专利名称：：铁基非晶合金磁性材料及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及非晶态磁性材料领域，特别涉及一种铁基非晶合金磁性材料及其制备方法。
背景技术：
：自然界的材料按结构分类，大致可以分为两大类晶态和非晶态。非晶合金原子的混乱排列情况类似于玻璃，故也称为金属玻璃(BulkMetalGlass)。由于非晶态金属及合金具有独特的长程无序结构，因此它具有区别于晶态金属的独特的物理、化学和力学性能。如高的强度和断裂韧性、优良的耐腐蚀性、优异的磁性能，能获得高的、正或负的磁致伸縮系数。基于非晶合金良好的特性,使其在航空、航天、信息与电子、精密机械和化工等领域和行业中都获得了广泛的应用，在科学研究及应用方面也具有重要意义，因此非晶合金的研究成为材料和物理领域的前沿课题之一。非晶合金作为新材料出现于1934年，由德国科学家克雷默(Kramer)用蒸发沉积方法获得非晶合金薄膜。真正的非晶历史是从1960年美国加州理工学院的P.Duwez教授发明用快淬工艺制备非晶态合金(Au75Si25)开始的，使人工合成玻璃的范围扩大到了金属体系，但是其临界冷却速率(Rc)必须要在106^3以上才能形成非晶，较高的冷却速率使得非晶合金只能以低维尺寸和形状出现，如薄带状、丝状、或者粉末。1969年Pond和Maddin用轧辊法成功制备出具有一定长度的连续非晶合金的条带，这一技术为大规模生产非晶合金创造了条件。同年，陈鹤寿等采用快冷连铸轧辊法(冷却速度>105K/s)—次做出了供实验研究的非晶薄带，厚约30pm，宽几毫米，长达几十米，为非晶合金的大规模生产奠定了基础。经过近几十年来长期不懈的努力，国内外科研工作者现已开发制备出Fe基、Ni基、Zr基、Cu基、Mg基、Co基、Ti基、稀土基等块体非晶合金体系。其中Fe基非晶合金因其独特的磁性能、高的强度、优良的耐腐蚀性能和相对低廉的价格而特别受到关注，制备高玻璃形成能力和优良磁性能的铁基大块非晶合金将具有广泛的实际意义和用途。然而，作为一种潜在的功能材料，现有已开发的Fe基非晶合金体系还不同时拥有强的非晶形成能力和优良的软磁性能，特别是对Fe基非晶合金的磁致伸縮性能的研究，几乎还是一片空白。因此，开发和研制一种兼具优良磁性能、磁致伸縮性能和强非晶形成能力的Fe基非晶合金体系具有重要的工业应用价值。
发明内容本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种铁基非晶合金磁性材料及其制备方法。铁基非晶合金磁性材料的化学分子式为(Fe1()()_aCoa)x-Dyy-Bz-Siw，式中的x，y，z，w为原子百分数60《x《75，5《y《25，20《z《25，0《w《10，0《a《10，且x+y+z+w^100。所述铁基非晶合金磁性材料的组成元素Fe、Co、Dy或Si的原料纯度为99.5%99.9%。铁基非晶合金磁性材料具有41K60K的宽的过冷液相区。基非晶合金磁性材料具有高的饱和磁化强度Ms=83.73emu/g~108.24emu/g，低的矫顽力Hci=0.51Oe~0.30Oe。铁基非晶合金磁性材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤步骤一将工业纯金属原料Fe、Co、Dy、Si和FeB合金，按(Fe，.aCoA-Dyy-Bz-Siw非晶合金成分以原子百分含量称量配料，将称得的目标成分原料放入真空高频感应熔炼炉中，抽真空至4xl(T3Pa，充入高纯氩气保护气体，调节电流至20~35A，将合金反复熔炼58次获得成分均匀的(Fe,。。.aCoa)x-Dyy-Bz-Siw母合金锭子；步骤二把步骤一获得的(Fe跳aCoa)x-Dyy-Bz-Siw母合金锭子去除氧化层后破碎成小块(Fe跳aCOaVDyy-Bz-Siw合金，并置于酒精中超声波清洗；步骤三用步骤二得到的小块(Fe咖.aCOa)x-Dyy-Bz-Siw合金装入下端开口且直径为0.4~0.6mm圆形口的石英管中，抽取真空至4.0xl(T3Pa后，在甩带炉腔体内充入高纯氩气保护，采用高频感应线圈加热使其熔化，调节电流为10~25A，感应温度为1000~1600°C，熔炼23min后用高纯氩气把熔融的合金液喷射到高速旋转的铜辊上，迅速凝固并借助离心力抛离辊面，得到连续的且厚度为40pm~8(^m的(FeKx^Coa)x-Dyy-Bz-Siw合金薄带；步骤四将获得的(FenCoaVDyy-Bz-Siw合金薄带在石英管中真空封装后，在箱式退火炉中加热至773873K，升温速率为5~10'C/min，保温530min，随炉冷却。