CN110387511A - 一种Co-Ni-Nb-B系非晶合金条带及其制备方法 - Google Patents

一种Co-Ni-Nb-B系非晶合金条带及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Co‑Ni‑Nb‑B系非晶合金条带及其制备方法，该非晶合金条带的组成成分为(Co100‑xNix)100‑a‑bNbaBb，其中10≤x≤90、8＜a＜12、30＜b＜35。本发明的非晶合金液态流动性好，通过熔体旋淬法制得条带，在较宽的成分范围内具有较大的过冷液相区间(40K‑60K)，表现出优异的玻璃化形成能力，如(Co60Ni40)56Nb11B33成分的母合金可制备出2‑4m长的非晶条带，成型能力很好，具有广泛商业化应用前景。

Description

一种Co-Ni-Nb-B系非晶合金条带及其制备方法
技术领域
本发明属于非晶态合金领域，具体涉及一种Co-Ni-Nb-B系非晶合金条带及其制备方法。
背景技术
非晶合金是上个世纪60年代开始开发的一种新型金属材料，与普通的晶态合金相比，非晶合金具有许多优异的性能，如软磁性、硬磁性、高强度、高硬度、高耐腐蚀性等，使其在通讯、航空航天、医疗、军用、计算机及节能环保等领域中具有广泛的应用前景。此外，非晶合金对材料科学和工程技术的发展也有十分重要的意义，因为在这种高稳定过冷液相玻璃合金的基础上可以开发出一系列具有更高更独特性能的结构材料和功能材料，进一步的研究必将推动材料基础科学和工程应用的发展。
探索新合金，提高其非晶形成能力和性能，仍然是非晶合金领域的一项主要研究内容。Co基非晶合金不仅在力学性能上表现优异(强度最高的是Co基非晶)，在软磁性能上具有磁导率高、矫顽力低、电导率高、磁致伸缩系数接近于0的特点。因而Co基非晶合金具有很好的开发价值和广泛的应用前景。
相似元素替换，就是用相似元素去替换既定合金中的元素，从而获得新成分体系的非晶合金，使非晶合金的非晶形成能力与性能得到改善的一种方法。在非晶合金中，通过相似元素替换来提高非晶合金的玻璃形成能力，已在Mg基、La基和Fe基等多个合金体系中得到很好验证。
发明内容
本发明公开了一种Co-Ni-Nb-B系非晶合金条带及其制备方法，旨在利用元素替换的方法，将Co基非晶合金中的部分Co由Ni来替换，以提高其性能。
本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：
本发明首先公开了一种Co-Ni-Nb-B系非晶合金条带，其特点在于：所述Co-Ni-Nb-B系非晶合金条带的组成成分为(Co100-xNix)100-a-bNbaBb，其中10≤x≤90、8＜a＜12、30＜b＜35。
进一步地，所述的Co-Ni-Nb-B系非晶合金条带所用合金原材料Co、Ni、Nb、B的纯度均不低于99.9wt.％。
本发明所述的Co-Ni-Nb-B系非晶合金条带的厚度范围为10-50μm，长度可达4m。
本发明还公开了所述Co-Ni-Nb-B系非晶合金条带的制备方法，其特点在于：是将各原料配料后，在高纯Ar气氛保护下，用真空电弧熔炼炉反复熔炼四次得到母合金，再通过熔体旋淬法将母合金制备成非晶合金条带。具体包括如下步骤：
1、原材料的处理：将纯度不低于99.9wt.％的原材料Co、Ni、Nb、B通过机械打磨、除油、酸洗、超声波震荡除去原材料表面的杂质。
2、母合金的制备：将处理后的原材料按照原子百分比进行配料，然后在高纯Ar气氛保护下，通过真空电弧熔炼炉熔炼，为了保证母合金铸锭的成分均匀，铸锭在炉内配合电磁搅拌，反复翻转熔炼4次以上。
3、高真空甩带：在抽完高真空的单辊甩带机中，充入高纯Ar气氛保护，利用感应加热的方法将上述母合金铸锭熔化，利用熔体旋淬的方式将熔融态的母合金制备成非晶条带。
本发明有益效果体现在：
(1)本发明的Co-Ni-Nb-B系非晶合金液态流动性好，通过熔体旋淬法制成条带，在较宽的成分范围内具有较大的过冷液相区间(40K-60K)，表现出优异的玻璃化形成能力，如(Co60Ni40)56Nb11B33成分的母合金可制备出2-4m长的非晶条带，成型能力很好，具有广泛商业化应用前景。
(2)本发明的Co-Ni-Nb-B系非晶合金条带采用熔体旋淬法制备，制备方法简单、易操作、成本低、环境友好，整个制备过程不需要特殊设备，能进行大规模工业化生产，得到的合金带材品质较高。
附图说明
图1为实施例1所得(Co80Ni20)58Nb10B32非晶合金条带的XRD图，试验使用Cu靶的Kα射线，功率8kW，扫描速度：4°/min；
