CN114645174A - 导磁材料及其制备方法、烹饪器具 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了导磁材料及其制备方法、烹饪器具,其中,所述导磁材料包括高熵合金,所述高熵合金包括必要元素及其他元素,所述必要元素包括Fe、Co和Ni中的至少一种,所述其他元素包括Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Ta、W、Pb、Si和B中的至少三种。本申请提供的导磁材料及其制备方法、烹饪器具,由于导磁材料包括高熵合金,可以提高导磁材料的强度与硬度,提高导磁材料的耐腐蚀性。
Description
技术领域
本申请涉及器具技术领域,尤其涉及导磁材料及其制备方法、烹饪器具。
背景技术
现有的陶瓷类基材的烹饪炊具需要在其表面形成导磁层,传统的导磁层以铁为导磁材料时,成本高,并且铁在高温环境容易脱落,若采用铁或不锈钢等导磁材料,容易生锈腐蚀,制成的导磁层硬度低。
发明内容
本发明提供了导磁材料及其制备方法、烹饪器具,导磁材料可以兼具有高强度、高硬度、抗塑性变形、耐腐蚀等优点。
第一方面,本申请实施例提供一种导磁材料,所述导磁材料包括高熵合金,所述高熵合金包括必要元素及其他元素,所述必要元素包括Fe、Co和Ni中的至少一种,所述其他元素包括Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Ta、W、Pb、Si和B中的至少三种。
在上述方案中,由于导磁材料包括高熵合金,高熵合金是固溶强化的典型合金,固溶强化效应能够明显提高导磁材料的强度与硬度,其微观上的晶格畸变也能提高材料的硬度、强度及耐腐蚀性;并且导磁材料中具有导磁金属元素,使得导磁材料兼具导磁性能,还能够具有高强度、高硬度、抗变形、耐腐蚀等优点。
在一种实施方式中,所述导磁材料具有如下特征a~b中的至少一种:
a.所述导磁材料中的必要元素的摩尔含量为35%~95%;
b.所述导磁材料中各元素的摩尔含量为5%~35%。
在上述方案中,将必要元素的摩尔含量控制在35%~95%,可以有效提升导磁材料的导磁性能,若必要元素的摩尔含量小于35%,由于其在导磁材料中含量较少,材料导磁性能下降;将各个元素的摩尔含量控制在5%~35%,可以保证合金的多主元特征,可以提高合金结构的无序化程度,有利于多元金属在制备过程中高熵合金化。
在一种实施方式中,所述其他元素为高导热金属元素,所述高导热金属元素包括Cu、Al、Si、Mg、Mo、Zn中的至少三种。
在上述方案中,所述其他元素选自高导热金属元素,使得导磁材料相较于传统的铁、钢,热传导效率显著提高,导热更快,使得导磁材料不同区域的温差变小。
第二方面,本申请实施例提供一种导磁材料的制备方法,包括以下步骤:
按照预设的配比关系取金属原料,所述金属原料包括必要金属及其他金属,所述必要金属包括Fe、Co和Ni中的至少一种;所述其他金属包括Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Ta、W、Pb、Si和B中的至少三种;
在保护气氛下,对所述金属原料进行熔炼处理或高能球磨处理,得到导磁材料,所述导磁材料包括高熵合金。
在上述方案中,通过将金属原料进行熔炼处理或高能球磨处理,使得金属原料在高温下高熵合金化,高温条件下高的混合熵能有效降低合金吉布斯自由能,降低了其在合金凝固过程中的有序和偏析倾向,形成比金属间化合物或其他有序相更稳定的固溶体。高熵合金是固溶强化的典型合金,固溶强化效应能够明显提高合金的强度与硬度。并且,高熵合金的各组成元素原子半径不同,各元素原子以同等机会占据各个晶格位置,导致晶格发生畸变,进而影响合金的宏观性能,太大的原子尺寸差甚至可能使晶格畸变能过高,无法保持晶体晶格构型,从而使得晶格坍塌形成非晶结构。晶格畸变会增加位错运动阻力,显著增加合金硬度、强度。因此,导磁材料具有高强度、高硬度、强耐磨及耐腐蚀等优点。