所述的铜辊线速度为25~40m/s，腔体气压为0.05MPa，喷射压力差为0.05~0.10MPa。本发明所述的铁基非晶合金磁性材料具有以下显著特点1)玻璃形成能力强，能够制得最小临界尺寸为厚度40,的非晶合金薄带，且具有41K60K的宽的过冷液相区。2)软磁性能优良，具有高的饱和磁化强度Ms=83.73108.24emu/g，低的矫顽力Hci=0.51~0.30Oe。另外，本发明所述的铁基非晶合金的制备方法的工艺简单，对原料的纯度要求也不是很高，原材料纯度大多为工业纯度。该体系非晶态合金的优异性意味着其是一种具有应用前景的功能材料。具体实施例方式以下结合实施例对本发明作进一步说明。实施例1:制备(Feo.5Coo.5)5t)Dy25B2()Si5非晶合金薄带该实施例采用单辊甩带法制备了厚度为40pm-80|im，宽度为2.0mm-2.5mm的(Feo.5Coo.5)5oDy25B2oSis非晶合金薄带。步骤l:按原子百分比(Fe。.5Coo.5)5()Dy25B2QSi5称量纯度为99.8^的Fe，纯度为99.9。/。的Co，纯度为99.9°/。的Si，纯度为99.9%的Dy以及FeB合金，将称得的目标成分原料放入真空高频感应熔炼炉中，抽真空至4xl0—spa，充入高纯氩气保护气体，调节电流至35A，将合金反复熔炼5次获得成分均匀的(Fe0.5CoQ.5)5oDy25B2()Si5母合金。步骤2:把步骤1获得的(Feo.5Coo.5)5()Dy25B2oSi5母合金锭子去除氧化皮后破碎成小块，并置于酒精中超声波清洗。步骤3:用步骤2得到的(Fe。.5Coo.5)5。Dy2sB2()Si5小块合金装入下端开口且直径为0.5mm圆形口的石英管中，抽取真空至3.9xl(^Pa后，在腔体内充入高纯氩气保护，采用高频感应线圈加热使其熔化，调节电流为IOA，感应温度为1000°C，熔炼3min后用高纯氩气把熔融的合金液喷射到高速旋转的铜辊上，迅速凝固并借助离心力抛离辊面，得到连续薄带。本发明采用的实验参数为铜辊线速度40m/s，腔体气压0.05MPa，喷射压力差0.08MPa。步骤4:将获得的(Fe。.5COo.5)5。Dy25B2。Si5合金薄带在石英管中真空封装后，在箱式退火炉中加热至873K，升温速率为10°C/min，保温10min，随炉冷却。按上述工艺制得的(Fe。.5Coe.5)5()Dy25B2。Si5合金条带经X射线衍射验证是非晶。该合金的过冷液相区ATx-41K，具有较好的玻璃形成能力，且具有良好的软磁性能，饱和磁化强度Ms=83.73emu/g，矫顽力Hc尸0.51Oe。实施例2:制备(Feo.5Coo.5)63Dy^B2oSi5非晶合金薄带该实施例采用单辊甩带法制备了厚度为40|im-8(Him，宽度为2.0mm-2.5mm的(Fea5Coo.5)63Dy^B2oSi5非晶合金薄带。步骤l:按原子百分比(Fe。.5Coo.5)63DyuB2oSi5称量纯度为99.8X的Fe，纯度5为99.9。/。的Co，纯度为99.9。/。的Si，纯度为99.9%的Dy以及FeB合金，将称得的目标成分原料放入真空高频感应熔炼炉中，抽真空至4X10-3pa，充入高纯氩气保护气体，调节电流20A，将合金反复熔炼5次获得成分均匀的(Feo.5Coa5)63Dy12B2QSi5母合金。步骤2:把步骤1获得的(Fe。.5Coo.5)63Dy,2B2。Si5母合金锭子去除氧化皮后破碎成小块，并置于酒精中超声波清洗。步骤3:用步骤2得到的(Feo.5COo.5)63D》2B2oSi5小块合金装入下端开口且直径为0.4mm圆形口的石英管中，抽取真空至3.6xl(^Pa后，在腔体内充入高纯氩气保护，采用高频感应线圈加热使其熔化，调节电流为20A，感应温度为1500°C，熔炼2min后用高纯氩气把熔融的合金液喷射到高速旋转的铜辊上，迅速凝固并借助离心力抛离辊面，得到连续薄带。