CN114875343B - 一种钴基非晶合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及非晶合金材料领域，具体为一种钴基非晶合金及其制备方法，其结构通式如下：[(Co0.65Fe0.35)0.54Mn0.32Sn0.09Nd0.05]100‑x(ZnaCa1‑a)x；其中，a为0.6‑0.8；x为5‑10，本发明所制备的钴基非晶合金具有良好的力学性能和较高的饱和磁感应强度，其中屈服强度≥2033MPa，断裂强度≥4393MPa，弹性极限≥2.1％，塑性≥11.5％，现有钴基非晶合金塑性约在2‑8％，本发明与之相比有较大程度的提升。
Description
技术领域
本发明涉及非晶合金材料领域，具体为一种钴基非晶合金及其制备方法。
背景技术
相较于其他非晶合金，钴基非晶合金具有优良的磁学性能，即高饱和磁化强度、高有效磁导率和低矫顽力。由于其优异的磁学性能，使钴基非晶合金在工程应用中受到了广泛的关注。然而，由于钴基非晶合金的宏观塑性变形能力非常有限，甚至在室温附近的形变没有出现宏观塑性，通常发生剪切带的失稳扩展，导致灾难性断裂，这在一定程度上阻碍了其作为新型结构与功能材料的广泛应用，因此，在保持良好的软磁性能和非晶形成能力的同时，提高钴基非晶合金的塑性变形能力和力学性能成为目前的研究重点。
发明内容
发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种钴基非晶合金及其制备方法。
所采用的技术方案如下：
一种钴基非晶合金，按原子百分比，其结构通式如下：
[(Co0.65Fe0.35)0.54Mn0.32Sn0.09Nd0.05]100-x(ZnaCa1-a)x；
其中，a为0.6-0.8；
x为5-10。
进一步地，a为0.6、0.65、0.7、0.75或0.8。
进一步地，a为0.8。
进一步地，x为5、6、7、8、9或10。
进一步地，x为8。
本发明还提供了一种钴基非晶合金的制备方法：
按照结构通式中的原子百分比称取原料，混合放置在高真空电弧熔炼炉中，抽真空，然后充入氩气充当保护性气体，循环往复熔炼3-5次后，冷却至室温，充入空气冷却至室温，得到母合金，对其进行破碎处理，将破碎得到的母合金碎块放入石英管内，抽真空，充入氩气充当保护性气体，通过高频感应电炉迅速加热使其熔化，并在一定压力差下，用氩气将熔体注入铜模中，冷却至室温后得到合金坯料，对其进行退火处理，即可获得所述钴基非晶合金。
进一步地，高真空电弧熔炼炉的熔炼电流为280-300A。
进一步地，抽真空后的真空度为4.6×10-3-5.0×10-3Pa。
进一步地，退火处理的方法如下：
将合金坯料先升温至650-680℃保温30-60min后，再升温至800-820℃保温10-20min，炉冷至室温即可。
进一步地，退火处理的方法如下：
将合金坯料先以5-10℃/min的速度升温至650-680℃保温30-60min后，再以1-3℃/min的速度升温至800-820℃保温10-20min，炉冷至室温即可。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种结构通式为：[(Co0.65Fe0.35)0.54Mn0.32Sn0.09Nd0.05]92(Zn0.8Ca0.2)8的钴基非晶合金，现有的钴基非晶合金磁学性能优良，但是几乎没有任何室温压缩塑性，这在一定程度上阻碍了其作为结构材料的应用，发明人通过调整钴基非晶合金中的元素组合及比例能有效地适配大、中、小原子混合原则，形成网状结构，从而提高非晶形成能力，成功开发了非晶形成能力、软磁性能和力学性能优异的钴基非晶合金，本发明所制备的钴基非晶合金具有良好的力学性能和较高的饱和磁感应强度，其中屈服强度≥2033MPa，断裂强度≥4393MPa，弹性极限≥2.1％，塑性≥11.5％，现有钴基非晶合金塑性约在2-8％，本发明与之相比有较大程度的提升。
附图说明
图1为本发明实施例1-6所制备钴基非晶合金的XRD图谱，由图1可以看出衍射花样没有尖锐的特征衍射峰，只有宽泛的漫散射峰，这表明本发明制备非晶合金是完全非晶的结构，合金原子排列呈长程无序，不存在明显的晶化相。
具体实施方式
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
一种钴基非晶合金，按原子百分比，其结构通式如下：
[(Co0.65Fe0.35)0.54Mn0.32Sn0.09Nd0.05]92(Zn0.8Ca0.2)8；
