专利名称：Fe-Ga合金深过冷净化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种冶金技术领域的净化剂及其制备方法，具体是一种Fe-Ga 合金深过冷净化剂及其制备方法。
背景技术：
磁致伸縮合金是重要的传感和微驱动材料，在声纳换能器、武器系统和机 器人领域具有广泛应用。近年来出现的Fe-Ga系磁致伸縮合金具有高强度和良 好的韧性、其成本低廉，并且在单晶材料的[100]方向获得了近400ppm的大磁 致伸縮等优异性能，较已有材料(如Tb-Dy-Fe)具有不可替代的性能优势，从 而使之具有广泛的应用前景和商业价值。
研究成果表明，快速凝固和取向生长是制备高性能Fe-Ga材料的先决条件。 深过冷技术恰恰满足了这一点。所谓深过冷是指通过各种有效的净化手段尽量 避免或者消除金属和合金液中的异质晶核的形核作用，获得在常规凝固条件下 难以达到的过冷。深过冷技术的应用可以实现具有一定尺寸大体积合金液的宏 观负温度梯度快速定向凝固或单晶生长。该方法具有无偏析、高效率和远离平 衡等特征，并且可控制生长体晶体取向和微观组织。这正满足了 Fe-Ga合金磁 致伸縮材料需要获得亚稳相和取向组织的要求。发明人所在科研团队利用深过 冷技术，制备出了磁致伸縮应变达830X1(T的块体Fe-Ga合金，其性能是目前 已知该材料最佳性能的两倍。因此寻找一种能使Fe-Ga获得稳定深过冷的净化 剂就成为了一个亟待解决的问题。
干福熹等在《现代玻璃科学技术》中对于硅酸盐和硼酸盐玻璃的结构及其 熔融态的物理化学平衡关系作了介绍，为硅酸盐和硼酸盐作为Fe-Ga合金获得 深过冷的净化剂提供理论依据。使用熔融玻璃净化法时，净化剂的选择应将以 下条件作为选用判据不与合金液本身发生化学反应；玻璃的熔化温度应低于 合金的熔点，并在熔炼温度范围内具有良好的流动性；应具有合适的粘度。粘 度过低将不利于吸附熔体中的异质核心，粘度过髙又将导致净化剂不能与金属液充分润湿，从而不能充分发挥其保护和净化作用，同时会使气体排出不畅， 这些都影响熔体过冷度的提高；能够与合金中的高熔点金属氧化物夹杂以及其 它潜在异质核心反应生成低熔点化合物，从而降低其异质形核作用；净化剂与 合金熔液、氧化夹杂之间的表面张力，即润湿性。
经对现有技术的文献检索发现，尚未发现与本发明主题有关的文件。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种Fe-Ga合金深过冷净化 剂及其制备方法。本发明的深过冷净化剂能使Fe-Ga熔体在过热循环过程中能 稳定获得250K左右的过冷度。
本发明是通过以下技术方案实现的
本发明涉及一种Fe-Ga合金深过冷净化剂，组分及质量百分比为二氧化 硅40 71%，氧化铝1 4%，氧化钙4 16%,氧化镁0.8 3%，氧化硼7 20%， 硼酸钠8 30%，氧化钠5 14%和氧化钾2 8%。
所述净化剂中，各组分的粒度均为100 400目。
所述净化剂的制备方法，包括如下步骤
步骤一，按比例取二氧化硅，氧化铝，氧化钙，氧化镁，氧化钠和氧化钾， 熔融，研磨成粉末，保温；
步骤二，按比例加入氧化硼和硼酸钠，混和，得净化剂。 所述熔融为，1073 1273K熔融4~12小时。 所述保温为将粉末在423 573K下加热2 8小时。
本发明选用硅酸盐玻璃作为净化剂主体，选用氧化铝，氧化钙和氧化镁等 作为稳定剂，加入氧化硼和硼酸钠等调整高温粘度，最终制备得到Fe-Ga合金 稳定深过冷的氧化物净化剂。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果本发明的净化剂对于合金 熔体具有很强的杂质消除作用，粘敷性，化学稳定性以及防氧化功能，有利于
获得较大的过冷度，可使熔体在连续4个过热循环中获得大于250K的过冷度，
有利于快速凝固工艺的进一步实施。
图1是实施例2中Fe-Ga合金熔体连续四个过热循环中的过冷度曲线图； 图2是实施例2中深过冷快速定向凝固得到的Fe-Ga合金棒材照片图。
具体实施例方式
以下实例将结合附图对本发明作进一步说明。本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限 于下述的实施例。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条 件，或按照制造厂商所建议的条件。实施例中制备净化剂所用组分的粒度均为 为100—400目。
实施例1
