專利名稱：Fe₆₆Co₁₀Mo₄P₄C₄B₄Si₃塊體軟磁納米晶/非晶復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體涉及冶金領(lǐng)域，尤其涉及一種!^66CoiciMo4P4C4B4Si3塊體軟磁納米晶/非晶復(fù)合材料金的制備方法。由此制得的狗基塊體軟磁納米晶/非晶復(fù)合材料具有較其相應(yīng)的狗基塊體非晶合金更加優(yōu)異的軟磁性能。
背景技術(shù)：
Fe基納米晶/非晶復(fù)合材料具有高的磁飽和強(qiáng)度、低矯頑力、高磁導(dǎo)率以及低的磁滯損耗的優(yōu)點(diǎn)，具有比坡莫合金、硅鋼片、非晶合金更加優(yōu)異的軟磁性能，在電力電子工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。20世紀(jì)80年代末，Yoshizawa等發(fā)現(xiàn)在i^-Si-B系合金中加入適量的Cu，并經(jīng)適當(dāng)?shù)木Щ嘶鸸に囂幚砗罂色@得在非晶基底上嵌有納米尺寸C^e的復(fù)合材料。由于 α相和非晶相的交換耦合作用，使得該成分的合金具有優(yōu)異軟磁性能?，F(xiàn)有的非晶納米晶軟磁材料主要的合金系有I^e-Si-Nb-B-Cu系、Fejr-B-Cu系和!^e-Co-Nb-B-Cu系等，由于 Cu的富集作用，在快速凝固的過程中會(huì)成為晶化形核的核心，因而降低了這些合金系的非晶形成能力，不易制備出尺寸較大的塊體非晶合金，僅能制備出薄帶狀樣品。薄帶材料用作磁性材料有三個(gè)主要缺點(diǎn)帶材太薄導(dǎo)致鐵芯纏繞層數(shù)增加，層與層之間存在大量的空氣， 這導(dǎo)致鐵芯致密度下降，則勢(shì)必導(dǎo)致磁通密度的降低同時(shí)存在退火脆性和應(yīng)力敏感，導(dǎo)致鐵芯的制備困難，從而限制了納米晶軟磁材料的應(yīng)用。為了獲得三維大尺寸塊體納米非晶合金，首先得制備出納米非晶粉末，然后采用機(jī)械合金化法將粉末燒結(jié)壓實(shí)，制得塊體狀的納米非晶合金。由于在納米材料的燒結(jié)過程中，納米晶粒的長大和致密化的進(jìn)程是兩個(gè)相互競爭的過程，因此為了保證獲得晶粒細(xì)小的納米組織，必定會(huì)影響到塊體的粉末致密度。實(shí)際生產(chǎn)過程中因由納米粒子壓實(shí)成的塊體致密度不高，體內(nèi)存在大量孔隙，導(dǎo)致粉末冶金法制備的塊體磁性材料難以顯示優(yōu)異的磁性能。壓力晶化法，首先對(duì)非晶態(tài)合金加壓，然后對(duì)大塊非晶合金加熱，保溫，自然冷卻， 最后卸載壓力，得到納米晶/非晶復(fù)合材料。該方法操作過程復(fù)雜，流程多，設(shè)備昂貴。而且制備出的塊體非晶合金為非磁性的ττ基塊體非晶合金。超聲法可實(shí)現(xiàn)大塊非晶合金納米晶化法，在超聲條件下對(duì)塊體非晶合金進(jìn)行加熱處理實(shí)現(xiàn)納米晶化，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)塊體非晶合金的納米晶化，但是所用到的設(shè)備復(fù)雜、且處理時(shí)間較長(30 90min)，增加了處理成本，而且處理的大塊非晶合金不具有軟磁性能。Fe74Al4Ga2P12B4Si4基塊體非晶合金納米晶化法提高軟磁性能，雖然通過晶化退火處理，獲得了納米尺寸的α "Fe相，然而!^e74Al4Ga2P12B4Si4塊體非晶合金本質(zhì)不屬于軟磁材料，納米晶化處理后矯頑力降低至94. 160e=7496A/m