制备方法如下：
按照结构通式中的原子百分比称取原料，混合放置在高真空电弧熔炼炉中，抽真空至真空度为5.0×10-3Pa，然后充入氩气充当保护性气体，熔炼电流为300A，循环往复熔炼4次后，冷却至室温，充入空气冷却至室温，得到母合金，对其进行破碎处理，将破碎得到的母合金碎块放入石英管内，抽真空，充入氩气充当保护性气体，通过高频感应电炉迅速加热使其熔化，并在一定压力差下，用氩气将熔体注入铜模中，以5℃/min的速度冷却至室温后得到直径2.5mm的棒状合金坯料，将合金坯料先以10℃/min的速度升温至680℃保温50min后，再以3℃/min的速度升温至820℃保温20min，炉冷至室温即可。
实施例2：
一种钴基非晶合金，按原子百分比，其结构通式如下：
[(Co0.65Fe0.35)0.54Mn0.32 Sn0.09Nd0.05]92(Zn0.75Ca0.25)8；
制备方法如下：
按照结构通式中的原子百分比称取原料，混合放置在高真空电弧熔炼炉中，抽真空至真空度为5.0×10-3Pa，然后充入氩气充当保护性气体，熔炼电流为300A，循环往复熔炼5次后，冷却至室温，充入空气冷却至室温，得到母合金，对其进行破碎处理，将破碎得到的母合金碎块放入石英管内，抽真空，充入氩气充当保护性气体，通过高频感应电炉迅速加热使其熔化，并在一定压力差下，用氩气将熔体注入铜模中，以5℃/min的速度冷却至室温后得到直径2.5mm的棒状合金坯料，将合金坯料先以10℃/min的速度升温至680℃保温60min后，再以3℃/min的速度升温至820℃保温20min，炉冷至室温即可。
实施例3：
一种钴基非晶合金，按原子百分比，其结构通式如下：
[(Co0.65Fe0.35)0.54Mn0.32 Sn0.09Nd0.05]92(Zn0.7Ca0.3)8；
制备方法如下：
按照结构通式中的原子百分比称取原料，混合放置在高真空电弧熔炼炉中，抽真空至真空度为4.6×10-3Pa，然后充入氩气充当保护性气体，熔炼电流为280A，循环往复熔炼3次后，冷却至室温，充入空气冷却至室温，得到母合金，对其进行破碎处理，将破碎得到的母合金碎块放入石英管内，抽真空，充入氩气充当保护性气体，通过高频感应电炉迅速加热使其熔化，并在一定压力差下，用氩气将熔体注入铜模中，以5℃/min的速度冷却至室温后得到直径2.5mm的棒状合金坯料，将合金坯料先以5℃/min的速度升温至650℃保温30min后，再以1℃/min的速度升温至800℃保温10min，炉冷至室温即可。
实施例4：
一种钴基非晶合金，按原子百分比，其结构通式如下：
[(Co0.65Fe0.35)0.54Mn0.32 Sn0.09Nd0.05]92(Zn0.65Ca0.35)8；
制备方法如下：
按照结构通式中的原子百分比称取原料，混合放置在高真空电弧熔炼炉中，抽真空至真空度为4.6×10-3Pa，然后充入氩气充当保护性气体，熔炼电流为300A，循环往复熔炼3次后，冷却至室温，充入空气冷却至室温，得到母合金，对其进行破碎处理，将破碎得到的母合金碎块放入石英管内，抽真空，充入氩气充当保护性气体，通过高频感应电炉迅速加热使其熔化，并在一定压力差下，用氩气将熔体注入铜模中，以5℃/min的速度冷却至室温后得到直径2.5mm的棒状合金坯料，将合金坯料先以10℃/min的速度升温至650℃保温60min后，再以1℃/min的速度升温至820℃保温10min，炉冷至室温即可。
实施例5：
一种钴基非晶合金，按原子百分比，其结构通式如下：
[(Co0.65Fe0.35)0.54Mn0.32 Sn0.09Nd0.05]92(Zn0.6Ca0.4)8；
制备方法如下：
按照结构通式中的原子百分比称取原料，混合放置在高真空电弧熔炼炉中，抽真空至真空度为5.0×10-3Pa，然后充入氩气充当保护性气体，熔炼电流为280A，循环往复熔炼5次后，冷却至室温，充入空气冷却至室温，得到母合金，对其进行破碎处理，将破碎得到的母合金碎块放入石英管内，抽真空，充入氩气充当保护性气体，通过高频感应电炉迅速加热使其熔化，并在一定压力差下，用氩气将熔体注入铜模中，以5℃/min的速度冷却至室温后得到直径2.5mm的棒状合金坯料，将合金坯料先以5℃/min的速度升温至680℃保温30min后，再以3℃/min的速度升温至800℃保温20min，炉冷至室温即可。
实施例6：
一种钴基非晶合金，按原子百分比，其结构通式如下：
[(Co0.65Fe0.35)0.54Mn0.32 Sn0.09Nd0.05]90(Zn0.8Ca0.2)10；
制备方法如下：