制备得到的Fe-Ga深过冷净化剂的重量百分比二氧化硅50%，氧化铝2%， 氧化转10%，氧化镁3%，氧化硼10%，硼酸钠15%，氧化钠8%和氧化钾2%。 制备过程
步骤一，取5g二氧化硅，0.2g氧化铝，lg氧化钙，0.3g氧化镁，0.2g氧 化钾和0. 8氧化钠粉末，搅拌均匀，在1273K下熔融4小时，然后将产物研磨 成粉末；将粉末在473K下保温6小时除水；
步骤二，取lg氧化硼和1.5g硼酸钠与步骤一最后得到的粉末混合，得净 化剂。
使用前，在423K下保温2小时除水；使用时，将若干Fe-Ga合金金属小块 共计10.12g,放入石英坩埚中，并用玻璃净化剂完全包覆进行熔炼；在合金熔 点以上150K进行过热保温2分钟，然后降温凝固，如此进行"凝固-重熔-过热" 循环。该净化剂可使熔体在每次降温过程中稳定获得超过258K的深过冷；在降 温过程中可以在258K以下的过冷度下实施快速凝固，获得表面光亮的块体Fe-Ga 合金。需要说明的是，最终获得过冷度的大小与试样质量，过热保温温度有关。
本实施例所得净化剂在使用前，应确保净化剂未受潮或者使用前应423K下 保温2小时以除去水分。实施例2
制备得到的Fe-Ga深过冷净化剂的重量百分比二氧化硅47%，氧化铝 1.2%，氧化钙4.4%，氧化镁1.3%，氧化硼10%，硼酸钠27%，氧化钠6%和氧化 钾3. 1%。
制备过程
步骤一，取4. 7g 二氧化硅，0. 12g氧化铝，0. 44g氧化钙，0. 13g氧化镁，0. 31g 氧化钾和0.6g氧化钠粉末，搅拌均匀，在1223K下熔融6个小时，然后将产物 研磨成粉末；将粉末在573K下保温4小时除水；
步骤二，取lg氧化硼和2. 7g硼酸钠与步骤一最后得到的粉末混合，得净 化剂。
使用前，在423K下保温2小时除水；使用时，将若干Fe-Ga合金金属小块 共计13.82g，放入石英坩埚中，并用玻璃净化剂完全包覆进行熔炼；在合金熔 点以上200K进行过热保温2分钟，然后降温凝固，如此进行"凝固-重熔-过热" 循环。该净化剂可使熔体在每次降温过程中稳定获得超过250K的深过冷；在降 温过程中可以在250K以下的过冷度下实施快速凝固，获得表面光亮的块体Fe-Ga 合金。
如图1所示，图1中的曲线是本实施例中Fe-Ga合金熔体连续四个过热循环 中的过冷度曲线图，从该曲线中可以看出，在该净化剂作用下，Fe-Ga合金熔体 均在低于熔点250K以上的温度凝固，凝固时释放出大量凝固潜热致使熔体温度
瞬间升髙。TN表示合金熔体发生凝固的温度，TK表示释放凝固潜热后，熔体瞬
间达到的最高温度。如图2所示，图2为本实施例中深过冷快速定向凝固得到 的Fe-Ga合金棒材，由图可以看出，由于熔炼过程中受净化剂保护，其表面没 有任何氧化现象且表面光洁度非常好。 实施例3
制备得到的Fe-Ga深过冷净化剂的重量百分比:二氧化硅71%，氧化铝2. 2%， 氧化钙4%，氧化镁0.8%，氧化硼7%，硼酸钠8%，氧化钠5%和氧化钾2%。 制备过程
步骤一，取7.1g二氧化硅，0.22g氧化铝，0.4g氧化钙，0.08g氧化镁， 0.2g氧化钾和0.5氧化钠粉末，搅拌均匀，在1150K下熔融12小时，然后将产物研磨成粉末；将粉末在423K下保温2小时除水；
步骤二，取0.7g氧化硼和0.8g硼酸钠与步骤一最后得到的粉末混合，得 净化剂。
使用前，在423K下保温2小时除水；使用时，将若干Fe-Ga合金金属小块 共计9.00g，放入石英坩埚中，并用玻璃净化剂完全包覆进行熔炼；在合金熔点 以上150K进行过热保温2分钟，然后降温凝固，如此进行"凝固-重熔-过热" 循环。该净化剂可使熔体在每次降温过程中稳定获得超过267K的深过冷；在降 温过程中可以在267K以下的过冷度下实施快速凝固，获得表面光亮的块体Fe-Ga
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实施例4
制备得到的Fe-Ga深过冷净化剂的重量百分比:二氧化硅40%，氧化铝4%， 氧化钙16%，氧化镁1%，氧化硼7%，硼酸钠10%，氧化钠14%和氧化钾8%。 制备过程
步骤一，取4g二氧化硅，0.4g氧化铝，1.6g氧化钙，0. lg氧化镁，0.8g 氧化钾和1.4氧化钠粉末，搅拌均匀，在1073K下熔融12小时，然后将产物研 磨成粉末；将粉末在450K下保温8小时除水；
步骤二，取0.7g氧化硼和lg硼酸钠与步骤一最后得到的粉末混合，得净 化剂。
使用前，在423K下保温2小时除水；使用时，将若干Fe-Ga合金金属小块