高熵合金的BCC相和FCC相会显著降低合金的居里温度,当温度达到居里点后,导磁材料在导磁过程中会停止发热或者发热功率极低,因此将导磁材料用在导磁炊具上不会出现温度过高的情况,防止过高的温度带来过高的热膨胀而引起的变形,因此,导磁材料的抗变形能力增强。
在一种可行的实施方式中,所述导磁材料呈粉末状或块状,所述熔炼处理工艺包括真空电弧熔炼、真空感应熔炼和粉末冶金熔炼中的至少一种。
在上述方案中,通过上述熔炼工艺,能够使得金属原料充分混合,形成高熵合金。
在一种可行的实施方式中,所述导磁材料具有如下特征a~b中的至少一种:
a.所述导磁材料中的必要金属的摩尔含量为35%~95%;
b.所述导磁材料中各金属的摩尔含量为5%~35%。
在上述方案中,将必要金属的摩尔含量控制在35%~95%,可以有效提升导磁材料的导磁性能,若必要金属的摩尔含量小于35%,由于其在导磁材料中含量较少,材料导磁性能下降;将各个金属的摩尔含量控制在5%~35%,可以保证合金的多主元特征,可以提高合金结构的无序化程度,有利于多元金属在制备过程中高熵合金化。
在一种可行的实施方式中,所述其他金属为高导热金属,所述高导热金属包括Cu、Al、Si、Mg、Mo、Zn中的至少三种。
在上述方案中,所述其他元素选自高导热金属元素,使得导磁材料相较于传统的铁、钢,热传导效率显著提高,导热更快,使得导磁材料不同区域的温差变小。
在一种可行的实施方式中,所述金属原料为单质金属或金属合金,所述单质金属的纯度大于99.8%。
在上述方案中,可以减少杂质对导磁材料的导磁性能的影响。
在一种可行的实施方式中,所述在保护气氛下,对所述金属原料进行熔炼处理,得到导磁材料的具体步骤,包括:
在保护气氛下,对所述金属原料进行熔炼处理,得到液态合金;
利用高速工作气流冲击剪切所述液态合金,形成粉末状的导磁材料。
第三方面,本申请实施例提供一种烹饪器具,所述烹饪器具包括锅体及形成于所述锅体外表面的导磁层,所述导磁层的材质为上述第一方面的导磁材料或根据上述第二方面所述的制备方法制备得到的导磁材料。
附图说明
图1为本申请实施例所提供导磁材料的制备方法的工艺流程图;
图2为本申请实施例提供的烹饪器具的结构示意图;
图3为本申请实施例提供的烹饪器具的一种截面示意图。
附图标记:
10-锅体;
11-基材。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本申请的实施例,并与说明书一起用于解释本申请的原理。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
在本说明书的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性;除非另有规定或说明,术语“多个”是指两个或两个以上;术语“连接”、“固定”等均应做广义理解,例如“连接”可以是固定连接或者是可拆卸连接,或一体地连接,或电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。
对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本说明书的描述中,需要理解的是,本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的,不应理解为对本申请实施例的限定。此外,在上下文中,还需要理解的是,当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时,其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”,也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。
第一方面,本申请实施例提供一种导磁材料,所述导磁材料包括高熵合金,所述高熵合金包括必要元素及其他元素,所述必要元素包括Fe、Co和Ni中的至少一种,所述其他元素包括Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Ta、W、Pb、Si和B中的至少三种。