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種Fi566C0iciM04P4C4B4Si3塊體軟磁納米晶/非晶復(fù)合材料的制備方法，它通過晶化退火的方法實(shí)現(xiàn)!^66C0iciMo4P4C4B4Si3塊體非晶合金的納米化，進(jìn)而制備出結(jié)構(gòu)致密度高、軟磁性能較其相應(yīng)的狗基塊體非晶合金更加優(yōu)異的 Fe66Co10Mo4P4C4B4Si3塊體軟磁納米晶/非晶復(fù)合材料。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
將塊體非晶合金直接晶化獲得具有軟磁性能優(yōu)異的塊體納米晶/非晶復(fù)合材料，主要包括以下步驟
(1)用銅模鑄造法制備具有軟磁性能的I^e66C0iciM04P4C4B4Si3基塊體非晶合金；
(2)對(duì)制備的!^66ColtlMo4P4C4B4Si3基塊體非晶合金進(jìn)行DSC分析，確定該合金的晶化峰值溫度Tp ；
(3)利用石英管將上述!^66ColtlMo4P4C4B4Si3基塊體非晶合金封存在真空系統(tǒng)中，并使其真空度達(dá)到10_3 KT5MPa ；
(4)高溫電阻爐升溫至晶化峰值溫度Tp，待爐溫恒定之后將經(jīng)上步真空封裝的 Fe66Co10Mo4P4C4B4Si3基塊體非晶合金放入電阻爐內(nèi)，由于石英管尺寸較小，其放入電阻爐瞬間就達(dá)到爐溫，因此其對(duì)爐溫的影響可以忽略不計(jì)，認(rèn)為是等溫退火處理。待石英管放入電阻爐后開始計(jì)時(shí)，10分鐘后退火結(jié)束。(5)退火結(jié)束以后將樣品從電阻爐內(nèi)取出，并迅速淬入室溫下的冷卻水中，快速冷卻至室溫，得!^66CoiciMo4P4C4B4Si3塊體軟磁納米晶/非晶復(fù)合材料。 所述冷卻介質(zhì)為水、油、中的任意一種。本發(fā)明具有積極有益的效果
1.所制備出的I^e66C0iciM04P4C4B4Si3塊體納米晶/非晶復(fù)合材料是由塊體非晶合金直接納米晶化獲得的，因而合金結(jié)構(gòu)致密度高達(dá)100% (而納米粉末燒結(jié)壓實(shí)方法得到納米塊體的致密度最高僅為70% 80%)，軟磁性能較其相應(yīng)的！^基塊體非晶合金更加優(yōu)異矯頑力明顯降低；磁導(dǎo)率大大提高。2.在本發(fā)明中將!^66CoiciMo4P4C4B4Si3塊體非晶合金在第一晶化峰值溫度Tp的較高溫度直接晶化退火處理，進(jìn)而制備出軟磁性能優(yōu)異的!^66ColtlMo4P4C4B4Si3塊體軟磁納米晶/ 非晶復(fù)合材料；該材料是由塊體非晶合金晶化而得到的，通過控制大塊非晶合金的晶化條件，可得到具有結(jié)構(gòu)緊密、缺陷較少、成分準(zhǔn)確的大塊納米晶或非晶/納米晶復(fù)合材料；與其它的工藝相比，本發(fā)明工藝具有操作容易、設(shè)備簡單、處理過程較短、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)使用該工藝獲得的材料軟磁性能更加優(yōu)異。


圖1為!^66CoiciMo4P4C4B4Si3塊體非晶合金的DSC曲線；
圖2為Fii66CoiciMo4P4C4B4Si3塊體非晶合金退火處理IOmin前后的XRD曲線對(duì)比； 圖3為F^5C0iciMo4P4C4B4Si3塊體非晶合金退火處理IOmin前后的磁滯回線對(duì)比； 圖4為Fii66CoiciMo4P4C4B4Si3塊體非晶合金退火處理5min前后的XRD曲線對(duì)比； 圖5為Fe566ColtlMo4P4C4B4Si3塊體非晶合金退火處理5min前后的磁滯回線對(duì)比。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。下述實(shí)施例中所涉及非晶合鍋Ij備及相關(guān)的檢測方法，如恐娜狐均為常規(guī)方法。下述實(shí)施例中所用的雕受備及試劑，如恐娜狐均為市售。實(shí)施例1 一種Fe66C0ltlMo4P4C4B4Si3塊體軟磁納米晶/非晶復(fù)合材料金的制備方法，包括以下步驟
