專利名稱：大非晶形成能力鐵基塊體非晶磁性合金材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非晶態(tài)合金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及大非晶形成能力鐵基塊體非晶磁性合 金材料及制備方法。
背景技術(shù)：
1960年Dwez等人采用熔體快速冷卻的方法制備出第一個非晶態(tài)合金——Au-Si 非晶態(tài)合金。非晶態(tài)合金不具備長程原子有序，與傳統(tǒng)的晶態(tài)合金材料相比，表現(xiàn)出許多優(yōu) 異的性能，如優(yōu)異的機(jī)械性能、極強(qiáng)的抗腐蝕性以及特有的光電特性等，這使得非晶態(tài)合金 展示出廣泛的應(yīng)用前景，已成為新型材料研究的熱點(diǎn)之一。鐵基非晶磁性合金因其原子不規(guī)則排列、非周期性、沒有晶粒晶界的存在，因而顯 示出良好的軟磁特性，自1967年問世以來，即受到極大的關(guān)注。其后，美國Allied-Signal 公司成功地將鐵基非晶態(tài)磁性合金產(chǎn)業(yè)化，推出商標(biāo)為METGLAS的系列產(chǎn)品，因其具有 1. 5T以上的高飽和磁化強(qiáng)度而被廣泛應(yīng)用于制作輸變電用變壓器鐵芯材料。另外，在傳感器技術(shù)方面，磁性傳感器作為其中的重要分支，在國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng) 域得到了日益廣泛的應(yīng)用。磁性傳感器的關(guān)鍵元件是芯體，由于非晶磁性合金具有優(yōu)異的 軟磁性能，因而采用非晶磁性合金材料作為芯體的傳感器具有靈敏度高、頻響好、功耗低和 直流測量穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。其中，大磁致伸縮非晶磁性合金傳感器除了以上優(yōu)點(diǎn)外，還可以 測量所測物體的瞬間應(yīng)變，故被廣泛應(yīng)用在測量微位移和液面高度等方面的測控。傳統(tǒng)的 FeBSi系非晶合金由于非晶形成能力的限制，只能做成厚度小于30 y m的帶材或直徑約為 100 ym的絲材，而得不到塊體材料，所以限制了其使用范圍。如果提高鐵基非晶磁性合金的 非晶形成能力，則可以制得鐵基塊體非晶磁性合金，從而增加鐵含量的體積占有率，這不但 可以減少鐵芯的制作工序，還可以減少鐵芯的體積，從而擴(kuò)大其使用范圍。因此，自塊體非 晶合金問世以來，如何提高鐵基非晶磁性合金的非晶形成能力，將其制成鐵基塊體非晶磁 性合金一直是一個重要的研究課題。為了突破非晶形成能力的制約，沈?qū)汖埖热嗽诰涎芯渴议_展了鐵基非晶磁性合 金的塊體化工作，在世界上首次成功合成了 FeCoBSiNb系、FeNiBSiNb、FeMoPCBSi系鐵基 塊體非晶磁性合金。這些新型的鐵基非晶磁性合金系除了具有大非晶形成能力，可以直接 鑄得最大直徑(①)為5mm的棒狀非晶合金外，還顯示了優(yōu)異的力學(xué)與軟磁特性，例如具有 3300 4100MPa的高強(qiáng)度(o )，155 210GPa的高楊氏模量(E) ；0. 8 1. 53T的較高飽 和磁化強(qiáng)度(Is)、1. 2 2. 7A/m的低矯頑力(H。)等，其日本專利號為特開2005-256038和 特開2008-024985。但是，這一系列鐵基非晶合金的磁致伸縮系數(shù)(入s)比較小，只能達(dá) 到9X10—6 25X10—6。另外，早在1999年，同樣在井上研究室工作的Wei Zhang等人開 發(fā)了 Fe8Q_x_yC0xLnyB2Q(Ln = Nd，Sm, Tb或Dy)系列非晶合金，該系列鐵基非晶合金具有超過 40X 10_6的高磁致伸縮性能，最大的磁致伸縮系數(shù)能達(dá)到58X 10_6，但是該系列鐵基非晶合 金的非晶形成能力不強(qiáng)，不能做成塊體非晶合金材料。