在上述方案中,由于导磁材料包括高熵合金,高熵合金是固溶强化的典型合金,固溶强化效应能够明显提高导磁材料的强度与硬度,其微观上的晶格畸变也能提高材料的硬度、强度及耐腐蚀性;并且导磁材料中具有导磁金属元素,使得导磁材料兼具导磁性能,还能够具有高强度、高硬度、抗变形、耐腐蚀等优点。
作为本申请可选的技术方案,所述导磁材料中的必要元素的摩尔含量为35%~95%,具体可以是35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、90%或95%,当然也可以是上述范围内的其他值,在此不做限定。
示例性地,导磁材料可以包括摩尔含量30%的Fe、摩尔含量20%的Co、摩尔含量20%的Ni及摩尔含量30%的Al。
在上述方案中,将必要元素的摩尔含量控制在35%~95%,可以有效提升导磁材料的导磁性能,若必要元素的摩尔含量小于35%,由于其在导磁材料中含量较少,材料导磁性能下降。
在一种可行的实施方式中,所述导磁材料中各元素的摩尔含量为5%~35%。将各个元素的摩尔含量控制在上述范围内,可以保证合金的多主元特征,可以提高合金结构的无序化程度,有利于多元金属在制备过程中高熵合金化。
可选地,各元素的摩尔含量具体可以是5%、10%、15%、20%、25%、30%或35%,在此不做限定。
作为本申请优选的技术方案,所述其他元素为高导热金属元素,所述高导热金属元素包括Cu、Al、Si、Mg、Mo、Zn中的至少三种。需要说明的是,高导热金属元素可以使得导磁材料相较于传统的铁、钢,热传导效率显著提高,导热更快,使得导磁材料不同区域的温差变小。
在一些具体实施例中,所述导磁材料可以是Fe30Ni25Al30Cr15、Al30Cr20Fe15Co10Ni10Cu15、AlCrFeCoNi、AlCrFeTiNi、AlCrFeMnNi等等。
第二方面,本申请实施例还提供一种导磁材料的制备方法,如图1所示,包括以下步骤:
步骤S10,按照预设的配比关系取金属原料,所述金属原料包括必要金属及其他金属,所述必要金属包括Fe、Co和Ni中的至少一种;所述其他金属包括Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Ta、W、Pb、Si和B中的至少三种;
步骤S20,在保护气氛下,对所述金属原料进行熔炼处理或高能球磨处理,得到导磁材料,所述导磁材料包括高熵合金。
在上述方案中,通过将金属原料进行熔炼处理或高能球磨处理,使得金属原料在高温下高熵合金化,高温条件下高的混合熵能有效降低合金吉布斯自由能,降低了其在合金凝固过程中的有序和偏析倾向,形成比金属间化合物或其他有序相更稳定的固溶体。高熵合金是固溶强化的典型合金,固溶强化效应能够明显提高合金的强度与硬度。并且,高熵合金的各组成元素原子半径不同,各元素原子以同等机会占据各个晶格位置,导致晶格发生畸变,进而影响合金的宏观性能,太大的原子尺寸差甚至可能使晶格畸变能过高,无法保持晶体晶格构型,从而使得晶格坍塌形成非晶结构。晶格畸变会增加位错运动阻力,显著增加合金硬度、强度。因此,导磁材料具有高强度、高硬度、强耐磨及耐腐蚀等优点。
高熵合金中不同元素原子尺寸差导致晶格畸变,不同原子间的相互作用会严重影响原子的扩散速率,凝固时需要借助各元素协同扩散才能达到相分离平衡。扩散速率受限从而抑制了新相的形核和晶粒成长,一些高熵合金中有纳米晶析出,晶粒析出数目越多,晶界就越多,晶粒就越细,并且不同位向的晶粒也越多,因而塑性变形的抗力也越大,使得导磁材料的抗塑性变形能力增强。
高熵合金的BCC相和FCC相会显著降低合金的居里温度,当温度达到居里点后,导磁材料在导磁过程中会停止发热或者发热功率极低,因此将导磁材料用在导磁炊具上不会出现温度过高的情况,防止过高的温度带来过高的热膨胀而引起的变形,因此,导磁材料的抗变形能力增强。
