掺Si的低Sm含量Sm-Co型非晶基磁性合金的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明的技术方案涉及含稀土金属和磁性过渡金属的磁性材料，具体地说是掺Si 的低Sm含量Sm-Co型非晶基磁性合金的制备方法。
【背景技术】
[0002] Sm-Co型永磁体具有优异的高温综合磁性能。至今，Sm-Co型永磁体主要有两种， 一种是采用粉末冶金法制备的烧结磁体，另一种是通过熔体快淬及粘结法制备的粘结磁 体，其矫顽力机制有形核型与钉扎型两种。
[0003]对于钐基非晶合金（见文献 Lu C. L.，Liu H. M.，Wang K. F.，et al. Magnetic pro perties of Sm-based bulk metallies glasses[J].J Magn Magn Mater, 2010, 322:2845-2850)，有人在Sm-Co-Al及Sm-Fe-Al的高Sm(55-70 % Sm)低熔点共晶区用快淬与 铜模铸造法制备得到了 Sm基非晶合金，如文献（Fan G. J.，L6scr W.，Roth S.，et al.Glass-forming ability of RE-A1-TM alloys(RE = Sm, Y ；TM = Fe, Co, Cu)[J]. Acta Mater, 2000, 48 (15) : 3823-3831)报道用铜模铸造法得到 了铸态 Si^FemAli。、 SmMFe2QAl1QC〇1。、Sm 6QFe2QAl1QC〇5CiaP Sm 6QFe1QAl1QC〇15Cu5# 晶基合金，但其中只有铸态 31%^61(^11。〇) 15(：115非晶基合金表现出铁磁性行为，其矫顽力为281^/111，剩磁0.0481'，最 大磁化强度0. 103T ;而31%^61(^11。0)15(：11 5薄带非晶合金在室温下也没有磁性。文献 (Kong H. Z. , Li Y. , Ding J. Magnetic hardening in amorphous alloy Sm60Fe30Al10[J]. Scripta Materialia, 2001, 44(5) :829-834)报道发现以 30m/s 速度快淬的 Sm^FewAli。 非晶基薄带在室温为超顺磁性。文献（Guo J.,Bian X.,Meng Q.,et al. Glass-forming ability and fragility of RE55A125C〇20 (RE = Ce, Pr, Nd, Sm, Gd) alloys [J]. Scripta Mater, 2006, 55(11) : 1027-1030)报道了具有高非晶形成能力的合金成分是Sm5QAl25C〇25^ 金。可见这些含有高Sm含量的Sm基非晶合金的矫顽力都很低，虽然有铁磁性，但不能满足 硬磁性的技术要求。
[0004] 研究发现，只有位于二元Sm-Co合金低Sm (原子百分比小于20 % )区域 的Sm-Co合金才具有高的各向异性场。根据Sm-Co的二元合金相图（Su X.，Zhang ff. ,Liu G. , et al.A thermodynamic assessment of the Co_Sm system[J], J Alloys Compd，1998, 267:149-153)，在低Sm成分区域也有共晶成分点，但该共晶点温度很高，因 此，低Sm的纯Sm-Co相很难形成非晶。根据井上明久提出的获得高非晶形成能力合金的 三条经验准则（Inoue A. . Stabilization of metallic supercooled liquid and bulk amorphous alloys[J],Acta Mater, 2000, 48:279-306 ；Long Z.,Ding Y. , Wei H. , et al. A new criterion for predicting the glass-forming ability of bulk metallic glasses[J],J Alloys Compd, 2009, 475:207-219)可知，对于低 Sm 含量的 Sm-Co 型合金而 言，要形成非晶，得通过多元掺杂才有希望形成由高含量非晶相组成的合金。