因此，合成兼具大非晶形成能力與高磁致伸縮性能的鐵基塊體非晶磁性合金材料，將填補(bǔ)國內(nèi)外在該研究領(lǐng)域的空白，同時進(jìn)一步擴(kuò)大鐵基非晶磁性合金的使用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供大非晶形成能力鐵基塊體非晶磁性合金材料及制備方法，該 非晶磁性合金材料兼具大非晶形成能力和高磁致伸縮性能，并且具有優(yōu)異的力學(xué)性能與軟 磁特性。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為大非晶形成能力鐵基塊體非晶磁性合 金材料，包括Fe、Si、B和Nb四種主要元素和M元素，M元素為Dy、Tb、Sm、Er、Ga、Y元素 中的一種或幾種，其分子式為(Fec^iMJamSiJhNb。，式中a、b、c為原子的百分比，并且 0. 005 彡 a 彡 0. 1,0. 03 彡 b 彡 0. 07,0. 02 彡 c 彡 0. 06。本發(fā)明大非晶形成能力鐵基塊體非晶磁性合金材料的制備方法包括如下步驟步驟1 將純度為99 %以上的純金屬Fe、M、B、Si、Nb元素按照分子式 (Fq^MAibSiUb。中的原子百分比配制原料，其中M元素為Dy、Tb、Sm、Er、Ga、Y 元素中的一種或幾種，a、b、c為原子百分比，并且0. 005彡a彡0. 1,0. 03彡b彡0. 07、 0. 02 彡 c 彡 0. 06 ；步驟2 將步驟1配制得到的原料放在電弧熔煉爐中，抽真空至0.5X10—5 5 X 10_5Pa，然后充入氬氣至氣壓為200 lOOOmbar進(jìn)行熔煉，熔化后再持續(xù)熔煉3 10分 鐘，冷卻至凝固后迅速將其翻轉(zhuǎn)，反復(fù)熔煉3 5次，得到成分均勻的合金錠；步驟3 將步驟2得到的合金錠去除表面雜質(zhì)，然后置于酒精中超聲波清洗，之后 破碎成小塊；步驟4 將步驟3得到的小塊合金裝入開口的石英玻璃管后置于鑄造設(shè)備的感應(yīng) 線圈中，抽真空至0. 5 X 10_3 5 X 10_3Pa后充入適量氬氣進(jìn)行熔煉，然后利用壓力差將熔融 的合金液壓入銅模中，得到塊體非品磁性合金材料。上述制備方法中步驟2的真空度優(yōu)選為10_5Pa，充入氬氣后的氣壓優(yōu)選為 600mbar ；步驟4中抽真空后的真空度優(yōu)選為10_3Pa ；步驟4中銅模的直徑0. 5mm 6mm，得 到的塊體非晶磁性合金材料呈直徑為0. 5mm 6mm的棒狀結(jié)構(gòu)。用X射線衍射法(XRD)確定本發(fā)明合金材料的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。完全的非晶態(tài)合金的 XRD圖具有一個寬化的彌散的衍射峰，而典型的晶體結(jié)構(gòu)的合金衍射圖譜上對應(yīng)的是尖銳 的Bragg衍射峰。用差示掃描量熱法測量本發(fā)明非晶磁性合金材料的熱力學(xué)參數(shù)。以40K/min的 加熱速率加熱本發(fā)明非晶磁性合金材料使其熔化，記錄玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)、初始晶化溫度 (Tx)、熔點(diǎn)Tm和液相溫度(1\)，得到過冷液相區(qū)寬度A Tx ( A Tx = Tx-Tg)，約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度 Trg(Trg = T/IV)，用約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度評價本發(fā)明非晶磁性合金材料的非晶形成能力， 用過冷液相區(qū)寬度ATX評價本發(fā)明非晶磁性合金材料的玻璃形成能力。用磁學(xué)測試儀器檢測本發(fā)明非晶磁性合金材料的磁學(xué)性能，包括用阻抗分析儀測 試樣品的磁導(dǎo)率、用B-H儀測試樣品的矯頑力、用振動樣品磁強(qiáng)計測試樣品的飽和磁感應(yīng) 強(qiáng)度，以及用磁致伸縮測量儀測量樣品的磁致伸縮系數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明大非晶形成能力鐵基塊體非晶磁性合金材料的優(yōu)點(diǎn)是 具有大的非晶形成能力、高的磁致伸縮系數(shù)以及優(yōu)異的軟磁性能，其約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到0. 5 0. 7，過冷液相區(qū)寬度為40K 120K，磁致伸縮系數(shù)達(dá)到-50X10—6 200 X 10-6， 可以制成直徑為0. 5mm 6mm的非晶棒材，因而可以廣泛應(yīng)用在變壓器及磁性傳感器等領(lǐng) 域中。