作为本申请可选的技术方案,所述导磁材料中的必要金属的摩尔含量为35%~95%,具体可以是35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、90%或95%,当然也可以是上述范围内的其他值,在此不做限定。
示例性地,金属原料可以包括摩尔含量30%的Fe、摩尔含量20%的Co、摩尔含量20%的Ni及摩尔含量30%的Al。
作为本申请可选的技术方案,所述导磁材料中各元素的摩尔含量为5%~35%。将各个元素的摩尔含量控制在上述范围内,可以保证合金的多主元特征,可以提高合金结构的无序化程度,有利于多元金属在制备过程中高熵合金化。
可选地,各元素的摩尔含量具体可以是5%、10%、15%、20%、25%、30%或35%,在此不做限定。
作为本申请可选的技术方案,所述导磁材料可以是Fe30Ni25Al30Cr15、Al30Cr20Fe15Co10Ni10Cu15、AlCrFeCoNi、AlCrFeTiNi、AlCrFeMnNi等等。
具体地,所述金属粉末为金属单质粉末和/或合金粉末;金属单质粉末可以包括钛粉、钒粉、铬粉、锰粉、铁粉、钴粉、镍粉、铜粉、锌粉、铌粉、钼粉、锡粉、铪粉、钽粉和钨粉中的至少一种。在本实施例中,为了降低杂质对导磁性能的影响,金属单质粉末的纯度为99.8%以上。高纯度的金属可以降低高熵合金中的杂质含量,提高导磁材料的各项性能。
合金粉末可以包括铝钴粉、铁锆粉、铝钒粉、铁钛粉、铁铌粉、铁钒粉、铁钼粉中的至少一种。在其他实施例中,金属粉末还可以是金属包覆型粉末,在此不再限定。需要说明的是,混合后的金属粉末至少包括4种及以上金属元素。
作为本申请优选的技术方案,所述其他金属为高导热金属,所述高导热金属包括Cu、Al、Si、Mg、Mo、Zn中的至少三种。可以理解地,高导热金属元素可以使得导磁材料相较于传统的铁、钢,热传导效率显著提高,导热更快,使得导磁材料不同区域的温差变小,避免温度高的区域热膨胀大,温度低的区域热膨胀小,避免热膨胀不一致导致形变,可以提高导磁材料的抗变形能力。
作为本申请可选的技术方案,所述熔炼处理工艺包括真空电弧熔炼、真空感应熔炼和粉末冶金熔炼中的至少一种。通过熔炼工艺,能够使得金属原料充分混合,形成高熵合金。
在一种实施方式中,采用真空电弧熔炼法制备导磁材料,制备过程包括:
将金属原料(至少四种金属原料)装入真空电弧炉中的坩埚内,所述金属原料为经过除锈、除油及干燥后的高纯单质金属或金属合金;抽真空至6*10-2Pa~5*10-3Pa,往电弧炉冲入高纯氩气至1.013*105Pa开始熔炼;控制引弧电流为60A~70A,先在装有金属原料的坩埚上熔炼,除去炉膛中的氧气,然后用焊枪对金属原料进行熔炼,熔炼电流为200A~300A,每熔炼完一次用机械手对合金翻面,反复熔炼5~8次,保证合金成分均匀,熔炼完成后将合金移至吸铸铜坩埚冷却10min~20min,即可得到所需块状导磁材料。
需要说明的是,反复熔炼有利于合金中各个金属元素混合均匀,并在高温下高熵合金化。
在另一实施方式中,步骤S20包括:
在保护气氛下,对所述金属原料进行熔炼处理,得到液态合金;
利用高速工作气流冲击剪切所述液态合金,形成粉末状的导磁材料。
具体地,可以将真空电弧熔炼、真空感应熔炼或粉末冶金熔炼得到的液态合金,通过特殊的喷嘴引入高速氮气气流中,利用高速氮气气流冲击剪切液态合金,使之分散成细小的金属液滴,冷却后形成粉状颗粒的导磁材料。在本实施例中,喷嘴的直径为0.5mm~1.0mm,喷嘴角度为30°~60°,工作气体压力为1.8Mpa~2.0Mpa。
可选地,喷嘴的直径可以是0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、0.95mm或1.0mm;喷嘴角度具体可以是30°、35°、40°、45°、50°、55°或60°;工作气体压力具体可以是1.8Mpa、1.85Mpa、1.9Mpa、1.95Mpa或2.0Mpa,当然,具体数值也可以是上述范围内的其他值。可以理解地,通过控制喷嘴的直径、喷嘴的角度及工作气体压力等参数,可以使得液态合金雾化形成粉末状,粉末状的导磁材料可以通过喷涂或涂覆工艺在锅体表面形成导磁层。