图2为实施例2所得(Co60Ni40)58Nb10B32非晶合金条带的XRD图，试验使用Cu靶的Kα射线，功率8kW，扫描速度：4°/min；
图3为实施例3所得(Co60Ni40)60Nb9B31非晶合金条带的XRD图，试验使用Cu靶的Kα射线，功率8kW，扫描速度：4°/min。
图4为实施例4所得(Co60Ni40)56Nb11B33非晶合金条带的XRD图，试验使用Cu靶的Kα射线，功率8kW，扫描速度：4°/min。
图5为实施例1-4制备的合金的DSC曲线，加热速率20K/min，Tg为玻璃化转变温度；Tx为晶化温度；ΔTx为过冷液相区宽度，ΔTx＝Tx-Tg。(专利中不允许彩色图，请调为黑白，)
图6为实施例4中一根(Co60Ni40)56Nb11B33非晶合金条带的样品照片。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。以下内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
下述实施例的Co-Ni-Nb-B系非晶合金母合金在真空电弧熔炼炉中熔炼制得，所用设备型号为：WK系列非自耗真空电弧熔炼炉，物科光电，中国(北京)。
下述实施例的Co-Ni-Nb-B系非晶合金条带通过熔体旋淬法制得，所用设备型号为：WK，物科光电，中国(北京)。
下述实施例的Co-Ni-Nb-B系非晶合金条的非晶结构特性采用X射线衍射法(XRD)检测，所用型号为：X’Pert Pro MPD X射线衍射仪，帕纳科(Panalytical)，荷兰。
实施例1：(Co80Ni20)58Nb10B32非晶合金条带
1、原材料的处理：以纯度为99.90wt.％的Co、Ni、Nb、B单质作为原料；通过机械打磨、除油、酸洗、超声波震荡除去原材料表面的杂质。
2、母合金的制备：将处理后的原材料按照原子百分比进行配料，然后在纯度为99.99％的Ar气氛保护下，通过真空电弧熔炼炉熔炼，为了保证母合金铸锭的成分均匀，铸锭在炉内配合电磁搅拌，反复翻转熔炼4次以上，冷却后得到母合金铸锭。
3、高真空甩带：将母合金铸锭放入真空感应炉内进行二次熔炼，抽到高真空后通入纯度为99.99％的氩气，调节喷射压力，通过缓慢增加感应电流，待合金完全融化后，将熔融态合金通过喷嘴喷至旋转的水冷铜辊上，通过急速冷却制备成非晶合金带材。制备非晶合金带材的主要工艺参数为：感应电流缓慢增加至40A；熔融态合金喷到水冷铜辊上的压力1.0MPa；喷嘴到水冷铜辊的间距为0.5mm；水冷却铜辊的转速为2100r/min。
本实施例制备的(Co80Ni20)58Nb10B32非晶合金条带厚度为25±5μm、宽度为2±0.5mm、长度在50-60cm。
用X射线衍射法表征本实施例所得非晶合金条带的结构，结果如图1所示。(Co80Ni20)58Nb10B32非晶合金条带的XRD谱线上仅存唯一的宽而弥散的馒头峰，没有看到明显与晶体相相对应的衍射峰存在，这是非晶合金的典型特征，可以断定本实施例所得合金为完全的非晶态组织。
用高温DSC仪器测试本实施例所得非晶合金条带的热力学参数，结果如图5所示，可以看出样品有明显的吸热峰，为非晶态组织，过冷液相区间长度为41K。
实施例2：(Co60Ni40)58Nb10B32非晶合金条带
1、原材料的处理：以纯度为99.90wt.％的Co、Ni、Nb、B单质作为原料；通过机械打磨、除油、酸洗、超声波震荡除去原材料表面的杂质。
2、母合金的制备：将处理后的原材料按照原子百分比进行配料，然后在纯度为99.99％的Ar气氛保护下，通过真空电弧熔炼炉熔炼，为了保证母合金铸锭的成分均匀，铸锭在炉内配合电磁搅拌，反复翻转熔炼4次以上，冷却后得到母合金铸锭。
3、高真空甩带：将母合金铸锭放入真空感应炉内进行二次熔炼，抽到高真空后通入纯度为99.99％的氩气，调节喷射压力，通过缓慢增加感应电流，待合金完全融化后，将熔融态合金通过喷嘴喷至旋转的水冷铜辊上，通过急速冷却制备成非晶合金带材。制备非晶合金带材的主要工艺参数为：感应电流缓慢增加至40A；熔融态合金喷到水冷铜辊上的压力1.0MPa；喷嘴到水冷铜辊的间距为0.5mm；水冷却铜辊的转速为2100r/min。
本实施例制备的(Co60Ni40)58Nb10B32非晶合金条带厚度为25±5μm、宽度为2±0.5mm、长度在50-60cm。