(1)設(shè)計(jì)成分為!^66C0iciMo4P4C4B4Si3的!^e基塊體非晶合金，以純度為99. 9%以上的純金屬和中間合金為原料配比，利用電弧熔煉的方式反復(fù)熔煉獲得成分均勻的母合金，利用感應(yīng)熔煉的方式再次熔化母合金，再利用銅模鑄造的方法制得直徑為2mm的塊體非晶合金。(2)對(duì)上步所得!^66CoiciMo4P4C4B4Si3非晶樣品進(jìn)行DSC分析，參見圖1，得到該成分合金的晶化峰值溫度Tp為522°C，樣品在該溫度真空退火處理時(shí)間10分鐘。(3)高溫電阻爐升溫至522°C，并待溫度恒定以后，將使用石英管真空封存的 !^e66C0iciMo4P4C4B4Si3試樣放入真空爐中等溫退火處理。(4)當(dāng)樣品在522°C保溫10分鐘結(jié)束以后，將樣品迅速淬入室溫下的水中，實(shí)現(xiàn)快速冷卻，得到塊體納米非晶合金。(5)對(duì)退火處理后的樣品進(jìn)行XRD分析(參見圖2)，和磁性能磁滯回線分析(參見圖3)，有關(guān)磁性能指標(biāo)見表1。表1退火10分鐘前后的磁性能比較
權(quán)利要求
1.一種!^66ColtlMo4P4C4B4Si3塊體軟磁納米晶/非晶復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟(1)用銅模鑄造法制備具有軟磁性能的I^e66C0iciM04P4C4B4Si3基塊體非晶合金；(2)對(duì)制備的!^66ColtlMo4P4C4B4Si3基塊體非晶合金進(jìn)行DSC分析，確定該合金的晶化峰值溫度Tp ；(3)利用石英管將上述!^66ColtlMo4P4C4B4Si3基塊體非晶合金封存在真空系統(tǒng)中，并使其真空度達(dá)到10_3 KT5MPa ；(4)高溫電阻爐升溫至晶化峰值溫度Tp，待爐溫恒定之后將經(jīng)上步真空封裝的 Fe66Co10Mo4P4C4B4Si3基塊體非晶合金放入電阻爐內(nèi)，待石英管放入電阻爐后開始計(jì)時(shí)，5 20分鐘后退火結(jié)束；(5)退火結(jié)束以后將樣品從電阻爐內(nèi)取出，并迅速淬入室溫下的冷卻水中，快速冷卻至室溫，得!^e66C0iciM04P4C4B4Si3塊體軟磁納米晶/非晶復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的!^66ColtlMo4P4C4B4Si3塊體軟磁納米晶/非晶復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述冷卻介質(zhì)為水、油中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種Fe66Co10Mo4P4C4B4Si3塊體軟磁納米晶/非晶復(fù)合材料的制備方法。其主要步驟是將Fe66Co10Mo4P4C4B4Si3塊體非晶合金在第一晶化峰值溫度Tp真空退火處理并保溫一定的時(shí)間，退火結(jié)束以后淬入冷卻介質(zhì)中快速冷卻至室溫。本發(fā)明方法能夠使Fe基塊體非晶合金實(shí)現(xiàn)納米晶化，并明顯提高了其軟磁性能，本工藝為制備Fe66Co10Mo4P4C4B4Si3塊體軟磁納米晶/非晶復(fù)合材料提供了一種新的工藝方法。
文檔編號(hào)C21D1/26GK102226256SQ20111015572
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者張軍恒, 李福山, 鄒小珂 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué)