專利名稱：一種Fe基大塊非晶合金晶化的熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Fe基大塊非晶合金晶化的熱處理工藝，屬磁性材料的熱處理工 藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
人們從二十世紀(jì)九十年代對Fe基大塊非晶合金展開研究，采取了很多手段與方 法了解了非晶的形成與結(jié)構(gòu)以及引起其特性的原因，此外，非晶又亞穩(wěn)態(tài)晶化后的性
能也逐漸成為研究的熱點。自從Yoshizawa在1988年，對含有微量Cu， Nb的鐵基 非晶態(tài)合金在略高于其晶化溫度進行短時退火，發(fā)現(xiàn)了優(yōu)異的軟磁性能的納米晶合金 Finement后，掀起了世界范圍內(nèi)研究非晶納米晶軟磁材料的熱潮，相繼出現(xiàn)了多種非 晶合金納米晶化的研究方法。1990年，盧柯提出了制備納米晶體的一種新方法—— 非晶完全晶化法，該方法具有工藝簡單、晶粒度易于控制、界面清潔且不含微孔洞等 優(yōu)點。該制備方法在國際納米材料界得到同行的廣泛認可，成為當(dāng)今國際納米材料的 3種主要制備方法之一。
于是，對非晶晶化的研究又引發(fā)了對非晶合金晶化過程中采用什么樣的熱處理工
藝的探索。在采用常規(guī)退火晶化的同時，人們發(fā)現(xiàn)非晶態(tài)合金的加磁場晶化處理可使 最佳性能磁體的晶粒平均尺寸變小，從而對其宏觀上磁性能產(chǎn)生有利影響。韓國的 Yang和Park研究了 Nd2FeMB/Fe3B合金在強磁場下退火處理后磁性能的變化，發(fā)現(xiàn) 在退火過程中外加強磁場，可以細化晶粒，使晶粒均勻分布，使得軟硬磁性相間有更 強的交換藕合作用，從而提高磁體的剩磁和磁能積。王巖等認為，在非晶態(tài) NdsFe65Co,oBn合金晶化過程中，磁場抑制了亞穩(wěn)的Nd2Fe23B3析出，使其分解為穩(wěn) 定的Nd2Fel4B和(x-Fe相。原因是Nd2Fe23B3相從磁場中獲得了能量，而越過勢壘發(fā) 生分解。同時還發(fā)現(xiàn)磁場使得晶粒變小，晶粒分布變得更均勻，同時使殘余非晶相的 量減少，通過熱力學(xué)分析認為，磁場的存在改變了體系的自由能，從而增大了形核率， 使得晶粒細化，并且減少了非晶相的量。朱健等研究強磁場對Nd-Fe-Co-B非晶合金 晶化過程的影響，發(fā)現(xiàn)強磁場促進了非晶晶化，加速了 Fe3B, Nd2Fe23B3向a-Fe, NduFe4B4以及TbCu7型相向Nd2FewB相轉(zhuǎn)變。同時，磁場細化晶粒，使晶粒尺寸均 勻，增強了軟硬磁性相間的交換藕合作用，提高了磁體的磁性能。晁月盛等對非晶合
金Fe7sSi9Bn進行了低頻脈沖磁場處理后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)脈沖頻率20-25Hz，磁場16-32kAPm， 作用時間S2min，合金發(fā)生納米晶化，納米相a-Fe(Si)晶粒尺寸為10nm。
在現(xiàn)有的文獻報道中非晶合金外加磁場熱處理，包括脈沖磁場與強磁場， 一般多 應(yīng)用于非晶條帶樣品，通過外加磁場的熱處理工藝晶化非晶條帶，通過磁場中的熱處
理工藝晶化非晶條帶，從而改善條帶的軟磁性或者硬磁性。而我們則在用吸鑄法制備 出Fe基大塊非晶合金的基礎(chǔ)上，使用外加脈沖磁場退火工藝晶化大塊非晶，從而提 高塊體非晶合金晶化后的磁性能和軟硬磁相的交換耦合作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種Fe基大塊非晶合金晶化的熱處理工藝，特別是一種Fe 基大塊非晶合金在外加脈沖磁場的條件下加熱晶化的熱處理工藝。使得大塊非晶合金