用X射线衍射法表征本实施例所得非晶合金条带的结构，结果如图2所示。(Co60Ni40)58Nb10B32非晶合金条带的XRD谱线上仅存唯一的宽而弥散的馒头峰，没有看到明显与晶体相相对应的衍射峰存在，这是非晶合金的典型特征，可以断定本实施例所得合金为完全的非晶态组织。
用高温DSC仪器测试本实施例所得非晶合金条带的热力学参数，结果如图5所示，可以看出样品有明显的吸热峰，为非晶态组织，过冷液相区间长度为56K。
实施例3：(Co60Ni40)60Nb9B31非晶合金条带的制备
1、原材料的处理：以纯度为99.90wt.％的Co、Ni、Nb、B单质作为原料；通过机械打磨、除油、酸洗、超声波震荡除去原材料表面的杂质。
2、母合金的制备：将处理后的原材料按照原子百分比进行配料，然后在纯度为99.99％的Ar气氛保护下，通过真空电弧熔炼炉熔炼，为了保证母合金铸锭的成分均匀，铸锭在炉内配合电磁搅拌，反复翻转熔炼4次以上，冷却后得到母合金铸锭。
3、高真空甩带：将母合金铸锭放入真空感应炉内进行二次熔炼，抽到高真空后通入纯度为99.99％的氩气，调节喷射压力，通过缓慢增加感应电流，待合金完全融化后，将熔融态合金通过喷嘴喷至旋转的水冷铜辊上，通过急速冷却制备成非晶合金带材。制备非晶合金带材的主要工艺参数为：感应电流缓慢增加至40A；熔融态合金喷到水冷铜辊上的压力1.0MPa；喷嘴到水冷铜辊的间距为0.5mm；水冷却铜辊的转速为2100r/min。
本实施例制备的(Co60Ni40)60Nb9B31非晶合金条带厚度为25±5μm、宽度为2±0.5mm、长度在50-60cm。
用X射线衍射法表征本实施例所得非晶合金条带的结构，结果如图3所示。(Co60Ni40)60Nb9B31非晶合金条带的XRD谱线上仅存唯一的宽而弥散的馒头峰，没有看到明显与晶体相相对应的衍射峰存在，这是非晶合金的典型特征，可以断定本实施例所得合金为完全的非晶态组织。
用高温DSC仪器测试本实施例所得非晶合金条带的热力学参数，结果如图5所示，可以看出样品有明显的吸热峰，为非晶态组织，过冷液相区间长度为45K。
实施例4：(Co60Ni40)56Nb11B33非晶合金条带的制备
1、原材料的处理：以纯度为99.90wt.％的Co、Ni、Nb、B单质作为原料；通过机械打磨、除油、酸洗、超声波震荡除去原材料表面的杂质。
2、母合金的制备：将处理后的原材料按照原子百分比进行配料，然后在纯度为99.99％的Ar气氛保护下，通过真空电弧熔炼炉熔炼，为了保证母合金铸锭的成分均匀，铸锭在炉内配合电磁搅拌，反复翻转熔炼4次以上，冷却后得到母合金铸锭。
3、高真空甩带：将母合金铸锭放入真空感应炉内进行二次熔炼，抽到高真空后通入纯度为99.99％的氩气，调节喷射压力，通过缓慢增加感应电流，待合金完全融化后，将熔融态合金通过喷嘴喷至旋转的水冷铜辊上，通过急速冷却制备成非晶合金带材。制备非晶合金带材的主要工艺参数为：感应电流缓慢增加至40A；熔融态合金喷到水冷铜辊上的压力1.0MPa；喷嘴到水冷铜辊的间距为0.5mm；水冷却铜辊的转速为2100r/min。
本实施例制备的(Co60Ni40)56Nb11B33非晶合金条带厚度为25±5μm、宽度为2±0.5mm、长度在2-4m。
用X射线衍射法表征本实施例所得非晶合金条带的结构，结果如图4所示。(Co60Ni40)56Nb11B33非晶合金条带的XRD谱线上仅存唯一的宽而弥散的馒头峰，没有看到明显与晶体相相对应的衍射峰存在，这是非晶合金的典型特征，可以断定本实施例所得合金为完全的非晶态组织。
用高温DSC仪器测试本实施例所得非晶合金条带的热力学参数，结果如图5所示，可以看出样品有明显的吸热峰，为非晶态组织，过冷液相区间长度为44K。
以上仅为本发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种Co-Ni-Nb-B系非晶合金条带，其特征在于：所述Co-Ni-Nb-B系非晶合金条带的组成成分为(Co100-xNix)100-a-bNbaBb，其中10≤x≤90、8＜a＜12、30＜b＜35。
2.根据权利要求1所述的Co-Ni-Nb-B系非晶合金条带，其特征在于：所述的Co-Ni-Nb-B系非晶合金条带所用合金原材料Co、Ni、Nb、B的纯度均不低于99.9wt.％。
3.一种权利要求1～2中任意一项所述Co-Ni-Nb-B系非晶合金条带的制备方法，其特征在于：是将各原料配料后，在高纯Ar气氛保护下，用真空电弧熔炼炉反复熔炼四次得到母合金，再通过熔体旋淬法将母合金制备成非晶合金条带。
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