专利名称：一种亚稳态面心立方相块体钴金属及其制备方法
技术领域：
本发明涉及亚稳材料领域，具体的是涉及一种亚稳态面心立方相块体钴金属，本发明还涉及该亚稳态面心立方相块体钴金属的制备方法。
背景技术：
钴(Co)具有优良的物理、化学和机械性能，是制造高强度合金、耐高温合金、硬质合金、磁性材料和催化剂等的重要材料，应用非常广泛。常规块体Co金属具有两种晶体结构，在同素异构转变温度(420°C附近)以上保持面心立方(fee)相，而在此温度以下则保持密排六方(hep)相。由于纳米Co微粒在超高磁记录领域有着重要的应用前景，近些年纳米Co (晶粒)微粒的制备研究开始受到关注。大量的实验结果表明[1’2]纳米尺度的Co (晶粒)微粒或者薄膜可以在室温下保持其高温相，即fee相，也就是说Co (晶粒)微粒可以在室温下保持亚稳结构。Zhao[3’4]等人的研究表明，纳米、亚微米和微米尺寸的Co微粒都具有在室温下保持亚稳fee相的特性。他们发现在相当宽的尺度范围内，Co微粒的晶体结构和尺寸无关，而取决于制备过程或者加工过程中微粒的热经历，即=Co微粒只要在制备和加工过程中经历了高于同素异构转变的温度，则在随后的冷却中将一直保持亚稳结构至室温或低温。只有当微粒尺寸足够大(至少数十微米)，高温冷却时Co微粒才可能发生fcc-hcp相变。Wen等人采用表面机械纳米化(SMAT)[5]的方法在Co板上制备一层厚约20 μ m纳米晶Co金属薄膜。该薄膜在室温下由fee相和hep相组成，fee相的最高含可以达到17%。发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种亚稳态面心立方相块体钴金属的制备方法，其特征在于包括:
取预定重量的钴粉；
压结步骤，将所取的钴粉压制成所需形状的素坯；
烧结步骤，将压制所得的素坯在预定的温度、时间和气氛下进行烧结。
根据本发明的一个进一步的方面，提供了用上述方法制备的亚稳态面心立方相块体钴金属。
根据本发明的另一个方面，提供了一种亚稳态面心立方相块体钴金属，其特征在于，采用CuKa靶，该金属的X射线衍射图谱在扣除背底和剥离Ka2后，fee相(200)晶面衍射峰高度与hep相(101)晶面衍射峰高度的比值大于0.5。
图1为实施例1中所采用Co粉的XRD图谱。
图2为实施例1中1200°C X I小时空冷所得烧结亚稳块体的XRD图谱。
图3为实施例6中1000°C X I小时水淬所得烧结亚稳块体的XRD图谱。
图4为实施例7中1000°C X I小时空冷所得烧结亚稳块体的拉伸应力-应变曲线。
图5a为实施例8中1#试样的磁化强度-磁场强度曲线。
图5b为实施例8中2#试样的磁化强度-磁场强度曲线。
具体实施方式
本发明针对上述技术现状，提供了一种亚稳态面心立方相块体钴金属，本发明还提供了一种亚稳态面心立方相块体钴金属的制备方法。
根据本发明的一个方面，提供了 一种亚稳态面心立方相块体钴金属，其特征在于，采用CuKa靶，该金属的X射线衍射(XRD)图谱在扣除背底和剥离Ka2后，fee相(200)晶面衍射峰高度与hep相(101)晶面衍射峰高度的比值{记作:(200)f。。/(IOl)helJ大于0.5。
(本说明书中使用(200)fee/(101)hep表示粉末以及烧结块体钴金属中两相的相对含量，它的具体意义是:采用CuKa靶，金属的XRD图谱在扣除背底和剥离Ka2后，fee相(200)晶面衍射峰高度与hep相(101)晶面衍射峰高度的比值)。
根据本发明的另一个方面，提供了一种亚稳态面心立方相块体钴金属的制备方法，其特征在于包括:
取预定重量的钴粉；
压结步骤，将所取的钴粉压制成所需形状的素坯；
烧结步骤，将压制所得的素坯在预定的温度、时间和气氛下进行烧结。
根据本发明的一个进一步的方面，上述预定重量根据所述块体钴金属的厚度和所用模具的大小确定；上述压结步骤系使用磨具在压片机上进行。
根据本发明的一个进一步的方面，上述钴粉的粒径小于30μπι，(200)fcc/(101)hcp为 0.01 20。
