一种具有较好塑性变形能力的钴基块体非晶及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种非晶合金，尤其涉及一种具有较好塑性变形能力的钴基块体非晶 软磁合金，本发明还涉及该钴基块体非晶合金的制备方法。
[0002]
【背景技术】
[0003] 非晶合金是由合金熔体连续快速冷却而得到的，具有独特结构、兼有金属和玻璃 特性的一类固体材料，也称为金属玻璃。与晶态合金相比，非晶合金具有许多独特的优越性 能，如作为结构材料使用时，具有高强度、高硬度、高耐磨耐蚀性、高疲劳抗力、低弹性模量、 大弹性应变极限（约2%)，无加工硬化现象等；作为特殊功能材料又具有优越的电性能和磁 性能等。因此，自从I960年Duwez等人采用烙体急冷法首先制得了 Au-Si非晶合金以来， 大块非晶合金在机械结构材料、光学精密材料、电极材料、体育用品材料、软磁材料等技术 领域已逐步得到应用。
[0004] 钴基非晶软磁材料在结构上具有长程无序、短程有序和各向同性的特点，其原子 在空间排列上不具有周期性和平移性，没有晶界，不存在晶态合金所特有的各种晶体缺陷， 一般也没有沉积相粒子等障碍对畴壁的钉扎作用，和相同或相似成分的晶态合金相比，更 易磁化和退磁，特别是具有零磁致伸缩的钴基磁敏非晶合金材料，矫顽力极低，其高频磁导 率和室温电阻率超过了铁基非晶软磁材料，是迄今为止人们发现的最优异的软磁材料之 〇
[0005] 钴基非晶材料目前应用较多的是传统非晶（非晶薄带和非晶丝），相对来说块 体非晶的研究较少，由于在制备相同尺寸非晶合金的情况下，块体非晶合金可在更慢的冷 却速率下获得，因此具有更加均匀的原子分布、更高的致密性和更少的"缺陷"，从而也具 有了更小的矫顽力、更高的磁导率和电阻率。另一方面，钴基块体非晶合金其制备工艺更 为简单，可有效降低生产成本，容易制备成大尺寸非晶合金带材，满足产业化开发的需求。 1995年，A. Inoue开始研究钴基块体非晶合金，并在随后开发出了 Cc^MhAUGaABA和 CcvCrfhAlsGaABA两种既具有较大非晶形成能力又具有优异软磁性能的钴基块体非晶 合金材料。经测试分析，该钴基块体非晶合金材料具有很高的磁导率、良好的高频性能以及 很低的矫顽力和损耗，可以做变压器铁芯材料、磁头等。随后，A. Inoue等人通过在Co-Ta-B 共晶合金的基础上添加Fe，使得块体非晶过冷液相区达到70K，材料的软磁性能明显改善， 并且具有良好的机械性能，断裂强度超过5000MPa，杨氏模量为268GPa。
[0006] 非晶合金由于其特殊的结构，一些在晶体合金中常见的缺陷，如位错、晶界等，在 其内部并不存在。在晶体合金承受外力时，塑性应变往往通过产生位错来承担。由于使位错 滑移的力远远小于原子的结合力，因此在晶体合金塑性变形时，外来能量可以很容易通过 位错的滑移耗散掉。但在非晶合金变形时，并没有很好的能量耗散机制。一方面，这使得非 晶合金具有很高的强度和优异的弹性性能，另一方面也使得非晶合金的塑性大大降低，其 淬态样品脆性大，后续处理工艺复杂。钴基块体非晶合金虽然在所有的非晶合金中具有最 高的断裂强度，但是其塑性性能很差，针对这一问题，人们也进行了一定的研究。例如，中科 院沈阳金属所的张哲峰课题组通过在钴基非晶合金中原位析出枝状晶，使合金出现了 0. 4% 的塑性应变。2012年，沈宝龙课题组在具有中程有序结构的CoNbB非晶合金中获得了 5%的 塑性应变。然而这些钴基非晶合金的非晶形成能力依然较弱，塑性性能也有待提高，而且忽 略了对磁性能尤其是磁导率方面的研究。因此，开发和研制一种兼具强非晶形成能力、高磁 导率、高强度和较好塑性变形能力的钴基块体非晶合金体系具有重要的应用价值。