圖1是實(shí)施例1的非晶磁性合金棒的樣品照片；圖2是實(shí)施例1的非晶磁性合金棒的XRD圖；圖3是實(shí)施例1的非晶磁性合金棒的DSC升溫曲線；圖4是實(shí)施例1的非晶磁性合金棒的DSC降溫曲線；圖5是實(shí)施例1的非晶磁性合金棒的磁致伸縮圖；圖6是實(shí)施例2的非晶磁性合金棒的XRD圖；圖7是實(shí)施例2的非晶磁性合金棒的DSC升溫曲線；圖8是實(shí)施例2的非晶磁性合金棒的DSC降溫曲線；圖9是實(shí)施例2的非晶磁性合金棒的磁致伸縮圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1 制備直徑為4mm的(FeuDygBMSL.J^Nb^塊體非晶磁性合金棒。具體制備方法如下步驟1 將純度為99%以上的純金屬Fe、Si、B、Nb、Dy元素按照分子式(Fea71DyQ. 04B0.2Si0.05) 0.96Nb0.04中的原子百分比配制原料；步驟2 將步驟1配制得到的原料放在電弧熔煉爐的水冷銅坩堝內(nèi)，首先抽真空至 10_5Pa，然后充入氬氣至氣壓為600mbar進(jìn)行熔煉，熔化后再持續(xù)熔煉5分鐘，然后讓合金隨 銅坩堝冷卻至凝固后，迅速將其翻轉(zhuǎn)，反復(fù)熔煉3 5次，得到成分均勻的合金錠；步驟3 將步驟2得到的合金錠用砂輪磨掉表面雜質(zhì)，然后置于酒精中超聲波清 洗，最后破碎成小塊；步驟4 將步驟3得到的小塊合金裝入下端開口的石英玻璃管中，然后置于鑄造設(shè) 備的感應(yīng)線圈中，抽真空至10_3pa后充入適量氬氣，利用壓力差將熔融的合金液壓入4mm的 普通銅模中，得到塊體非晶磁性合金棒。圖1所示為上述方法制備得到的非晶磁性合金棒的外觀圖，從圖中可以看出該非 晶磁性合金呈直徑為4mm的棒狀塊體結(jié)構(gòu)。用X射線衍射法確認(rèn)該塊體非晶磁性合金棒的結(jié)構(gòu)，圖2所示為上述塊體非晶磁 性合金棒的XRD衍射圖，圖中顯示具有一個寬化的彌散的衍射峰，說明該合金棒是非晶態(tài) 結(jié)構(gòu)的。用差示掃描量熱法測量該塊體非晶態(tài)合金棒的熱力學(xué)參數(shù)。從圖3所示的DSC升 溫曲線與圖4所示的DSC降溫曲線可以看出其玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為872K，液相溫度(1\) 為1398K，初始晶化溫度(Tx)為974K，得到約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度1；8為0. 624，過冷液相區(qū)寬度 ATX 為 102。
用磁學(xué)測試儀器檢測該塊體非晶磁性合金棒的磁學(xué)性能，得到圖5所示的磁致伸 縮圖，可以看出磁致伸縮系數(shù)(入s)高達(dá)65.3X10_6;另外，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(Is)為0. 75T， 矯頑力(H。)為4. 3AAT1，磁導(dǎo)率(y e)為7172。實(shí)施例2 制備直徑為3. 5mm的(Fe^IVJuSiaJ^Nb^塊體非晶磁性合金棒。具體制備方法如下步驟1 將純度為99%以上的純金屬Fe、Si、B、Nb、Tb元素按照分子式(Fea7TbQ.Q 5B0.2Si0.05) 0.96Nb0.04中的原子百分比配制原料；步驟2 將步驟1配制得到的原料放在電弧熔煉爐的水冷銅坩堝內(nèi)，首先抽真空至 1. 