[0005] 目前，通过高能球磨法或熔体快淬法来制备低Sm含量的Sm-Co型非晶磁性合金 的现有技术也已有报道。文献（N.Lu，X. Song, X. Liu, J. Zhang. Preparation and magnetic properties of amorphous and nanocrystal1ine Sm2Co17alloys[J], Intermetallics, 2 010, 18:1180-1184)中得到的铸态多晶Sm2C〇17合金的矫顽力与剩磁均为0 ;用高能球磨 法制备的二元Sm2Co17非晶合金粉末的矫顽力提高到了0. 88k0e (70. 4kA/m)，剩磁提高到 了2. 33kGs ;而在用火花等离子法快速烧结非晶粉末后得到的纳米晶合金的矫顽力再次 提高到4. 19k0e(335. 2kA/m)，剩磁提高到了5. 81kGs。CN102403117A公开了通过熔体快 淬法制备的Sm-Co型非晶纳米晶薄带磁体的制备方法，其成分范围为SmxCoyFezZruB vQw， x+y+z+u+v+w = 100, x = 9. 0~14. 0, y = 45. 0~70. 5, z = 2. 8~18. 4, u = 1. 1~7. 0， v=3. 8~19. 0, w=1. 0~21. 2，Q是由Nb、Al、Si、Cu和C中的1~4种元素组成，其中 每种元素占组成式SmxC〇yFezZruBvQ w总量的相对含量以原子百分比计为：2. 0~4. 7% Nb， 2. 0~5.7% A1，4.0~14. 0% Si，0.8~4.0% Cu，1.0~10.1%C。通过离心快淬甩带技 术制备，在室温下得到了高内禀矫顽力的薄带磁体。根据其已报道的相关研究论文（Sun J B, Bu S J,Cui CX,et al.Anew Sm-C〇-type hard magnetic alloy with an amorphous based nanocrystalline microstructure[J].Intermetallics, 2013,35(04) :82-89)可 知，其中Sm^Co^Fe^ZhCuA合金室温平均内禀矫顽力达到18. 2±1.6k0e，其高矫顽 力归因于适当含量的纳米晶磁性团簇分布于非晶相基体上，纳米晶磁性团簇间通过交换耦 合产生强的磁性相互作用，非晶相、顺磁性相、相界以及不均匀的磁性区也可钉扎畴壁的运 动。
[0006] 然而，通过高能球磨法或恪体快淬法来制备低Sm含量的Sm-Co型非晶磁性合金的 现有技术还存在一些局限性，例如，对于低Sm含量的Sm-Co合金很难得到非晶；所获得的 现有Sm-Co型非晶合金的室温矫顽力还有待进一步提高，有必要研发更新的低Sm含量的 Sm-Co基合金的制备方法和开发出性能更好的有新组成的低Sm含量的Sm-Co基合金。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是：提供掺Si的低Sm含量Sm-Co型非晶基磁性合金 的制备方法，是一种通过添加Si快淬后得到的非晶含量高，再通过退火获得了高矫顽力的 硬磁性能的成分组成式为（Sm12C〇MFesZr5Nb 5Al6B4) xSi x的掺Si的低Sm含量Sm-Co型非 晶基磁性合金的制备方法，克服了现有技术制备低Sm含量的Sm-Co型非晶磁性合金很难得 到非晶的缺陷，并且进一步提高了 Sm-Co型非晶合金的室温矫顽力。
[0008] 本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：掺Si的低Sm含量Sm-Co型非晶基 磁性合金的制备方法，具体步骤如下：
[0009] 第一步，原料配制：
[0010] 按照原料配比式（Sm12Co6QFesZr 5Nb5Al6B4) 1Q。xSix中以原子百分比计所限定的元素 的组成范围，来称取该式中所涉及到的原料：纯Sm、纯Co、纯Fe、纯Zr、纯Nb、纯A1、B-Fe合 金和纯Si的重量，由此完成原料配制，上述原料配比式中x = 0. 1~8. 0 ;
[0011] 第二步，熔化原料制备母合金铸锭：
[0012] 将第一步配制好的原料全部放入真空电弧熔炼炉或真空感应熔炼炉坩埚中，熔炼 时先对炉体抽真空度到低于5X10 3Pa，炉温升至高于1600°C，直至全部原料熔炼均匀，然 后倒入模具中冷却，即制得（Sn^Cc^FeJrsNbsAleB^。。 xSix母合金铸锭；
[0013]第三步，（SmuCoOTFesZrsNbsAlfsBji。。^乜薄带磁体的制备：
[0014] 将第二步制得的（Sm12C〇6QFesZr 5Nb5Al6B4)1Q。xSix母合金铸锭装入熔体快淬炉中， 重新熔融后在以40m/s的圆周速度旋转的冷却钼辊轮或铜辊轮上进行熔体快淬，由此制得 具有非晶纳米晶复合结构的（Sm 12CoMFesZr5Nb5Al 6B4) 1()。xSi^带磁体，其薄带厚度为38~ 42 ym，主晶相的平均晶粒尺寸小于10nm ;
[0015] 第四步，对（SmuCoOTFesZrsNbsAlfsBji。。xSi x薄带磁体进行等温退火处理：
[0016] 将第三步制得的（Sm^CoOTFesZrsNbsAlfsB^。。{:^薄带磁体在真空炉中进行等温 退火处理，退火时先对真空炉炉体抽真空度到低于5X 10 3Pa，退火温度选定为600°C~ 800°C，保温时间设定为 lOmin ~120min，由此完成对（511112&36(^821' 5他;^16134)1。。 )!5;[)!薄带 磁体的等温退火处理，退火后的（Sm12Co MFesZr5Nb5Al6B 4) 1()。xSix薄带磁体的平均晶粒尺寸为 10nm~30nm，依然为非晶纳米晶的复合结构，由此最终制得掺Si的低Sm含