Sc₁₀将目标成分的原子百分比转化成质量百分比，称取纯度为99.9％的Co和Sc待用；

2)将步骤1得到的原料混合后放在真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，首先抽真空至10Pa，充入氩气后再次抽真空至10Pa，反复三次，然后充入氩气至气压为700mbar，将原料熔化，持续熔炼30s，随后让合金熔浆随铜坩埚冷却至室温，最后将其翻转，反复熔炼4次，得到成分均匀的母合金锭。

3)将步骤2获得的母合金锭表面氧化层用砂纸磨去，之后置于酒精中超声清洗。

4)将步骤3得到的母合金锭装入下端开口的石英玻璃管中，然后置入单辊快淬设备的感应线圈中，抽真空至10^-4Pa，随后充入氩气进行熔炼，最后利用压力差将熔融的合金液喷射到高速旋转的铜辊上，制得连续的合金条带。

5)用X射线衍射法表征Co₉₀Sc₁₀条带样品的结构。X射线衍射结果表明Co₉₀Sc₁₀条带样品的XRD图谱上只存在一个宽的漫散射峰，证明其结构是完全非晶态结构。测试结果如图1。

6)用振动样品磁强计测量Co₉₀Sc₁₀条带的室温磁滞回线，得到饱和磁感应强度，测量过程的最大外磁场为1KOe。测试结果如图2。对Co₉₀Sc₁₀条带的高温热磁曲线进行分析，得到居里温度。升温速率5K/min，温度范围300-1000K,外加磁场为2KOe，结果如图3所示。

比较实施例1：

该实施例采用单辊快淬法制备成分为Co₈₄Sc₁₆的条带合金样品，并用X射线衍射仪表征其结构。

1)按照分子式Co₈₄Sc₁₆将目标成分的原子百分比转化成质量百分比，称取纯度为99.9％的Co和Sc待用；

2)将步骤1得到的原料混合后放在真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，首先抽真空至10Pa，充入氩气后再次抽真空至10Pa，反复三次，然后充入氩气至气压为700mbar，将原料熔化，持续熔炼30s，随后让合金熔浆随铜坩埚冷却至室温，最后将其翻转，反复熔炼4次，得到成分均匀的母合金锭。

3)将步骤2获得的母合金锭表面氧化层用砂纸磨去，之后置于酒精中超声清洗。

4)将步骤3得到的母合金锭装入下端开口的石英玻璃管中，然后置入单辊快淬设备的感应线圈中，抽真空至10^-4Pa，随后充入氩气进行熔炼，最后利用压力差将熔融的合金液喷射到高速旋转的铜辊上，制得连续的合金条带。

5)用X射线衍射法表征Co₈₄Sc₁₆条带样品的结构。X射线衍射结果表明Co₈₄Sc₁₆结构属于晶态结构。

比较实施例2：

该实施例采用单辊快淬法制备成分为Co₈₆Sc₁₄的条带合金样品，并用X射线衍射仪表征其结构。

1)按照分子式Co₈₆Sc₁₄将目标成分的原子百分比转化成质量百分比，称取纯度为99.9％的Co和Sc待用；

2)将步骤1得到的原料混合后放在真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，首先抽真空至10Pa，充入氩气后再次抽真空至10Pa，反复三次，然后充入氩气至气压为700mbar，将原料熔化，持续熔炼30s，随后让合金熔浆随铜坩埚冷却至室温，最后将其翻转，反复熔炼4次，得到成分均匀的母合金锭。

3)将步骤2获得的母合金锭表面氧化层用砂纸磨去，之后置于酒精中超声清洗。

4)将步骤3得到的母合金锭装入下端开口的石英玻璃管中，然后置入单辊快淬设备的感应线圈中，抽真空至10^-4Pa，随后充入氩气进行熔炼，最后利用压力差将熔融的合金液喷射到高速旋转的铜辊上，制得连续的合金条带。