根据本发明的一个进一步的方面，上述压结步骤中采用的压结压强为60MPa 500MPa，保压时间为I秒 10分钟。
根据本发明的一个进一步的方面，上述烧结步骤包括:
将压结成型后的所述素坯进行真空烧结；烧结温度为600°C 1400°C，烧结时间为0.5小时 10小时。
根据本发明的又一个进一步的方面，上述烧结步骤包括:
将压结成型后的所述素坯在氢气氛中进行烧结；烧结温度为600°C 1400°C，烧结时间为0.5小时 10小时。
根据本发明的一个进一步的方面，上述亚稳态面心立方相块体钴金属的制备方法进一步包括在所述烧结之后空冷。
根据本发明的一个进一步的方面，上述亚稳态面心立方相块体钴金属的制备方法进一步包括在所述烧结之后淬火。
根据本发明的一个进一步的方面，上述亚稳态面心立方相块体钴金属的制备方法进一步包括在所述烧结之后和所述淬火之前空冷2秒 60秒。
根据本发明的一个进一步的方面，上述亚稳态面心立方相块体钴金属的制备方法进一步包括:
在所述取预定重量的钴粉的步骤之后，在表面皿中将所述钴粉用无水乙醇浸润，然后在空气中放置2小时。
根据本发明的又一个方面，提供了用上述亚稳态面心立方相块体钴金属的制备方法制备的亚稳态面心立方相块体钴金属。
根据本发明的又一个方面，提供了一种亚稳态面心立方相块体钴金属，其特征在于，采用CuKa靶，该金属的X射线衍射图谱在扣除背底和剥离Ka2后，fee相(200)晶面衍射峰高度与hep相(101)晶面衍射峰高度的比值大于0.5。
根据本发明的一个具体实施例，提供了一种亚稳态面心立方相块体钴金属的制备方法，其特征在于包括:
根据模具大小和所需试样厚度，秤取相应重量的Co粉；
压结步骤，使用磨具在压片机上将Co粉压制成所需形状的素坯；
烧结步骤，将压制所得素坯在不同的温度、时间和气氛下进行烧结。
根据本发明的上述实施例的Co粉的粒径小于30 μ m, (200)fcc/(IOl)hcp为0.01 20。
根据本发明的上述实施例的压结压强为60MPa 500MPa，保压时间为I秒 10分钟。
根据本发明的一个进一步的实施例，上述烧结步骤包括:
将压结成型后的所述素坯进行真空烧结；烧结温度为600°C 1400°C，烧结时间为0.5小时 10小时，冷却方式为空冷、空冷2秒-60秒后淬火或者直接淬火。
根据本发明的又一个进一步的实施例，上述烧结步骤包括:
将压结成型后的所述素坯在氢气氛中进行烧结；烧结温度为600°C 1400°C，烧结时间为0.5小时 10小时，冷却方式为空冷、空冷2秒-60秒后淬火或者直接淬火。
在根据本发明的一个优选实施例中，上述秤取相应重量的Co粉的步骤包括:
在表面皿中将Co粉用无水乙醇浸润,然后在空气中放置2小时。
本发明有益效果包括:
(I)本发明所得产品的制备方法所需原料价廉、易得，所需设备简单、工艺方便。
(2)本发明所得产品中亚稳的fee相含量较高，(200)fcx/(101)hc;p可以超过15。
(3)本发明所得产品易于通过模具控制形状和厚度。
(4)本发明所得产品具有较好的力学性能，可进行一定的冷热加工。
(5)本发明所得产品的相组成和磁性能对外加应力都有响应，可用于新型传感器的开发。
实施例1
取一定量的Co粉，用无水乙醇浸润，放入表面皿中，在空气中放置2小时。其中Co粉的(200) f。。/(10 Dhep = 6.69，其XRD图谱见图1，粒径小于5微米(μπι)，无水乙醇为分析纯试剂。秤取3克的Co粉放入模具，用压片机压制成Φ20毫米(mm)的圆片，压结压强为200MPa，保压时间为I分钟。将压制成型的圆片封入真空石英管，在管式退火炉中按表I所给出的温度、时间和冷却方式进行烧结处理。所得烧结块体使用X射线衍射仪分析，分析结果见表I。图2为1200°C X I小时空冷所得烧结块体的XRD图谱。