本发明采用的实验参数为铜辊线速度25m/s，腔体气压0.05MPa，喷射压力差O.lOMPa。步骤4:将获得的(Feo.5COo.5)63D》2B2oSi5合金薄带在石英管中真空封装后，在箱式退火炉中加热至795K，升温速率为10°C/min，保温15min，随炉冷却。按上述工艺制得的(Feo.5COo.5)63D"2B2()Si5合金条带经X射线衍射验证是非晶。该合金的过冷液相区AT^44K，具有较好的玻璃形成能力，且具有良好的软磁性能，饱和磁化强度Ms=92.43emu/g，矫顽力Hd=0.48Oe。实施例3:制备(Fe。.5Coo.5)7。Dy5B2oSi5非晶合金薄带该实施例采用单辊甩带法制备了厚度为4(^m-80Kim，宽度为2.0mm-2.5mm的(Feo,5Coa5)7oDy5B2oSi5非晶合金薄带。步骤l:按原子百分比(Fe。.5Coo.5)7oDy5B2oSi5称量纯度为99.8X的Fe，纯度为99.9。/。的Co，纯度为99.9。/。的Si,纯度为99.9%的Dy以及FeB合金，将称得的目标成分原料放入真空高频感应熔炼炉中，抽真空至3.8X10—3Pa，充入高纯氩气保护气体，调节电流27A，将合金反复熔炼7次获得成分均匀的(Fe0.5Co。.5)7。Dy5B2。Si5母合金。步骤2:把步骤1获得的(Feo.5Co。.5)7oDy5B2。Si5母合金锭子去除氧化皮后破碎成小块，并置于酒精中超声波清洗。步骤3:用步骤2得到的小块合金装入下端开口且直径为0.5mm圆形口的石英管中，抽取真空至优于3.9xl0'spa后，在腔体内充入高纯氩气保护，采用高频感应线圈加热使其熔化，调节电流为15A，感应温度为1300°C，熔炼3min后用高纯氩气把熔融的合金液喷射到高速旋转的铜辊上，迅速凝固并借助离心力抛离辊面，得到连续薄带。本发明采用的实验参数为铜辊线速度30m/s，腔体气压0.05MPa，喷射压力差0.05MPa。步骤4:将获得的(Fe。.5C()。.5)7()Dy5B2。Si5合金薄带在石英管中真空封装后，在箱式退火炉中加热至823K，升温速率为5°C/min，保温20min，随炉冷却。按上述工艺制得的(Fea5Co。.5)7oDy5B2()Si5合金条带经X射线衍射验证是非晶。该合金的过冷液相区AT^52K，具有较好的玻璃形成能力，且具有良好的软磁性能，饱和磁化强度Ms=97.09emu/g，矫顽力Hc尸0.45Oe。实施例4:制备(Feo.5Coo.5)72Dy3B2oSi5非晶合金薄带该实施例采用单辊甩带法制备了厚度为40lam-80pm，宽度为2.0mm-2.5mm的(Fe。.5Co。.5)72Dy3B2oSi5非晶合金薄带。步骤l:按原子百分比(FeasCo().5)72Dy3B2QSi5称量纯度为99.8X的Fe，纯度为99.9°/。的Co，纯度为99.9%的Si，纯度为99.9%的Dy以及FeB合金，将称得的目标成分原料放入真空高频感应熔炼炉中，抽真空至4xl0—spa，充入高纯氩气保护气体，调节电流30A，将合金反复熔炼5次获得成分均匀的(Fe0.5Co0.5)72Dy3B2()Si5母合金。步骤2:把步骤1获得的(Feo.5Coo.5)72Dy3B2oSi5母合金锭子去除氧化皮后破碎成小块，并置于酒精中超声波清洗。步骤3:用步骤2得到的(Feo.5Coo.5)72Dy3B2()Si5小块合金装入下端开口且直径为0.6mm圆形口的石英管中，抽取真空至3.9xl(^Pa后，在腔体内充入高纯氩气保护，采用高频感应线圈加热使其熔化，调节电流为25A，感应温度为1600°C，熔炼3min后用高纯氩气把熔融的合金液喷射到高速旋转的铜辊上，迅速凝固并借助离心力抛离辊面，得到连续薄带。本发明采用的实验参数为铜辊线速度35m/s，腔体气压0.05MPa，喷射压力差0.05MPa。步骤4:将获得的(Feo.5Co。.5)72Dy3B2。Si5合金薄带在石英管中真空封装后，在箱式退火炉中加热至873K，升温速率为6°C/min，保温30min，随炉冷却。