在外加磁場加熱晶化后，改善其磁性能。 本發(fā)明的目的是通過以下步驟實現(xiàn)的
一種Fe基大塊非晶合金晶化的熱處理工藝，其工藝步驟如下
a. 將Fe基大塊非晶合金進行一組溫度的常規(guī)晶化退火，對每個退火后的樣品進 行測量磁滯回線和XRD晶化相分析，確定該Fe基大塊非晶合金的晶化溫度；
b. 將Fe基大塊非晶合金放入真空熱處理爐中，抽取爐內(nèi)空氣直到真空度達到3 5x10—Spa時開始升溫，升溫到晶化溫度后保溫，退火保溫時間為15 30min，保溫到 退火保溫時間的一半時開始充磁直到降溫空冷5 10min后停止，充磁的脈沖磁場頻 率為0.02 0.07Hz，磁場強度為2 8T。
本發(fā)明工藝所適用的材料為晶化后能形成軟硬磁相的Fe基大塊非晶合金，并且 該合金具有很好的非晶形成能力，以及在室溫下表現(xiàn)為軟磁性。設(shè)計并制備Fe基大 塊非晶合金的步驟如下
(1) .成分設(shè)計上，必須符合該大塊非晶合金晶化后能形成軟硬磁相(例如a-Fe相 和Nd2FewB相)的條件；
(2) .按上述設(shè)計思路配比工業(yè)純金屬原料以及中間合金，用非自耗電弧在氬氣保 護下熔煉成為合金錠，并將母合金反復(fù)熔煉；
(3) .采用銅模負壓吸鑄法制得大塊非晶合金，熔煉電流密度100 220A/cm2，得 到尺寸為lmmxlOmmx80mm的大塊非晶合金。
晶化溫度通過以下步驟確定先將Fe基大塊非晶合金進行一組溫度范圍(如3 個溫度點)的常規(guī)晶化退火，隨后對每個退火后的樣品進行測量磁滯回線和XRD晶
化相分析，確定在哪個退火溫度點時大塊非晶合金晶化后形成了軟硬磁相，進而確定 其晶化溫度并選擇該晶化溫度作為在脈沖磁場下退火的溫度。
本發(fā)明工藝特征有(l)采用了在退火晶化處理Fe基大塊非晶合金時引入脈沖磁 場的方法，目的是保證在大塊非晶晶化析出軟硬磁相的過程中，外加脈沖磁場能起到 細化晶粒，促進軟硬磁相形成和使磁疇轉(zhuǎn)動的作用；(2)采用施加脈沖磁場與退火不 同步方式，即保溫到退火保溫時間的一半時再開始充磁直到降溫空冷5 10min后停 止，目的是促進晶化后合金中軟硬磁相交換耦合作用和避免冷卻過程中，之前由于磁 場作用下轉(zhuǎn)動的磁疇因為磁場的消失而恢復(fù)雜亂取向。
本發(fā)明是對Fe基大塊非晶合金材料進行的外加脈沖磁場熱處理工藝，采用該工 藝晶化后的Fe基大塊非晶合金的磁性能如剩磁和矯頑力，有很大的提高。圖l中常 規(guī)晶化退火的Fe基大塊非晶合金剩磁為36.1Am2kg"，而通過脈沖磁場晶化退火的 Fe基大塊非晶合金的剩磁為41.9 Am&g—1，提高了 16.1%;圖2中常規(guī)晶化退火的 Fe基大塊非晶合金矯頑力為497.9kAm—1而通過脈沖磁場晶化退火的Fe基大塊非晶 合金的矯頑力為610.1 kAm—1，提高了22.5%。本發(fā)明工藝為制備優(yōu)異磁性能的磁性 元件提供了一種新方案。


圖1是名義成分為Fe68Nd5Zr2Y4B21的大塊非晶合金，用外加脈沖磁場退火(本發(fā) 明工藝)和未加磁場退火(常規(guī)熱處理晶化工藝)處理后，在室溫下進行磁性能測試的結(jié) 果。
圖2是名義成分為Fe66Nd7Zr2Y4B21的大塊非晶合金，用外加脈沖磁場退火(本發(fā) 明工藝)和未加磁場退火(常規(guī)熱處理晶化工藝)處理后，在室溫下進行磁性能測試的結(jié) 果。
具體實施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的實施例具體敘述于后。 實施例1
