一种在高温下长时间应用的多元磁性合金及其制备和应用

本发明属于微波吸收材料，涉及一种在高温下长时间应用的多元磁性合金及其制备和应用。

背景技术：

1、微波吸收材料是一种能应用于电子安全、无线充电和军事隐形领域的重要材料。常见的微波吸收材料，如磁性合金，在常温下能够有效的进行工作。但由于军事武器需要在各种复杂环境下作战，吸波材料的工作环境也愈发复杂。解决吸波材料在各种复杂的环境中的应用成为重点，尤其是吸波材料在高温环境下的应用。高温环境很容易造成磁性合金的氧化，削弱其磁性，导致吸波性能的下降，造成军事武器被发现并被摧毁的严重后果。因此，开发高温下磁性稳定、抗氧化能力强，具有优异吸波性能的磁性合金已迫在眉睫。

2、中高熵磁性合金由于“鸡尾酒效应”使其具有优异的磁性以及耐腐蚀、高硬度和耐高温、抗氧化等性能，被誉为“未来材料之王”，被认为是一种有潜力解决目前难题的重要材料。但随着对中高熵磁性合金研究的加深，研究表明过分的追求高熵值会导致材料本身电磁性能变低、阻抗匹配失衡，不利于材料在高温微波吸收领域的实际应用。

3、中国专利cn202210373663.2公开了一种应用于电磁波吸收的feconi基多孔高熵合金材料及其制备方法，其采用金属铝粉，铁粉，钴粉，镍粉等固溶成高熵合金粉末，再经过多孔化处理后，得到目标高熵合金材料。该合金材料制备相对复杂，而且在流动性、成分均匀性和/或吸波性能方面仍有待改善。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了提供一种在高温下长时间应用的多元磁性合金及其制备和应用，其具有中空结构、抗氧化能力强、高温下磁性能稳定以及电磁性能优异的特点。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的技术方案之一提供了一种在高温下长时间应用的多元磁性合金的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)称取金属盐颗粒分散到去离子水中，加入粘结剂，磁力搅拌至溶液均匀，再喷雾干燥，得到粉体a，所述金属盐颗粒包括按质量比40～60wt％：30～40wt％：2～10wt％：0～10wt％投加的硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍和硝酸铝；

5、(2)将粉体a在空气氛围下热处理，得到粉体b；

6、(3)将粉体b在还原气氛下热处理，得到粉体c，即为目标产物多元磁性合金。

7、本发明中，当硝酸铝的添加量为0wt％时，即表示硝酸铝不添加，优选的，硝酸铝的添加量不为0。另外，硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍和硝酸铝的质量比可以为40～50wt％：30～35wt％：2～8wt％：2～10wt％，也可以为其他不超出对应“40～60wt％：30～40wt％：2～10wt％：0～10wt％”这一范围的任意点值。

8、本发明的金属盐颗粒采用硝酸盐的原因为：硝酸盐受热易分解，氮元素更容易被去除以得到纯粹的合金。

9、进一步的，所述粘结剂为蔗糖。蔗糖是一种多羟基有机物，可以与多种金属阳离子相结合。同时，蔗糖作为一种基质，可以减轻硝酸盐的吸湿作用。

10、进一步的，所述粘结剂占金属盐颗粒总质量的30～50wt％。优选的，占比为45wt％。

11、进一步的，喷雾干燥的工艺条件为：进料速率为2.5ml/min，进风口温度为160℃，出风口温度为80℃。

12、进一步的，步骤(2)中，热处理的温度为400-600℃，优选为600℃，时间为2-4h。过多的碳元素会在保护气氛下被还原为无定形碳或者石墨化碳，削弱磁性多元合金的阻抗匹配。因此，采用低温，长时间的热处理，将碳元素转化为二氧化碳去除。

13、进一步的，步骤(3)中，热处理的温度为700-900℃，时间为1-2h。中熵氧化物的导电性与磁性较弱，微波吸收性能差。因此，将氧化物还原为合金以获得更佳的电磁参数与微波吸收性能。

14、进一步的，步骤(3)中，还原气氛为氢气与氩气的混合气氛。更进一步的，还原气氛为体积分数5％的氢气与体积分数95％的氩气的混合气体。

15、本发明的技术方案之二提供了一种在高温下长时间应用的多元磁性合金，其采用如上任一所述的制备方法制备得到。

16、本发明的技术方案之三提供了在高温下长时间应用的多元磁性合金的应用，该多元磁性合金作为微波吸收材料用于微波吸收领域中。

17、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

18、(1)本发明通过al原子掺杂来提升feconi合金在高温下磁性的稳定。相较于feconi合金，feconial合金展现出更强的抗氧化性、更好的高温磁稳定性、更优异的高频磁稳定性、更强的反射损耗以及更宽的有效微波吸收带宽。

19、(2)本发明通过al原子的掺杂优化了多组元磁性合金的抗氧化能力，稳定了多组元磁性合金在高温下的磁稳定性，优化了多组元磁性合金的电磁参数。

20、(3)本发明的形貌为中空结构，微球粒径为1-4μm，中空结构有利于降低材料的密度，同时有利于入射波的进入，有利于优化阻抗匹配。

21、(4)本发明方法通过简单的喷雾干燥法与热处理合成多组元磁性合金。与现有技术相比本产品设备成本低、原料成本低，合成时间短，制备流程便于操作控制。使用本发明的工艺具有显著的经济效益，绿色环保。

技术特征：

1.一种在高温下长时间应用的多元磁性合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种在高温下长时间应用的多元磁性合金的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为蔗糖。

3.根据权利要求1所述的一种在高温下长时间应用的多元磁性合金的制备方法，其特征在于，所述粘结剂占金属盐颗粒总质量的30～50wt％。

4.根据权利要求1所述的一种在高温下长时间应用的多元磁性合金的制备方法，其特征在于，喷雾干燥的工艺条件为：进料速率为2.5ml/min，进风口温度为160℃，出风口温度为80℃。

5.根据权利要求1所述的一种在高温下长时间应用的多元磁性合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，热处理的温度为400-600℃，时间为2-4h。

6.根据权利要求1所述的一种在高温下长时间应用的多元磁性合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，热处理的温度为700-900℃，时间为1-2h。

7.根据权利要求1所述的一种在高温下长时间应用的多元磁性合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，还原气氛为氢气与氩气的混合气氛。

8.根据权利要求7所述的一种在高温下长时间应用的多元磁性合金的制备方法，其特征在于，还原气氛为体积分数5％的氢气与体积分数95％的氩气的混合气体。

9.一种在高温下长时间应用的多元磁性合金，其采用如权利要求1-8任一所述的制备方法制备得到。

10.如权利要求9所述的在高温下长时间应用的多元磁性合金的应用，其特征在于，该多元磁性合金作为微波吸收材料用于微波吸收领域中。

技术总结
本发明涉及一种在高温下长时间应用的多元磁性合金及其制备和应用，该多元磁性合金由以下质量的原料制备得到：硝酸铁40～60wt％；硝酸钴30～40wt％；硝酸镍2～10wt％；硝酸铝0～10wt％。本发明通过Al原子的掺杂以及简单的工艺制备得到一种能在高温下长时间应用的多元磁性合金，具有中空结构、抗氧化能力强、高温下磁性能稳定以及微波吸收性能优异的特点，解决了现有材料中磁性合金抗氧化能力差以及在高温下磁性不稳定等问题。

技术研发人员：车仁超,余林和,游文彬,吕华良,杨利廷,朱国振
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8