当然,块状的导磁材料可以通过拉伸成型、轧制成型等工艺形成片状导磁层,然后将片状导磁层通过冷铆固定在锅体的表面。
在另一种实施方式中,采用高能球磨法制备导磁材料,制备过程包括:
将高纯度的金属粉末(至少四种金属原料)装入球磨机中,磨球高速搅拌对金属粉末进行重复冷焊,形成成分均匀的合金粉末材料,再进行真空干燥,过筛分级,得到导磁材料。
高能球磨法利用的是瞬间碰撞的高温和原料晶体的微小化来实现合金化反应的进行,整个球磨过程在真空或保护气氛中进行。
在上述方案中,通过球磨过程以及反复碰撞和碾碎,使得放入的金属粉末逐渐变小直到纳米级别,随后粉末原子中表面产生一系列的键断裂,晶格产生缺陷,然后缺陷不断扩大化,在球磨罐中形成了一系列随时间增多的无序运动。表面或者蔓延到内部的运动会促进放入的不同原料相互侵入对方形成新稳定状态。
当然,在球磨过程中可能会出现局部碰撞点升温,碰撞的瞬间会在碰撞处产生很大能量,这种瞬间的温度升高也会促进在该碰撞点产生化学作用,有利于原子之间重新组合,以形成高熵合金。
在本实施方式中,金属粉末的平均粒径为500目~100目,具体可以是100目、150目、200目、250目、300目、350目、400目、450目或500目,在此不做限定。若金属粉末颗粒过大,研磨时间增长,研磨效率低;若金属粉末颗粒过小,不利于金属颗粒间通过撞击形成合金。
可选地,球磨介质为无水乙醇或聚乙烯醇。
球磨机的转速为100r/min~500r/min,具体可以是100r/min、200r/min、300r/min、400r/min或500r/min,球磨机转速过快,会使球磨系统温度升高过快,有时是不利的,例如较高温度可能会导致球磨过程中需要形成的过饱和固溶体、非晶相或其他亚稳态的分解,球磨机转速过慢,一方面金属颗粒能量过低,无法达到或需要很长时间才能达到要求的粉末细化程度,另一方面局部碰撞温度不够高,晶体间原子扩散驱动力不足,不利于金属颗粒间通过撞击形成合金。
研磨球与金属粉末的质量比为(2~20):1,具体可以是2:1、4:1、6:1、8:1、10:1、15:1或20:1,通过控制研磨球的质量大于金属粉末,可以使得研磨器在转动过程中,充分碾压金属粉末,使得金属粉末均匀混合
球磨时间20h~50h,具体可以是20h、25h、30h、35h、40h、45h或50h,通过充分研磨,可以使得合金的晶格畸变程度增加,另一方面晶格畸变程度的分布也有所增加,有利于金属粉末在研磨过程中形成高熵合金。
作为本申请可选的技术方案,保护气氛可以选自氩气、氖气、氦气、氪气中的至少一种。真空干燥温度为80℃~200℃,干燥时间为2h~4h。
第三方面,本申请实施例还提供一种烹饪器具,包括锅体及形成于所述锅体表面的导磁层,所述导磁层的材质为上述第一方面所述的导磁材料或上述第二方面所述的制备方法制备得到的导磁材料。
在一种实施例中,如图2及图3所示,块状的导磁材料经过拉伸成型或轧制成型形成片状的导磁层11,再将导磁层11冷铆固定在锅体10外表面。由于导磁材料包括高熵合金,高熵合金是固溶强化的典型合金,固溶强化效应能够明显提高导磁层的强度与硬度,其微观上的晶格畸变也能提高导磁层的硬度、强度及耐腐蚀性;使得导磁层兼具导磁性能,还能够具有高强度、高硬度、抗变形、耐腐蚀等优点;提高烹饪器具的使用寿命。
在另一种实施方式中,还可以将粉末状的导磁材料采用冷喷涂、热喷涂或固相烧结工艺在锅体的外表面形成导磁层11。在具体实施例中,所述热喷涂工艺包括等离子喷涂、超音速火焰喷涂、氧乙炔火焰喷涂、电弧喷涂和爆炸喷涂中的至少一种,在此不再过多赘述及限定。
为了更好体现本申请导磁材料的各项性能,现对本申请中导磁材料进行导磁能力、抗变形能力、表面硬度及耐腐蚀性能测试。
实施例1
