CN1256460C - 高热稳定性块体铁磁性金属玻璃及合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铁磁性金属玻璃及制备技术，具体地说是一种高热稳定性块体铁磁性金属玻璃及合成方法。按原子百分比计，它由以下元素组成Co：35～45%，Fe：12～35%，Hf：2～10%，Mo：0～8%，Ti：2～8%，B：22～35%，V：0～3%。本发明在铜模铸造条件下可制备块体金属玻璃，与现有技术中铁磁性块体金属玻璃相比，其成份设计合理、并具有良好的非晶形成能力，晶化温度高于650℃，可在较高温度下使用，应用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及铁磁性金属玻璃及制备技术，具体地说是一种高热稳定性块体铁磁性金属玻璃及合成方法。
技术背景
铁磁性金属玻璃以其低矫顽力、高磁导率等特点作为软磁材料在电子、电力国防等许多领域得到重要应用。传统的金属玻璃采用快速凝固的方法制备以抑制凝固过程中的成核和长大过程而得到非晶态的组织，一般都是非常薄的带材，厚度一般为20～50微米左右。使用金属玻璃带材再绕制成各种尺寸形状的电子元件或变压器。由于只能做成非常薄的条带，大大限制了它的使用范围。
金属材料在凝固过程中都要经过从液态的成核长大过程而形成各种不同类型的组织结构，满足各种性能需要。不同的合金相在液态金属中成核长大速率不同，与结构类型及晶胞尺寸有关。采用这种方法不适于生产玻璃状金属。在块体金属玻璃制备过程中常常采用价格昂贵的高纯金属原料，以减少其内部的异质形核，得到块体金属玻璃，但成本很高。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低、应用范围广的高热稳定性块体铁磁性金属玻璃及合成方法。
本发明的目的技术方案是：
块体铁磁性金属玻璃：以钴、铁基为主，按原子百分比，其合金成分由下列元素构成，Co：35～45％，Fe：12～35％，Hf：2～10％，Mo：0～8％，Ti：2～8％，B：22～35％，V：0～3％；其中：Co，Fe，Hf，Mo所用元素都为工业纯度，钛的纯度为99.5％～99.9％，使用工业Fe-B或Co-B中间合金。
其合成方法：采用电弧熔炼得到母合金，通过感应加热真空吸铸的方法，吸铸到铜模中，形成块体铁磁性金属玻璃；工艺参数为：吸铸真空度10-4Pa～10-5Pa，感应加热温度为1300℃～1550℃，冷却速度为102K～103K/S。
本发明合成原理在于设计一种多组元合金，析出相由大晶胞尺寸复杂结构的金属间化合物组成，其凝固过程中成核率较低，在较低的冷却速度下就可抑制晶态相的出现，而得到块体的玻璃态金属。
本发明具有以下特点：
1.本发明材料组份采用工业纯度的钴，铁，钼，铪，钛，钴硼、铁硼中间合金，通过合理的成份设计得到一种新型的块体铁磁性金属玻璃，与现有技术中铁磁性块体金属玻璃相比，其成份设计合理，具有较宽的范围，并具有良好的非晶形成能力，晶化温度高于650℃，可在较高温度下使用。
2.本发明合金中主要原料采用工业纯原料，可大大降低成本；另外，冷却速度较低，节能。
3.本发明新型钴铁基块体金属玻璃采用电弧熔炼得到母合金，通过感应加热真空吸铸的方法制备，不需特殊设备，操作方便，方法简单，其产品可达毫米量级的棒材，板材或管材。
4.本发明新型钴铁基块体金属玻璃可在磁性传感器，力学传感器及高频电子产品上得到使用，应用范围广。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
成份为Co40Fe20Hf6Ti2Mo3B29的合金，选用工业纯的Co，Fe，Hf，Ti，Mo和Co-B中间合金，工业纯度为98.5～99.9％(本实施例为99.9％)。钛的纯度为99.9％，采用电弧熔炼得到母合金，在10-5Pa真空度下利用感应加热到1400℃，吸铸到直径1.5mm的铜模中，冷却速度为102K/S，形成直径1.5mm的块体铁磁性金属玻璃。
