专利名称：具有硬磁性的Fe基块体合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有硬磁性的Fe基块体合金及其制备方法，属磁性合金材料及 加工工艺技术领域。
背景技术：
1934年，Kramer采用蒸汽沉积的方法获得了非晶薄膜。1950年，Brenner等人采 用电沉积的方法制备出了 M-P非晶薄膜。20世纪60年代，非晶态合金的研究获得了重要 突破。1960年，美国加州理工学院Duwez等人采用熔体快速冷却的方法(急冷法)首先制 得了 Au-Si非晶合金。由于非晶合金具有优异的机械性能、抗腐蚀性能以及磁性性能，使得 某些合金系的非晶合金拥有良好的应用前景。其中，磁性大块非晶的应用最为广泛。但是 用急冷法制备的非晶合金由于需要非常高的冷却速率(105K/s以上)，只能获得很薄的带和 丝状非晶合金，这使得非晶在实际应用时受到了很大的限制。近年来，在三维大尺寸块状非 晶合金的研究领域取得了较大突破，利用&-Al-Ni-Cu系母材制备了直径达15mm的非晶棒 材，1997年，日本东北大学的Inoue研究小组研究了 Pd-Ni-P合金，并通过用Cu取代了 30% 的Ni得到了直径72mm的Pd-Cu-Ni-P合金，被认为是迄今为止具有最好玻璃形成能力的合 金系。目前永磁材料的制备方法主要是将非晶化的薄带进行晶化处理，然后粘结或是烧 结成型，工艺复杂，成本高。2002年，张伟等人在对(Fe，Co)-(Nd，Dy)-B合金的晶化过程的 研究中发现，合金晶化后可以使合金转变为硬磁性，制备出了直径为0. 5mm的具有硬磁性 的棒状Fe67Ccv4NdilDya5B2ci块体合金。这一发现为具有硬磁性块体合金的研究提供了一种 新的思路，通过吸铸和随后的热处理制备块体永磁材料可以降低成本，容易制备形状复杂 的材料。我们通过成分调节，用铜模吸铸法及常规热处理工艺制备得到一种具有硬磁性的 Fe基块体合金。
发明内容
本发明的目的是提供一种简便的制备具有硬磁性的Fe基块体合金的方法。本发明的目的是通过以下技术手段来实现的。一种具有硬磁性的Fe基大块非晶合金，其特征在于该合金的成分以原子百分含 量计为Fe25 ‘ 50%
Co20 ‘ 35%
Zr1 ^ 7%
Nd2 ^ 8%
B15 一 25%上述Fe基块体合金的制备方法，其特征在于该方法具有以下工艺步骤a.将工业纯金属原料Fe、Co、&、Nd以及FeB合金，以原子百分含量计为Fe 25 50%,Co 20 35%、Zr 1 7%、Nd 2 8%、B 15 25%进行配料，然后用真空非自耗电 弧炉在氩气保护下进行熔炼，熔炼电流密度为100 220A/cm2，将合金反复熔炼3 5次； 采用铜模吸铸法浇注，制得母合金；b.重熔母合金后采用铜模吸铸法浇注，制得Fe基大块非晶合金。c.将上述大块非晶合金在680 800°C，真空度为3 X ICT3Pa 5 X ICT3Pa条件下 进行真空退火处理，退火时间为10 40分钟，制得具有硬磁性的Fe基块体合金。本发明中所用的原料为纯金属Fe、Co、Zr、Nd以及FeB中间合金。本发明合金具有较好的非晶形成能力，在室温下表现为优良的软磁性能。经过适 当的真空处理后合金由软磁性转变为硬磁性。图1为本发明的合金在室温下的磁滞回线 图，图中比较了铸态和经过真空退火后样品的磁性能。可以看出，本发明的Fe基合金在铸 态时为软磁性能，经过真空退火后，合金由软磁性变为硬磁性，饱和磁化强度Ms = 57. IAm2/ kg，矫顽力」H。= 179kA/m。本发明的特点是(1)新的合金配方。在Fe-Colr-B的基础上添加合金元素Nd，调整合金成分，使 得Fe-Co-&-Nd-B合金不仅有比较好的非晶形成能力，而且在晶化后还可以使合金生成 Nd2Fe14B相，从而使合金具有硬磁性。(2)使用非常简单的工艺方法。即用铜模吸铸法得到厚度为1毫米的块体样品，再 用真空退火就可以得到具有良好硬磁性的Fe基块体合金。常规的制备块体永磁材料的方 法包括甩带一磨成粉末一压制(或烧结)一加工一要求的形状和尺寸。相对于常规的制 备块体永磁材料的方法而言，这个方法减少了甩带、磨成粉末和加工的中间环节，降低了成 本，节约了时间。本发明的合金具有较好的硬磁性，可以广泛用于信息、通讯、计算机等领域的磁性 器件。这种具有硬磁性的Fe基块体合金由于其简便的工艺，可以克服现有磁性材料加工工 艺复杂、元件尺寸受限制的问题，使其应用领域进一步扩大。