5X10_5Pa，然后充入氬氣至氣壓為500mbar進(jìn)行熔煉，熔化后再持續(xù)熔煉6分鐘，然后讓 合金隨銅坩堝冷卻至凝固后，迅速將其翻轉(zhuǎn)，反復(fù)熔煉3 5次，得到成分均勻的合金錠；步驟3 將步驟2得到的合金錠用砂輪磨掉表面雜質(zhì)，然后置于酒精中超聲波清 洗，最后破碎成小塊；步驟4 將步驟3得到的小塊合金裝入下端開口的石英玻璃管中，然后置于鑄造 設(shè)備的感應(yīng)線圈中，抽真空至2X10_3pa后充入適量氬氣，利用壓力差將熔融的合金液壓入 3. 5mm的普通銅模中，得到塊體非晶磁性合金棒。上述非晶磁性合金棒的外觀圖類似圖1所示，呈直徑為3. 5mm的棒狀塊體結(jié)構(gòu)。用X射線衍射法確認(rèn)該塊體非晶磁性合金棒的結(jié)構(gòu)，圖6所示為上述塊體非晶磁 性合金棒的XRD衍射圖，圖中顯示具有一個寬化的彌散的衍射峰，說明該合金棒是非晶態(tài) 結(jié)構(gòu)的。用差示掃描量熱法測量該塊體非晶磁性合金棒的熱力學(xué)參數(shù)。從圖7所示的DSC 升溫曲線與圖8所示的DSC降溫曲線可以看出其玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為941K，液相溫度(1\) 為1396K，初始晶化溫度(Tx)為995K，得到約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度1；8為0. 674，過冷液相區(qū)寬度 ATX 為 54。用磁學(xué)測試儀器檢測該塊體非晶磁性合金棒的磁學(xué)性能，得到圖9所示的磁致伸 縮圖，可以看出磁致伸縮系數(shù)(入s)為_30.6X10_6;另外，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(Is)為0.69T， 矯頑力(H。)為5AAT1，磁導(dǎo)率(y e)為5500。實(shí)施例3:制備直徑為1mm的(FegDyuiBMSL.J^Nb^塊體非晶磁性合金棒。具體制備方法如下步驟1 將純度為99%以上的純金屬Fe、Si、B、Nb、Dy元素按照分子式(Fea74DyQ. 01^0. 2SI0. 05) 0. 96Nb0. 04 中的原子百分比配制原料；步驟2 將步驟1配制的原料放在電弧熔煉爐的水冷銅坩堝內(nèi)，首先抽真空至 2X 10_5Pa，然后充入氬氣至氣壓為700mbar進(jìn)行熔煉，熔化后再持續(xù)熔煉8分鐘，然后讓合 金隨銅坩堝冷卻至凝固后，迅速將其翻轉(zhuǎn)，反復(fù)熔煉3 5次，得到成分均勻的合金錠；步驟3 將步驟2得到的合金錠用砂輪磨掉表面雜質(zhì)，然后置于酒精中超聲波清 洗，最后破碎成小塊；步驟4 將步驟3得到的小塊合金裝入下端開口的石英玻璃管中，然后置于鑄造設(shè) 備的感應(yīng)線圈中，抽真空至1.5X10_3Pa后充入適量氬氣，利用壓力差將熔融的合金液壓入1mm的普通銅模中，得到塊體非晶磁性合金棒。上述非晶態(tài)合金棒的外觀圖類似圖1所示，呈直徑為1mm的棒狀塊體結(jié)構(gòu)。用X射線衍射法確認(rèn)該塊體非晶磁性合金棒的結(jié)構(gòu)，XRD衍射圖類似圖6所示，圖 中顯示具有一個寬化的彌散的衍射峰，說明該合金棒是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的。用差示掃描量熱法測量該塊體非晶磁性合金棒的熱力學(xué)參數(shù)。從DSC升溫曲線與 DSC降溫曲線可以得到其玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為833K，液相溫度(1\)為1461K，初始晶化溫 度(Tx)為898K，得到約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度T,g為0. 57，過冷液相區(qū)寬度A Tx為65。用磁學(xué)測試儀器檢測該塊體非晶磁性合金棒的磁學(xué)性能，得到磁致伸縮系數(shù) (入s)為8.7X10_6;另外，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(Is)為1. 12T，矯頑力(H。)為3.8AAT1，磁導(dǎo)率 (u e)可達(dá) 8606。