5)用X射线衍射法表征Co₈₆Sc₁₄条带样品的结构。X射线衍射结果表明Co₈₆Sc₁₄结构属于晶态结构。

比较实施例3：

该实施例采用单辊快淬法制备成分为Co₈₈Sc₁₂的条带合金样品，并用X射线衍射仪表征其结构。

1)按照分子式Co₈₈Sc₁₂将目标成分的原子百分比转化成质量百分比，称取纯度为99.9％的Co和Sc待用；

2)将步骤1得到的原料混合后放在真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，首先抽真空至10Pa，充入氩气后再次抽真空至10Pa，反复三次，然后充入氩气至气压为700mbar，将原料熔化，持续熔炼30s，随后让合金熔浆随铜坩埚冷却至室温，最后将其翻转，反复熔炼4次，得到成分均匀的母合金锭。

3)将步骤2获得的母合金锭表面氧化层用砂纸磨去，之后置于酒精中超声清洗。

4)将步骤3得到的母合金锭装入下端开口的石英玻璃管中，然后置入单辊快淬设备的感应线圈中，抽真空至10^-4Pa，随后充入氩气进行熔炼，最后利用压力差将熔融的合金液喷射到高速旋转的铜辊上，制得连续的合金条带。

5)用X射线衍射法表征Co₈₈Sc₁₂条带样品的结构。X射线衍射结果表明Co₈₈Sc₁₂结构属于晶态结构。

比较实施例4：

该实施例采用单辊快淬法制备成分为Co₉₂Sc₈的条带合金样品，并用X射线衍射仪表征其结构。

1)按照分子式Co₉₂Sc₈将目标成分的原子百分比转化成质量百分比，称取纯度为99.9％的Co和Sc待用；

2)将步骤1得到的原料混合后放在真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，首先抽真空至10Pa，充入氩气后再次抽真空至10Pa，反复三次，然后充入氩气至气压为700mbar，将原料熔化，持续熔炼30s，随后让合金熔浆随铜坩埚冷却至室温，最后将其翻转，反复熔炼4次，得到成分均匀的母合金锭。

3)将步骤2获得的母合金锭表面氧化层用砂纸磨去，之后置于酒精中超声清洗。

4)将步骤3得到的母合金锭装入下端开口的石英玻璃管中，然后置入单辊快淬设备的感应线圈中，抽真空至10^-4Pa，随后充入氩气进行熔炼，最后利用压力差将熔融的合金液喷射到高速旋转的铜辊上，制得连续的合金条带。

5)用X射线衍射法表征Co₉₂Sc₈条带样品的结构。X射线衍射结果表明Co₉₂Sc₈结构属于晶态结构。

实施例1及比较实施例1-4所制得合金的形态和各项性能如下表所示:

Claims (6)

1.一种钴基非晶软磁合金，其特征在于，所述的合金为非晶合金，其成分为Co_xSc_100-x，式中x为原子百分比，且满足89≤x≤91。

2.一种钴基非晶软磁合金，其特征在于，所述的合金为非晶合金，其成分为Co_xSc_100-x，式中x为原子百分比，且满足x＝90。

3.如权利要求1或2所述的钴基非晶软磁合金，其特征在于，所述的钴基非晶软磁合金的居里温度高达860K、饱和磁化强度达到1.32T。

4.如权利要求1或2所述的钴基非晶软磁合金，其特征在于，所述的钴基非晶软磁合金为条带状合金。

5.如权利要求1或2任一所述的钴基非晶软磁合金的制备方法，其特征在于，步骤如下：

1)按照分子式Co_xSc_100-x将目标成分的原子百分比转化成质量百分比，称取纯度为99.9％的Co和Sc待用；

2)将步骤1得到的原料混合后采用真空电弧熔炼法熔炼制成母合金锭；

3)将步骤2获得的母合金锭去除表面氧化层后超声清洗；

4)用单辊快淬法制备非晶合金条带。

6.如权利要求5所述的钴基非晶软磁合金的制备方法，其特征在于，步骤2)中，母合金锭制备过程如下：将原料置于真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，首先抽真空至10Pa，充入氩气后再次抽真空至10Pa，反复三次，然后充入氩气至气压为700mbar，将原料熔化，持续熔炼30s，随后让合金熔浆随铜坩埚冷却至室温，最后将其翻转，反复熔炼4次，得到成分均匀的母合金锭。