图1为本发明的具有良好硬磁性的块体Fe43Co2Jr3Nd5B22合金在室温下的磁滞回 线图。其中铸态样品的磁滞回线用虚线表示，在1033K退火10分钟后的磁滞回线用实线表
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具体实施例方式本发明的优选实施例结合附图详述如下。实施例1本实施例的具有硬磁性的Fe基块体合金的成分(原子百分含量)为Fe 43%,Co 27%, Zr 3%,Nd 5%,B 22%。制备过程和步骤如下将工业纯金属原料Fe、Co、&、Nd以 及FeB合金按本实施例的Fe基块体合金成分配制20克，然后用真空非自耗电弧炉在氩气 保护下进行熔炼，熔炼电流密度为150A/cm2，将合金反复熔炼4次，制得母合金；重熔母合 金后采用铜模吸铸法浇注，得到尺寸为ImmX IOmmXSOmm的块体非晶合金。将上述大块非 晶合金在760°C，真空度为4X10_3Pa条件下，进行真空退火，退火时间为10分钟，最后制得本发明的具有优异硬磁性能的Fe基块体合金。 本实施例中所制得的铁基纳米块体合金在室温下的磁性能，见附图1。图中比较 了铸态和经过真空退火后样品的磁性能。可以看出，本发明的Fe基合金在铸态时为软磁性 能，经过真空退火后，合金由软磁性变为硬磁性，饱和磁化强度Ms = 57. lAm2/kg，矫顽力典 =179kA/m。
权利要求
一种具有硬磁性的Fe基块体合金，其特征在于该合金的成分以原子百分含量计为Fe25～50％Co20～35％Zr1～7％Nd2～8％B 15～25％
2.一种用于权利要求1所述的具有硬磁性的Fe基块体合金的制备方法，其特征在于该 方法具有以下工艺步骤a.将工业纯金属原料Fe、Co、Zr、Nd以及FeB合金，以原子百分含量计为Fe25 50%,Co 20 35%、Zr 1 7%、Nd 2 8%、B 15 25%进行配料，然后用真空非自耗电 弧炉在氩气保护下进行熔炼，熔炼电流密度为100 220A/cm2，将合金反复熔炼3 5次， 制得母合金；b.重熔母合金后采用铜模吸铸法浇注，制得Fe基大块非晶合金；c.将步骤b的Fe基大块非晶合金在680 800°C，真空度为3X10_3 5X ICT3Pa条件 下进行真空退火处理，退火时间为10 40分钟，制得具有硬磁性的Fe基块体合金。
全文摘要
本发明涉及一种具有硬磁性的Fe基块体合金及其制备方法。Fe基块体合金的制备过程如下(1)将工业纯金属原料Fe、Co、Zr、Nd以及FeB合金，以原子百分含量计为Fe 25～50％、Co 20～35％、Zr 1～7％、Nd 2～8％、B 15～25％进行配料，然后用真空非自耗电弧炉在氩气保护下进行熔炼，熔炼电流密度为100～220A/cm2，将合金反复熔炼3～5次，制得母合金；(2)重熔母合金后采用铜模吸铸法浇注，制得Fe基大块非晶合金。(3)将上述大块非晶合金在680～800℃，真空度为3～5×10-3Pa条件下进行真空退火处理，退火时间为10～40分钟，制得具有硬磁性的Fe基块体合金。本发明的Fe基合金在铸态时为软磁性能，经过真空退火后，合金由软磁性变为硬磁性，饱和磁化强度Ms＝57.1Am2/kg，矫顽力jHc＝179kA/m。
文档编号C22C45/02GK101886233SQ20101021578
公开日2010年11月17日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者唐永军, 徐晖, 杨丽萍, 满华, 谭晓华, 陶雪云 申请人:上海大学