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【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而另外提供一种兼具强非晶 形成能力、高磁导率、高强度和较好塑性变形能力的钴基块体非晶合金。
[0009] 本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种兼具强非晶形成能力、高磁导率、 高强度和较好塑性变形能力的钴基块体非晶合金的制备方法。
[0010] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种钴基块体非晶合金，其特征 在于该合金的分子简式为 CoaFebNbeModB2Q. 8Si5.2，并满足 30〈a〈50,10〈b〈40,0〈c〈8,0〈d〈8。
[0011] 一种权利要求1钴基块体非晶合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤： ：：备料，先将合金原子百分比转换成重量百分比，按比例称量好Co、Fe、Nb、、Mo、B和Si 的原料； S制备合金锭，将上述原料混和，然后在熔炼装置内惰性气体保护下熔炼，得到合金 锭； S清洗，将合金锭碎成小块然后清洗； S然后通过铜模铸造法制得非晶合金棒，或单辊甩带法制得连续非晶条带。
[0012] 步骤S中所述制备合金锭的具体过程如下：将原料混合后放入电弧熔炼炉的水冷 铜坩埚内，抽真空至l〇_ 2Pa以上，然后充入惰性气体至气压为200-700mbar，熔化后再持续 熔炼5-60秒钟，然后让合金随铜坩埚冷却至室温，然后将其翻转，反复熔炼得到均匀的合 金锭。
[0013] 作为优选，步骤f中所述的清洗具体为在酒精中超声波清洗。
[0014] 作为优选，步骤S中所述的非晶合金棒直径为2mnT8mm。
[0015] 作为优选，步骤I中所述的Co、Fe、Nb、Mo、B和Si纯度均为99. 9%以上的纯金属。
[0016] 作为优选，还包括步骤退火，将所得的非晶合金棒或连续非晶条带在Tg_10K到 Tg_80K温度范围内去应力退火300S。
[0017] 与现有技术相比，本发明的优点在于：所得产品具有优异软磁性能、超高的压缩强 度、较好的塑性变形能力和强非晶形成能力的钴基块体非晶合金体系，并确定形成包含体 积分数50%到100%的非晶相的块体合金成份范围，所得体系的特点在于以下几点： (1) 具有宽过冷液相区，其ATx(ATx=Tg-Tx，T g为玻璃转变温度，Tx为晶化温度）在40K 以上，80K以下； (2) 具有较强的非晶形成能力，用铜铸型铸造法制备的该体系非晶棒材其直径在2mm 以上，8mm以下； (3) 具有较高的饱和磁感应强度，其Is在0. 4T以上，1. 5T以下； (4) 具有低矫顽力，其Hc在1. 2A/m以下，0? 3A/m以上； (5) 具有高有效磁导率，lKHz下其ii e在10000以上，50000以下； (6) 具有极大的抗压断裂强度和较好的塑性变形能力，室温下压缩断裂强度在 4000MPa以上，6000MPa以下，压缩塑性在0. 5%以上，3%以下。
[0018]
【附图说明】
[0019]图1为实施例2非晶合金棒的TEM明场像和选区电子衍射。
[0020] 图2是实施例2非晶合金棒的DSC升温曲线。
[0021] 图3是实施例2非晶合金棒的DSC融化曲线。
[0022] 图4是实施例2非晶合金棒的压缩应力应变曲线。
[0023] 图5是实施例2非晶合金压缩样品的侧面SEM形貌图。
[0024] 图6是实施例2非晶合金压缩样品的断面SEM形貌图。
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【具体实施方式】
[0026] 以下结合附图及实施例