本實施例的具體步驟如下
(1) .設(shè)計名義成分為Fe68Nd5Zr2Y4B21和Fe66Nd7Zr2Y4B21的兩個Fe基大塊非晶合 金，依配方配比工業(yè)純金屬原料以及中間合金，用非自耗電弧在氬氣保護下熔煉成為 合金錠，采用銅模負壓吸鑄法制備出尺寸為lmmxl0mmx80mm的大塊非晶合金。
(2) .將兩個Fe基大塊非晶合金在熱處理爐中進行常規(guī)晶化退火，選擇在溫度范圍
為65(TC 75(TC的一組3個溫度點，通過對每個退火溫度點的退火后的樣品測磁性 能和做XRD相分析，確定在690'C和700'C退火時，大塊非晶晶化形成了軟硬磁相， 進而確定兩個非晶合金的晶化溫度分別69(TC和700°C。
(3).將兩個Fe基大塊非晶合金分別放入真空熱處理爐中，抽取爐內(nèi)空氣直至真空 達到4xlO—3Pa后升溫，分別升溫至690'C和70(TC后保溫，退火保溫時間為30min， 保溫至15min時再開始充磁直到降溫空冷5min后停止，所施加的脈沖磁場頻率為 0.05Hz,磁場強度為5T，充磁時間為20min。
本發(fā)明實施例中的特點是把Fe基大塊非晶合金在外加脈沖磁場下采用晶化溫 度退火熱處理，促使大塊非晶合金中軟硬磁相析出，并使磁疇發(fā)生偏轉(zhuǎn)，促進交換耦 合作用，從而提高非晶合金的剩磁和矯頑力，改善合金的磁性能。
本實施例中所制得的兩個Fe基大塊非晶合金，經(jīng)過常規(guī)晶化退火和加脈沖磁場 晶化退火兩種處理方案。在室溫下，對兩種處理工藝的Fe基大塊非晶合金進行磁性 能測量，對比圖見附圖l、 2。從附圖中可看出應(yīng)用本發(fā)明工藝的Fe基大塊非晶合金 晶化后，其磁性能有了明顯的提高。合金Fe6sNdsZr2Y4B2i的剩磁由36.1 Ar^kg—1提高 到41.9Am2kg"，提高幅度為16.1%;合金Fe66Nd7Zr2Y4B21的矯頑力由497.9kAnf1 提高到610.1 kAm—1，提高幅度為22.5%。
權(quán)利要求
1.一種Fe基大塊非晶合金晶化的熱處理工藝，其特征在于具有以下的工藝步驟a.將Fe基大塊非晶合金進行一組溫度的常規(guī)晶化退火，對每個退火后的樣品進行測量磁滯回線和XRD晶化相分析，確定該Fe基大塊非晶合金的晶化溫度；b.將Fe基大塊非晶合金放入真空熱處理爐中，抽取爐內(nèi)空氣直到真空度達到3～5×10-3Pa時開始升溫，升溫到晶化溫度后保溫，退火保溫時間為15～30min，保溫到退火保溫時間的一半時開始充磁直到降溫空冷5～10min后停止，充磁的脈沖磁場頻率為0.02～0.07Hz，磁場強度為2～8T。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Fe基大塊非晶合金晶化的熱處理工藝，屬制備磁性材料的熱處理工藝技術(shù)領(lǐng)域。該工藝的特征是Fe基大塊非晶合金在晶化溫度下外加脈沖磁場強度為2～8T的磁場進行真空退火熱處理，并且采用施加脈沖磁場與退火不同步方式，即保溫到退火保溫時間的一半時再開始充磁直到空冷5～10min后停止。采用本發(fā)明工藝可顯著提高Fe基大塊非晶合金的剩磁和矯頑力。本發(fā)明工藝為制備優(yōu)異磁性能的磁性元件提供了一種新方案。
文檔編號C21D1/78GK101182594SQ20071017169
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月6日
發(fā)明者吳勝軍, 張士巖, 暉 徐, 徐興國, 華 滿, 琴 白, 韜 蒙, 蔡平平, 譚曉華 申請人:上海大學(xué)