共计11.4g,放入石英坩埚中，并用玻璃净化剂完全包覆进行熔炼；在合金熔点
以上180K进行过热保温2分钟，然后降温凝固，如此进行"凝固-重熔-过热"
循环。该净化剂可使熔体在每次降温过程中稳定获得超过260K的深过冷；在降
温过程中可以在260K以下的过冷度下实施快速凝固，获得表面光亮的块体Fe-Ga a会
实施例5
制备得到的Fe-Ga深过冷净化剂的重量百分比:二氧化硅40%,氧化铝1%， 氧化钙4%，氧化镁1%，氧化硼17%，硼酸钠30%,氧化钠5%和氧化钾2%。 制备过程
步骤一，取4g二氧化硅，O.lg氧化铝，0.4g氧化钙，O.lg氧化镁，0.2g氧化钾和0.5氧化钠粉末，搅拌均匀，在1100K下熔融10小时，然后将产物研 磨成粉末；将粉末在460K下保温5小时除水；
步骤二，取1.7g氧化硼和3g硼酸钠与步骤一最后得到的粉末混合，得净 化剂。
使用前，在423K下保温2小时除水；使用时，将若干Fe-Ga合金金属小块
共计7.96g，放入石英坩埚中，并用玻璃净化剂完全包覆进行熔炼；在合金熔点
以上150K进行过热保温2分钟，然后降温凝固，如此进行"凝固-重熔-过热"
循环。该净化剂可使熔体在每次降温过程中稳定获得超过261K的深过冷；在降
温过程中可以在261K以下的过冷度下实施快速凝固，获得表面光亮的块体Fe-Ga a会
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实施例6
制备得到的Fe-Ga深过冷净化剂的重量百分比:二氧化硅40%，氧化铝1%， 氧化钙1%，氧化镁1%，氧化硼20%，硼酸钠27%，氧化钠5%和氧化钾5%。 制备过程
步骤一，取4g二氧化硅，0. lg氧化铝，0. lg氧化钙，0. lg氧化镁，0.5g 氧化钾和0.5氧化钠粉末，搅拌均匀，在1200K下熔融8小时，然后将产物研 磨成粉末；将粉末在550K下保温7小时除水；
步骤二，取2g氧化硼和2. 7g硼酸钠与步骤一最后得到的粉末混合，得净 化剂。
使用前，在423K下保温2小时除水；使用时，将若干Fe-Ga合金金属小块
共计12.9g,放入石英坩埚中，并用玻璃净化剂完全包覆进行熔炼；在合金熔点
以上200K进行过热保温2分钟，然后降温凝固，如此进行"凝固-重熔-过热"
循环。该净化剂可使熔体在每次降温过程中稳定获得超过258K的深过冷；在降
温过程中可以在258K以下的过冷度下实施快速凝固，获得表面光亮的块体Fe-Ga a会
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权利要求
1、一种Fe-Ga合金深过冷净化剂，其特征在于，组分及质量百分比为二氧化硅40～71％，氧化铝1～4％，氧化钙4～16％，氧化镁0.8～3％，氧化硼7～20％，硼酸钠8～30％，氧化钠5～14％和氧化钾2～8％。
2、 根据权利要求l所述的Fe-Ga合金深过冷净化剂，其特征是，所述净化 剂中，各组分的粒度均为100 400目。
3、 如权利要求1所述的Fe-Ga合金深过冷净化剂的制备方法，其特征在于， 包括如下步骤步骤一，按比例取二氧化硅，氧化铝，氧化钙，氧化镁，氧化钠和氧化钾， 熔融，研磨成粉末，保温；步骤二，按比例加入氧化硼和硼酸钠，混和，得净化剂。
4、 根据权利要求3所述的Fe-Ga合金深过冷净化剂的制备方法，其特征是， 所述熔融为，1073 1273K熔融4 12小时。
5、 根据权利要求3所述的Fe-Ga合金深过冷净化剂的制备方法，其特征是， 所述保温为将粉末在423 573K下加热2 8小时。
全文摘要
一种冶金技术领域的Fe-Ga合金深过冷净化剂及其制备方法，该净化剂的组分及质量百分比为二氧化硅40～71％，氧化铝1～4％，氧化钙4～16％，氧化镁0.8～3％，氧化硼7～20％，硼酸钠8～30％，氧化钠5～14％和氧化钾2～8％；制备方法包括如下步骤按比例取二氧化硅，氧化铝，氧化钙，氧化镁，氧化钠和氧化钾，熔融，研磨成粉末，保温；按比例加入氧化硼和硼酸钠，混和，得净化剂。本发明的深过冷净化剂能使Fe-Ga熔体在若干次过热循环过程中能稳定获得250K左右的过冷度。
文档编号C22C1/00GK101613811SQ20091005490
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月16日 优先权日2009年7月16日
发明者李建国, 霍颜秋, 翔 高 申请人:上海交通大学