用高温DSC热分析仪，以20K/MIN的升温速度，测得其晶化温度Tx为720℃，在1000℃以上热处理才能发生完全晶化。用振动样品磁强计测量，淬态饱和磁化强度为：43emu/g，矫顽力：0.5A/m。
实施例2
与实施例1不同之处在于：
成份为Co40Fe20Hf6Ti2V3B29的合金采用电弧熔炼得到母合金，然后利用感应加热铜模吸铸形成直径1.5mm的块体金属玻璃；其中感应加热温度为1350℃，真空度为10-5Pa。
用高温DSC热分析仪，以20K/MIN的升温速度，测得其晶化温度Tx为677℃。用振动样品磁强计测量，淬态饱和磁化强度为45emu/g，矫顽力0.5A/m。
实施例3
与实施例1不同之处在于：
成份为Co40Fe22Hf3Ti6Mo3B26的合金采用电弧熔炼得到母合金，然后利用感应加热铜模吸铸形成直径1.5mm的块体金属玻璃；其中感应加热温度为1550℃，真空度为10-4Pa，冷却速度为103K/S。
用高温DSC热分析仪，以20K/MIN的升温速度，测得其晶化温度Tx为635℃。
实施例4
与实施例1不同之处在于：
成份为Co42Fe20Hf4Ti2Mo3B29的合金采用电弧熔炼得到母合金，然后利用感应加热铜模吸铸形成直径1.5mm的块体金属玻璃；其中感应加热温度为1500℃，真空度为10-4Pa，冷却速度为103K/S，选用工业Co-B中间合金。
用高温DSC热分析仪，以20K/MIN的升温速度，测得其晶化温度Tx为627℃。
实施例5
与实施例1不同之处在于：
成份为Co35Fe35Hf2Ti3Mo3B22的合金采用电弧熔炼得到母合金，然后利用感应加热铜模吸铸形成直径1.5mm的块体金属玻璃；其中感应加热温度为1300℃，真空度为10-4Pa，冷却速度为103K/S，选用工业Fe-B中间合金。
用高温DSC热分析仪，以20K/MIN的升温速度，测得其晶化温度Tx为619℃。
实施例6
与实施例1不同之处在于：
成份为Co45Fe12Hf2Ti3Mo6B32的合金采用电弧熔炼得到母合金，然后利用感应加热铜模吸铸形成直径1.5mm的块体金属玻璃；其中感应加热温度为1450℃，真空度为10-4Pa，冷却速度为103K/S，选用工业Co-B中间合金。
用高温DSC热分析仪，以20K/MIN的升温速度，测得其晶化温度Tx为660℃。
比较例1
Co43Fe20Ta5.5B31.5(文献1：H.Koshiba，A.Inoue，Materials Transcations42(12)：2572-2575dec2001)，原料全部采用99.99％以上的高纯原料，得到直径为2毫米的铁磁性块体金属玻璃，饱和磁化强度Bs＝0.49T，矫顽力Hc＝0.25A/m。
比较例2
Fe56Co7Zr8Ni7Nb2B20，(文献2：A.Inoue，T.Zhang and H.Koshiba，J.Appl.Phys，83(1998)6326)样品尺寸为直径2毫米，饱和磁化强度为：0.96T，矫顽力为2A/m，晶化温度为630℃。
比较例3
Fe73Ga2Al5P11B4C5(文献3：A.Inoue，Y Shinohara and J.S.GookMater.Trans.JIM.36(1995)1427-1433)样品尺寸为2毫米的直径，晶化温度为530℃，饱和磁化强度为1.26T，矫顽力为82A/m。
Claims (2)
1.一种高热稳定性块体铁磁性金属玻璃，其特征在于：以钴、铁基为主，按原子百分比，其合金成分由下列元素构成，Co：35～45％，Fe：12～35％，Hf：2～10％，Mo：0～8％，Ti：2～8％，B：22～35％，V：0～3％。
2.一种按权利要求1所述高热稳定性块体铁磁性金属玻璃的合成方法，其特征在于：采用电弧熔炼得到母合金，感应加热使其熔化，真空吸铸到铜模中，形成块体金属玻璃；工艺参数为：吸铸真空度10-4Pa～10-5Pa，感应加热温度为1300℃～1550℃，冷却速度为102K/S～103K/S。
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