實(shí)施例4 制備直徑為2mm的(FemDyc^BMSL.J^Nb^塊體非晶磁性合金棒。具體制備方法如下步驟1 將純度為99%以上的純金屬Fe、Si、B、Nb、Dy元素按照分子式(Fea73DyQ. 02^0. 2SI0. 05) 0. 96他0. 04 中的原子百分比配制原料；步驟2 將步驟1配制得到的原料放在電弧熔煉爐的水冷銅坩堝內(nèi)，首先抽真空至 2. 5 X 10_5Pa，然后充入氬氣至氣壓為SOOmbar進(jìn)行熔煉，熔化后再持續(xù)熔煉3分鐘，然后讓 合金隨銅坩堝冷卻至凝固后，迅速將其翻轉(zhuǎn)，反復(fù)熔煉3 5次，得到成分均勻的合金錠；步驟3 將步驟2得到的合金錠用砂輪磨掉表面雜質(zhì)，然后置于酒精中超聲波清 洗，最后破碎成小塊；步驟4 將步驟3得到的小塊合金裝入下端開口的石英玻璃管中，然后置于鑄造 設(shè)備的感應(yīng)線圈中，抽真空至2X 10_3pa后充入適量氬氣，利用壓力差將熔融的合金液壓入 2mm的普通銅模中，得到塊體非晶磁性合金棒。上述非晶磁性合金棒的外觀圖類似圖1所示，呈直徑為2mm的棒狀塊體結(jié)構(gòu)。用X射線衍射法確認(rèn)該塊體非晶磁性合金棒的結(jié)構(gòu)，XRD衍射圖類似圖6所示，圖 中顯示具有一個寬化的彌散的衍射峰，說明該合金棒是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的。用差示掃描量熱法測量該塊體非晶態(tài)合金棒的熱力學(xué)參數(shù)。從DSC升溫曲線與 DSC降溫曲線可以得到其玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為851K，液相溫度(1\)為1441K，初始晶化溫 度(Tx)為924K，得到約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度T,g為0. 591，過冷液相區(qū)寬度A Tx為73。用磁學(xué)測試儀器檢測該塊體非晶磁性合金棒的磁學(xué)性能，得到磁致伸縮系數(shù) (入s)為26. 7X10_6 ；另外，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(Is)為0. 99T，矯頑力(H。)為3. 7AAT1，磁導(dǎo)率 (u e)可達(dá) 7388。實(shí)施例5 制備直徑為2. 5mm的(Fe^Dy—BMSiaJ^Nb^塊體非晶磁性合金棒。具體制備方法如下步驟1 將純度為99%以上的純金屬Fe、Si、B、Nb、Dy元素按照分子式(Fea72DyQ. 03^0. 2SI0. 05) 0. 96他0. 04 中的原子百分比配制原料；步驟2 將步驟1配制得到的原料放在電弧熔煉爐的水冷銅坩堝內(nèi)，首先抽真空至 3 X 10_5Pa，然后充入氬氣至氣壓為600mbar進(jìn)行熔煉，熔化后再持續(xù)熔煉10分鐘，然后讓合金隨銅坩堝冷卻至凝固后，迅速將其翻轉(zhuǎn)，反復(fù)熔煉3 5次，得到成分均勻的合金錠；步驟3 將步驟2得到的合金錠用砂輪磨掉表面雜質(zhì)，然后置于酒精中超聲波清 洗，最后破碎成小塊；步驟4 將步驟3得到的小塊合金裝入下端開口的石英玻璃管中，然后置于鑄造 設(shè)備的感應(yīng)線圈中，抽真空至3X10_3Pa后充入適量氬氣，利用壓力差將熔融的合金液壓入 2. 5mm的普通銅模中，得到塊體非晶磁性合金棒。上述非晶磁性合金棒的外觀圖類似圖1所示，呈直徑為2. 5mm的棒狀塊體結(jié)構(gòu)。用X射線衍射法確認(rèn)該塊體非晶磁性合金棒的結(jié)構(gòu)，XRD衍射圖類似圖6所示，圖 中顯示具有一個寬化的彌散的衍射峰，說明該合金棒是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的。用差示掃描量熱法測量該塊體非晶態(tài)合金棒的熱力學(xué)參數(shù)。