按照结构通式中的原子百分比称取原料，混合放置在高真空电弧熔炼炉中，抽真空至真空度为5.0×10-3Pa，然后充入氩气充当保护性气体，熔炼电流为300A，循环往复熔炼4次后，冷却至室温，充入空气冷却至室温，得到母合金，对其进行破碎处理，将破碎得到的母合金碎块放入石英管内，抽真空，充入氩气充当保护性气体，通过高频感应电炉迅速加热使其熔化，并在一定压力差下，用氩气将熔体注入铜模中，以5℃/min的速度冷却至室温后得到直径2.5mm的棒状合金坯料，将合金坯料先以6℃/min的速度升温至660℃保温50min后，再以2℃/min的速度升温至820℃保温15min，炉冷至室温即可。
对比例：
一种钴基非晶合金，按原子百分比，其结构通式如下：
[(Co0.65Fe0.35)0.54Mn0.32 Sn0.09Nd0.05]92(Zn0.8Ca0.2)8；
制备方法如下：
按照结构通式中的原子百分比称取原料，混合放置在高真空电弧熔炼炉中，抽真空至真空度为5.0×10-3Pa，然后充入氩气充当保护性气体，熔炼电流为300A，循环往复熔炼4次后，冷却至室温，充入空气冷却至室温，得到母合金，对其进行破碎处理，将破碎得到的母合金碎块放入石英管内，抽真空，充入氩气充当保护性气体，通过高频感应电炉迅速加热使其熔化，并在一定压力差下，用氩气将熔体注入铜模中，以5℃/min的速度冷却至室温后得到直径2.5mm的棒状非晶合金。
性能测试：
对实施例1-6及对比例中所制备钴基非晶合金进行性能测试，结果如下表1所示：
表1
由上表1可知，本发明所制备的钴基非晶合金具有良好的力学性能和较高的饱和磁感应强度，其中屈服强度≥2033MPa，断裂强度≥4393MPa，弹性极限≥2.1％，塑性≥11.5％，现有钴基非晶合金塑性约在2-8％，本发明与之相比有较大程度的提升。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种钴基非晶合金，其特征在于，按原子百分比，其结构通式如下：
[(Co0.65Fe0.35)0.54Mn0.32 Sn0.09Nd0.05]100-x(ZnaCa1-a)x；
其中，a为0.6-0.8；
x为5-10；
所述钴基非晶合金的制备方法如下：
按照结构通式中的原子百分比称取原料，混合放置在高真空电弧熔炼炉中，抽真空，然后充入氩气充当保护性气体，循环往复熔炼3-5次后，冷却至室温，充入空气冷却至室温，得到母合金，对其进行破碎处理，将破碎得到的母合金碎块放入石英管内，抽真空，充入氩气充当保护性气体，通过高频感应电炉迅速加热使其熔化，并在一定压力差下，用氩气将熔体注入铜模中，冷却至室温后得到合金坯料，对其进行退火处理，即可获得所述钴基非晶合金；
所述退火处理的方法如下：
将合金坯料先以5-10℃/min的速度升温至650-680℃保温30-60min后，再以1-3℃/min的速度升温至800-820℃保温10-20min，炉冷至室温即可。
2.如权利要求1所述的钴基非晶合金，其特征在于，a为0.6、0.65、0.7、0.75或0.8。
3.如权利要求1所述的钴基非晶合金，其特征在于，a为0.8。
4.如权利要求1所述的钴基非晶合金，其特征在于，x为5、6、7、8、9或10。
5.如权利要求1所述的钴基非晶合金，其特征在于，x为8。
6.如权利要求1所述的钴基非晶合金，其特征在于，高真空电弧熔炼炉的熔炼电流为280-300A。
7.如权利要求1所述的钴基非晶合金，其特征在于，抽真空后的真空度为4.6×10-3-5.0×10-3Pa。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Application publication date: 20220809 Assignee: LIMING (BEIJING) ENERGY SAVING TECHNOLOGY Co.,Ltd. Assignor: ANHUI ZHICI NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Contract record no.: X2023980053031 Denomination of invention: A cobalt based amorphous alloy and its preparation method Granted publication date: 20230411 License type: Common License Record date: 20231222 |