按上述工艺制得的(Fe。.5Co。.5)72Dy3B2oSi5合金条带经X射线衍射验证是非晶。该合金的过冷液相区AT;-60K，具有较好的玻璃形成能力，且具有良好的软磁性能，饱和磁化强度Ms-108.24emu/g，矫顽力Her0.30Oe。上述实施例获得的铁基非晶合金的各项性能如表1总结所示。表1(Fe,。"CoA-Dyy-Bz-Siw系块体非晶合金的性能7<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>权利要求1、一种铁基非晶合金磁性材料，其特征在于其化学分子式为(Fe100-aCoa)x-Dyy-Bz-Siw，式中的x，y，z，w为原子百分数60≤x≤75，5≤y≤25，20≤z≤25，0≤w≤10，0≤a≤10，且x+y+z+w＝100。2、根据权利要求1所述的一种铁基非晶合金磁性材料，其特征在于所述铁基非晶合金磁性材料的组成元素Fe、Co、Dy或Si的原料纯度为99.5%99.9%。3、根据权利要求1所述的一种铁基非晶合金磁性材料，其特征在于所述的铁基非晶合金磁性材料具有41K60K的宽的过冷液相区。4、根据权利要求1所述的一种铁基非晶合金磁性材料，其特征在于所述的铁基非晶合金磁性材料具有高的饱和磁化强度Ms=83.73emu/g108.24emu/g，低的矫顽力Hc尸0.51Oe0.30Oe。5、一种如权利要求1所述的一种铁基非晶合金磁性材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤步骤一将工业纯金属原料Fe、Co、Dy、Si和FeB合金，按(FeKx^Co入-Dyy-Bz-Siw非晶合金成分以原子百分含量称量配料，将称得的目标成分原料放入真空高频感应熔炼炉中，抽真空至4xl(T3Pa,充入高纯氩气保护气体，调节电流至20~35A，将合金反复熔炼5~8次获得成分均匀的(Fe100-aCoa)x-Dyy-Bz-Siw母合金锭子；步骤二把步骤一获得的(FeK)"Coa)x-Dyy-Bz-Siw母合金锭子去除氧化层后破碎成小块(Fe跡aCoa)x-Dyy-Bz-Siw合金，并置于酒精中超声波清洗；步骤三用步骤二得到的小块(Fe跡aCOa)x-Dyy-Bz-Siw合金装入下端开口且直径为0.4~0.6mm圆形口的石英管中，抽取真空至4.0x1(T3Pa后，在甩带炉腔体内充入高纯氩气保护，采用高频感应线圈加热使其熔化，调节电流为10~25A，感应温度为1000~1600°C，熔炼23min后用高纯氩气把熔融的合金液喷射到高速旋转的铜辊上，迅速凝固并借助离心力抛离辊面，得到连续的且厚度为40^im80jim的(Fe跡aCOa)x-DyyBz-Siw合金薄带；步骤四将获得的(FeK)"Coa)x-Dyy-Bz-Siw合金薄带在石英管中真空封装后，在箱式退火炉中加热至773873K，升温速率为5~10°C/min,保温530min，随炉冷却。6、根据权利要求5所述的一种铁基非晶合金磁性材料的制备方法，其特征在于所述的铜辊线速度为25~40m/s，腔体气压为0.05MPa，喷射压力差为0.050.10MPa。全文摘要本发明公开了一种铁基非晶合金磁性材料及其制备方法。该合金材料的化学分子式为(Fe<sub>100-a</sub>Co<sub>a</sub>)<sub>x</sub>-Dy<sub>y</sub>-B<sub>z</sub>-Si<sub>w</sub>，式中的x，y，z，w为原子百分数60≤x≤75，5≤y≤25，20≤z≤25，0≤w≤10，0≤a≤10，且x+y+z+w＝100。该合金的制备过程如下将工业纯金属原料以及FeB合金按合金配方配料，采用真空感应熔炼成母合金，然后用单辊甩带法制得非晶薄带。本发明具有较好的玻璃形成能力，且软磁性能优良。所需的原材料大多为工业纯度，从而降低了成本，同时制备工艺简单，可广泛应用于结构材料和磁性材料等方面。文档编号C22C45/00GK101509107SQ200910096349公开日2009年8月19日申请日期2009年2月23日优先权日2009年2月23日发明者密严,红简,姗陶申请人:浙江大学