從DSC升溫曲線與 DSC降溫曲線可以得到其玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為861K，液相溫度(1\)為1432K，初始晶化溫 度(Tx)為946K，得到約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度T,g為0. 605，過冷液相區(qū)寬度A Tx為85。用磁學(xué)測試儀器檢測該塊體非晶磁性合金棒的磁學(xué)性能，得到磁致伸縮系數(shù) (入s)為64.5X10_6;另外，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(Is)為0.86T，矯頑力(H。)為3. QA/nT1，磁導(dǎo)率 (u e)可達(dá) 7222。實(shí)施例6 制備直徑為3mm的(FeuDy^B^SkJ^Nb^塊體非晶磁性合金棒。具體制備方法如下步驟1 將純度為99%以上的純金屬Fe、Si、B、Nb、Dy元素按照分子式(FeQ.7Dy。.。 5B0.2Si0.05) 0.96Nb0.04中的原子百分比配制原料；步驟2 將步驟1配制得到的原料放在電弧熔煉爐的水冷銅坩堝內(nèi)，首先抽真空至 5 X 10_5Pa，然后充入氬氣至氣壓為lOOOmbar進(jìn)行熔煉，熔化后再持續(xù)熔煉5分鐘，然后讓合 金隨銅坩堝冷卻至凝固后，迅速將其翻轉(zhuǎn)，反復(fù)熔煉3 5次，得到成分均勻的合金錠；步驟3 將步驟2得到的合金錠用砂輪磨掉表面雜質(zhì)，然后置于酒精中超聲波清 洗，最后破碎成小塊；步驟4 將步驟3得到的小塊合金裝入下端開口的石英玻璃管中，然后置于鑄造設(shè) 備的感應(yīng)線圈中，抽真空至0.5X10_3pa后充入適量氬氣，利用壓力差將熔融的合金液壓入 3mm的普通銅模中，得到塊體非晶磁性合金棒。上述非晶磁性合金棒的外觀圖類似圖1所示，呈直徑為3mm的棒狀塊體結(jié)構(gòu)。用X射線衍射法確認(rèn)該塊體非晶磁性合金棒的結(jié)構(gòu)，XRD衍射圖類似圖6所示，圖 中顯示具有一個寬化的彌散的衍射峰，說明該合金棒是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的。用差示掃描量熱法測量該塊體非晶態(tài)合金棒的熱力學(xué)參數(shù)。從DSC升溫曲線與 DSC降溫曲線可以得到其玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為938K，液相溫度(1\)為1405K，初始晶化溫 度(Tx)為999K，得到約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度T,g為0. 668，過冷液相區(qū)寬度ATX為61。用磁學(xué)測試儀器檢測該塊體非晶磁性合金棒的磁學(xué)性能，得到磁致伸縮系數(shù) (入s)為44. 3X10-6 ；另外，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(Is)為0. 65T，矯頑力(H。)為5. 3AAT1，磁導(dǎo)率 (u e)可達(dá) 5427。實(shí)施例7 制備直徑為3mm的(Fe^Dy^BMSL.J^Nb^塊體非晶磁性合金棒。
具體制備方法如下步驟1 將純度為99%以上的純金屬Fe、Si、B、Nb、Dy元素按照分子式(Fea69DyQ. 06B0.2Si0.05) 0.96Nb0.04中的原子百分比配制原料；步驟2 將步驟1配制得到的原料放在電弧熔煉爐的水冷銅坩堝內(nèi)，首先抽真空至 0. 5 X 10_5pa，然后充入氬氣至氣壓為600mbar進(jìn)行熔煉，熔化后再持續(xù)熔煉5分鐘，然后讓 合金隨銅坩堝冷卻至凝固后，迅速將其翻轉(zhuǎn)，反復(fù)熔煉3 5次，得到成分均勻的合金錠；步驟3 將步驟2得到的合金錠用砂輪磨掉表面雜質(zhì)，然后置于酒精中超聲波清 洗，最后破碎成小塊；步驟4:將步驟3得到的小塊合金裝入下端開口的石英玻璃管中，然后置于鑄造設(shè) 備的感應(yīng)線圈中，抽真空至2.5X10_3pa后充入適量氬氣，利用壓力差將熔融的合金液壓入 3mm的普通銅模中，得到塊體非晶磁性合金棒。上述非晶磁性合金棒的外觀圖類似圖1所示，呈直徑為3mm的棒狀塊體結(jié)構(gòu)。