将金属原料(铁粉、NiCr合金、钴粉、铜粉)装入真空电弧炉中的坩埚内,所述金属原料为经过除锈、除油及干燥后的高纯单质金属或合金,纯度大于99.5%;抽真空至6*10- 2Pa~5*10-3Pa,往电弧炉冲入高纯氩气至1.013*105Pa开始熔炼;控制引弧电流为60A,先在装有金属原料的坩埚上熔炼,除去炉膛中的氧气,然后用焊枪对原料进行熔炼,熔炼电流为250A,每熔炼完一次用机械手对合金翻面,反复熔炼8次,保证合金成分均匀,熔炼完成后将合金移至吸铸铜坩埚冷却15min,即可得到所需块状导磁材料,为FeCrCoNiCu。其中,必要元素的摩尔含量为60%。
实施例2
将金属原料(铁粉、NiCr合金、钴粉、铜粉)装入真空电弧炉中的坩埚内,所述金属原料为经过除锈、除油及干燥后的高纯单质金属或合金,纯度大于99.5%;抽真空至6*10- 2Pa~5*10-3Pa,往电弧炉冲入高纯氩气至1.013*105Pa开始熔炼;控制引弧电流为60A,先在装有金属原料的坩埚上熔炼,除去炉膛中的氧气,然后用焊枪对原料进行熔炼,熔炼电流为250A,每熔炼完一次用机械手对合金翻面,反复熔炼8次,保证合金成分均匀;
将熔炼得到的液态合金,通过直径为0.5mm的喷嘴引入高速氮气气流中,喷嘴角度为30°~60°,利用压力为1.8Mpa的高速氮气气流冲击剪切液态合金,使之分散成细小的金属液滴,冷却后形成粉状颗粒的导磁材料,为FeCrCoNiCu。其中,必要元素的摩尔含量为60%。
实施例3
将粒径约为500目的金属粉末(铁粉、镍粉、铬粉、铜粉)与无水乙醇混合,形成浆料;将浆料装入球磨机中,控制球磨机的转速为200r/min,研磨球与金属粉末的质量比为10:1,研磨时间30h,研磨球高速搅拌对金属粉末进行重复冷焊,过滤得到成分均匀的合金粉末材料,进行置于100℃下真空干燥4h,过筛分级,得到导磁材料,导磁材料为Fe30Ni25Cr30Cu15。其中,必要元素的摩尔含量为55%。
实施例4
将金属原料(铁粉、AlCr合金、钴粉、镍粉)装入真空电弧炉中的坩埚内,所述金属原料为经过除锈、除油及干燥后的高纯单质金属或合金,纯度大于99.5%;抽真空至6*10- 2Pa~5*10-3Pa,往电弧炉冲入高纯氩气至1.013*105Pa开始熔炼;控制引弧电流为70A,先在装有金属原料的坩埚上熔炼,除去炉膛中的氧气,然后用焊枪对原料进行熔炼,熔炼电流为250A,每熔炼完一次用机械手对合金翻面,反复熔炼5次,保证合金成分均匀,熔炼完成后将合金移至吸铸铜坩埚冷却15min,即可得到所需块状导磁材料,为AlCrFeCoNi。其中,必要元素的摩尔含量为60%。
实施例5
将金属原料(铁粉、AlCr合金、钴粉、镍粉、铜粉)装入真空电弧炉中的坩埚内,所述金属原料为经过除锈、除油及干燥后的高纯单质金属或合金,纯度大于99.5%;抽真空至6*10-2Pa,往电弧炉冲入高纯氩气至1.013*105Pa开始熔炼;控制引弧电流为70A,先在装有金属原料的坩埚上熔炼,除去炉膛中的氧气,然后用焊枪对原料进行熔炼,熔炼电流为250A,每熔炼完一次用机械手对合金翻面,反复熔炼6次,保证合金成分均匀,熔炼完成后将合金移至吸铸铜坩埚冷却10min,即可得到所需块状导磁材料,为Al30Cr20Fe15Co10Ni10Cu15。其中,必要元素的摩尔含量为35%。
对比例1
将金属原料(钛粉、NiCr合金、铝粉、铜粉)装入真空电弧炉中的坩埚内,所述金属原料为经过除锈、除油及干燥后的高纯单质金属或合金,纯度大于99.5%;抽真空至6*10- 2Pa~5*10-3Pa,往电弧炉冲入高纯氩气至1.013*105Pa开始熔炼;控制引弧电流为60A,先在装有金属原料的坩埚上熔炼,除去炉膛中的氧气,然后用焊枪对原料进行熔炼,熔炼电流为250A,每熔炼完一次用机械手对合金翻面,反复熔炼8次,保证合金成分均匀,熔炼完成后将合金移至吸铸铜坩埚冷却15min,即可得到所需块状导磁材料,为AlCrNiTiCu。其中,必要元素的摩尔含量为20%。
对比例2