所得烧结块体的XRD分析使用日本理学D/max 2200pc型X射线衍射仪，采用CuK α靶，扫描速度为6度/分钟，扫描范围为35度 60度，工作电压为40千伏(kV)，工作电流为40毫安(mA)。试样XRD图谱扣除背底和剥离Ka2后，用fee相(200)晶面衍射峰高度与hep相(101)晶面衍射峰高度的比值{记作:(200)fcx/(101)hc;p}来表征烧结块中亚稳相的相对含量，这样做的原因在于:根据ICCD公司提供的TOF卡片信息，fcc-CO(roF15-806)，最强线为(111)晶面，次强线(200)晶面，其相对强度为40%;hcp-Co(roF5-727)，最强线为(101)晶面；fcc相(111)晶面和hep相(002)的2 Θ很接近，分别为44.216度和44.762度，在XRD图谱上两个峰基本重合；因此使用(200)fee/(101)hep可以较好的表征所得烧结块体的相组成。
表I使用(200)f。。/(10l)hep = 6.69的Co粉，200MPa下压结，保压I分钟，在不同烧结制度下，所得块体的(200)fcx/(101)hc;p
权利要求
1.一种亚稳态面心立方相块体钴金属的制备方法，其特征在于包括: 取预定重量的钴粉； 压结步骤，将所取的钴粉压制成所需形状的素坯； 烧结步骤，将压制所得的素坯在预定的温度、时间和气氛下进行烧结。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于: 所述预定重量根据所述块体钴金属的厚度和所用模具的大小确定； 所述压结步骤系使用磨具在压片机上进行。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于: 所述钴粉的粒径小于30 μ m，采用CuKa靶，该钴粉的X射线衍射图谱在扣除背底和剥离Ka2后，fee相(200)晶面衍射峰高度与hep相(101)晶面衍射峰高度的比值为0.01 20 ； 所述压结步骤中采用的压结压强为60MPa 500MPa，保压时间为I秒 10分钟。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于所述烧结步骤包括: 将压结成型后的所述素坯进行真空烧结，烧结温度为600°C 1400°C，烧结时间为0.5小时 10小时。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于所述烧结步骤包括: 将压结成型后的所述素坯在氢气氛中进行烧结，烧结温度为600°C 1400°C，烧结时间为0.5小时 10小时。
6.根据权利要求4或5的方法，其特征在于进一步包括在所述烧结之后空冷。
7.根据权利要求4或5的方法，其特征在于进一步包括在所述烧结之后淬火。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于进一步包括: 在所述烧结之后和所述淬火之前空冷2秒 60秒。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于进一步包括: 在所述取预定重量的钴粉的步骤之后，在表面皿中将所述钴粉用无水乙醇浸润，然后在空气中放置2小时。
10.用根据权利要求1-9之一的方法制备的亚稳态面心立方相块体钴金属。
11.一种亚稳态面心立方相块体钴金属，其特征在于，采用CuKa靶，该金属的X射线衍射图谱在扣除背底和剥离Ka2后，fee相(200)晶面衍射峰高度与hep相(101)晶面衍射峰高度的比值大于0.5。
全文摘要
本发明提供了一种亚稳态面心立方相块体钴金属，其特征在于采用CuKa靶，该金属的X射线衍射图谱在扣除背底和剥离Ka2后，fcc相(200)晶面衍射峰高度与hcp相(101)晶面衍射峰高度的比值大于0.5。本发明提供的亚稳态面心立方相块体钴金属的优点在于易于通过模具控制形状和厚度；具有较好的力学性能，可进行一定的冷热加工；亚稳的fcc相含量较高；相组成和磁性能对外加应力都有响应，可用于新型传感器的开发。
文档编号C22B23/02GK103157793SQ20111041854
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者孟庆坤, 赵新青 申请人:北京航空航天大学