用X射線衍射法確認(rèn)該塊體非晶磁性合金棒的結(jié)構(gòu)，XRD衍射圖類似圖6所示，圖 中顯示具有一個寬化的彌散的衍射峰，說明該合金棒是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的。用差示掃描量熱法測量該塊體非晶態(tài)合金棒的熱力學(xué)參數(shù)。從DSC升溫曲線與 DSC降溫曲線可以得到其玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為948K，液相溫度(1\)為1419K，初始晶化溫 度(Tx)為1013K，得到約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度T,g為0. 668，過冷液相區(qū)寬度A Tx為65。用磁學(xué)測試儀器檢測該塊體非晶磁性合金棒的磁學(xué)性能，得到磁致伸縮系數(shù) (入s)為15.6X10—6;另外，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(Is)為0. 58T，矯頑力(H。)% 14. lA/m—1，磁導(dǎo)率 (u e)可達(dá) 3774。實(shí)施例8:制備直徑為2mm的(Fec^DyacA^SiaJ^Nb^塊體非晶磁性合金棒。具體制備方法如下步驟1 將純度為99%以上的純金屬Fe、Si、B、Nb、Dy元素按照分子式(Fea68DyQ. 07^0. 2SI0. 05) 0. 96^0. 04 中的原子百分比配制原料；步驟2 將步驟1配制得到的原料放在電弧熔煉爐的水冷銅坩堝內(nèi)，首先抽真空至 2. 5 X 10_5Pa，然后充入氬氣至氣壓為700mbar進(jìn)行熔煉，熔化后再持續(xù)熔煉10分鐘，然后讓 合金隨銅坩堝冷卻至凝固后，迅速將其翻轉(zhuǎn)，反復(fù)熔煉3 5次，得到成分均勻的合金錠；步驟3 將步驟2得到的合金錠用砂輪磨掉表面雜質(zhì)，然后置于酒精中超聲波清 洗，最后破碎成小塊；步驟4 將步驟3得到的小塊合金裝入下端開口的石英玻璃管中，然后置于鑄造 設(shè)備的感應(yīng)線圈中，抽真空至3X10_3pa后充入適量氬氣，利用壓力差將熔融的合金液壓入 2mm的普通銅模中，得到塊體非晶磁性合金棒。上述非晶磁性合金棒的外觀圖類似圖1所示，呈直徑為2mm的棒狀塊體結(jié)構(gòu)。用X射線衍射法確認(rèn)該塊體非晶磁性合金棒的結(jié)構(gòu)，XRD衍射圖類似圖6所示，圖 中顯示具有一個寬化的彌散的衍射峰，說明該合金棒是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的。用差示掃描量熱法測量該塊體非晶態(tài)合金棒的熱力學(xué)參數(shù)。從DSC升溫曲線與 DSC降溫曲線可以得到其玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為961K，液相溫度(1\)為1424K，初始晶化溫 度(Tx)為1013K，得到約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度T,g為0. 675，過冷液相區(qū)寬度A Tx為52。
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用磁學(xué)測試儀器檢測該塊體非晶磁性合金棒的磁學(xué)性能，得到磁致伸縮系數(shù) (入s)為-18. 6X 10_6 ；另外，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(Is)為0. 51T，矯頑力(H。)為36. 3AAT1，磁導(dǎo) 率(Pe)可達(dá)2326。實(shí)施例1至實(shí)施例8所制得合金的各項(xiàng)性能見下表所示。
權(quán)利要求
大非晶形成能力鐵基塊體非晶磁性合金材料，其特征是分子式為(Fe0.75 aMaB0.25 bSib)1 cNbc，其中M元素為Dy、Tb、Sm、Er、Ga、Y元素中的一種或幾種，a、b、c為原子百分比，并且0.005≤a≤0.1、0.03≤b≤0.07、0.02≤c≤0.06。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大非晶形成能力鐵基塊體非晶磁性合金材料，其特征是磁 致伸縮系數(shù)為-50X 10_6 200 X 10_6，約化玻璃轉(zhuǎn)化溫度為0. 5 0. 7。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大非晶形成能力鐵基塊體非晶磁性合金材料，其特征是 過冷液相區(qū)寬度為40K 120K。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大非晶形成能力鐵基塊體非晶磁性合金材料，其特征是 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為0. 5T 1. 4T。
5.如權(quán)利要求1所述的大非晶形成能力鐵基塊體非晶磁性合金材料的制備方法，其特 征是包括如下步驟步驟1 將純度為99 %以上的純金屬Fe、M、B、Si、Nb元素按照分子式 (Fq^MAibSiUb。中的原子百分比配制原料，其中M元素為Dy、Tb、Sm、Er、Ga、Y 元素中的一種或幾種，a、b、c為原子百分比，并且0. 005 ^ a ^ 0. 1,0. 03彡b彡0. 07、 0. 02 彡 c 彡 0. 06 ；步驟2 將步驟1配制得到的原料放在電弧熔煉爐中抽真空至0. 5X 10_5 5X 10_5Pa， 然后充入氬氣至氣壓為200 lOOOmbar進(jìn)行熔煉，熔化后再持續(xù)熔煉3 10分鐘，然后冷 卻至凝固后，迅速將其翻轉(zhuǎn)，反復(fù)熔煉3 5次，得到成分均勻的合金錠；步驟3 將步驟2得到的合金錠去除表面雜質(zhì)，然后置于酒精中超聲波清洗，之后破碎 成小塊；步驟4 將步驟3得到的小塊合金裝入開口的石英玻璃管后置于鑄造設(shè)備的感應(yīng)線圈 中，抽真空至0. 5 X 10_3 5 X 10_3Pa后充入適量氬氣進(jìn)行熔煉，然后利用壓力差將熔融的合 金液壓入銅模中，得到塊體非晶磁性合金材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大非晶形成能力鐵基塊體非晶磁性合金材料的制備方法，其 特征是所述的步驟2中充入氬氣至氣壓為600mbar。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大非晶形成能力鐵基塊體非晶磁性合金材料的制備方法，其 特征是所述的步驟4中得到的塊體非晶磁性合金材料呈直徑為0. 5mm 6mm的棒狀結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大非晶形成能力鐵基塊體非晶磁性合金材料及制備方法，其分子式為(Fe0.75-aMaB0.25-bSib)1-cNbc，其中M元素為Dy、Tb、Sm、Er、Ga、Y元素中的一種或幾種，a、b、c為原子百分比，并且0.005≤a≤0.1、0.03≤b≤0.07、0.02≤c≤0.06。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明合金材料的優(yōu)點(diǎn)是具有大的非晶形成能力、良好的磁致伸縮系數(shù)以及優(yōu)異的軟磁性能，其約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到0.5～0.7，磁致伸縮系數(shù)達(dá)到-50×10-6～200×10-6，因其大的非晶形成能力可制得直徑在0.5mm～6mm的非晶棒材，因而可以廣泛應(yīng)用在變壓器及磁性傳感器等領(lǐng)域中。
文檔編號H01F1/153GK101928896SQ20101026050
公開日2010年12月29日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者沈?qū)汖? 胡明俊, 門賀, 黎嘉威 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所