将粒径约为500目的金属粉末(铝粉、镍粉、铬粉、铜粉)与无水乙醇混合,形成浆料;将浆料装入球磨机中,控制球磨机的转速为200r/min,研磨球与金属粉末的质量比为10:1,研磨时间30h,研磨球高速搅拌对金属粉末进行重复冷焊,过滤得到成分均匀的合金粉末材料,进行置于100℃下真空干燥4h,过筛分级,得到导磁材料,导磁材料为Al30Ni25Cr30Cu15。其中,必要元素的摩尔含量为25%。
测试:
将实施例与对比例中的材料以导磁片或导磁涂层的形式制备成相同规格的锅具,在相同的环境下进行以下程序,进行导磁能力(初始功率)、抗变形能力(内凹变化)、表面硬度(布氏硬度)及耐腐蚀性能(中性盐雾寿命)测试,具体测试方法件表1,实施例以及对比例的测试数据见表2。
表1
表2
根据对比例1~2与实施例1~5的测试结果可知,导磁材料中的导磁金属元素的摩尔含量小于35%,其导磁能力相较于实施例1~5明显下降。
根据实施例1~5的测试结果可知,导磁材料包括高熵合金,可以具有优异的导磁性能、抗变形能力,提高材料的硬度与耐腐蚀性。
Claims (10)
1.一种导磁材料,其特征在于,所述导磁材料包括高熵合金,所述高熵合金包括必要元素及其他元素,所述必要元素包括Fe、Co和Ni中的至少一种,所述其他元素包括Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Ta、W、Pb、Si和B中的至少三种。
2.根据权利要求1所述的导磁材料,其特征在于,所述导磁材料具有如下特征a~b中的至少一种:
a.所述导磁材料中的必要元素的摩尔含量为35%~95%;
b.所述导磁材料中各元素的摩尔含量为5%~35%。
3.根据权利要求1所述的导磁材料,其特征在于,所述其他元素为高导热金属元素,所述高导热金属元素包括Cu、Al、Si、Mg、Mo、Zn中的至少三种。
4.一种导磁材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
按照预设的配比关系取金属原料,所述金属原料包括必要金属及其他金属,所述必要金属包括Fe、Co和Ni中的至少一种;所述其他金属包括Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Ta、W、Pb、Si和B中的至少三种;
在保护气氛下,对所述金属原料进行熔炼处理或高能球磨处理,得到导磁材料,所述导磁材料包括高熵合金。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述导磁材料呈粉末状或块状,所述熔炼处理工艺包括真空电弧熔炼、真空感应熔炼和粉末冶金熔炼中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述导磁材料具有如下特征a~b中的至少一种:
a.所述导磁材料中的必要金属的摩尔含量为35%~95%;
b.所述导磁材料中各金属的摩尔含量为5%~35%。
7.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述其他金属为高导热金属,所述高导热金属包括Cu、Al、Si、Mg、Mo、Zn中的至少三种。
8.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述金属原料为单质金属或金属合金,所述单质金属的纯度大于99.8%。
9.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述在保护气氛下,对所述金属原料进行熔炼处理,得到导磁材料的具体步骤,包括:
在保护气氛下,对所述金属原料进行熔炼处理,得到液态合金;
利用高速工作气流冲击剪切所述液态合金,形成粉末状的导磁材料。
10.一种烹饪器具,其特征在于,所述烹饪器具包括锅体及形成于所述锅体外表面的导磁层,所述导磁层的材质为根据权利要求1~3任一项所述的导磁材料或根据权利要求4~9任一项所述的制备方法制备得到的导磁材料。
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