一種全金屬元素Fe?Co?Ni?Mo?Hf非晶合金及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種全金屬元素Fe?Co?Ni?Mo?Hf非晶合金，由鐵磁性元素Fe、Co、Ni與過渡金屬元素TM組成，其化學組分可表達為：((FexCoyNiz)aMobHfc，其中a+b+c＝100，a為70?87at.％，b為7?30at.％，c為6?12at.％；x+y+z＝1，x值為0.50?0.60，y值為0.15?0.44，Z值為0?0.32。本發明制得的全金屬元素Fe基非晶態合金帶材具有高彎曲斷裂韌性、高硬度、較高飽和磁化強度以及良好非晶形成能力，且制備方法簡單，操作便捷，適用于工業化生產。另外，本發明還提供了該種非晶合金的制備方法。
【專利說明】
一種全金屬元素Fe-Go-N 1-Mo-Hf非晶合金及其制備方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及非晶態合金材料制備領域，特別涉及一種全金屬元素Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金，還涉及其制備方法。
【背景技術】
[0002]Fe基非晶合金材料因其高強度、高硬度、優異的耐蝕性能和磁性能，以及低廉的造價，已越來越引起研究者的關注，成為當前非晶合金研究中的熱點。目前，已開發出來的Fe基非晶合金中除少部分體系以外，其余都具有優良的軟磁性能，即較高飽和磁感應強度(可以縮小器件的體積)、高磁導率、低矯頑力(提高器件效率)、低損耗(減小器件溫升)、低激磁電流和良好溫度穩定性(_55°C至130°C長時間工作)等特點，是用于制造變壓器、互感器、傳感器和各類電機的鐵芯的理想材料。當用作制造各類鐵芯時，Fe基非晶合金帶材與硅鋼片、鐵氧體等材料比較起來的最大劣勢在于其加工性能差。眾所周知，非晶合金都有高硬度，高脆性的特點，Fe基非晶合金的硬度約是硅鋼片的5倍，由于硬度過高，脆性較大，使得對Fe基非晶合金的加工剪切非常困難，在常溫下進行切割時，邊緣容易出現碎裂、變形和起層現象。對Fe基非晶合金帶材進行彎繞加工通常都是在熱處理前進行，這樣使生產效率有所提高，但材料過大的脆性依然是后續生產制造過程中遇到的重大困難問題。因此，Fe基非晶合金脆性較大的缺陷，使得其用于制造各類鐵芯時工藝比較復雜，成品率不高等問題，由此產生的成本較高的劣勢阻礙其大規模取代硅鋼片等材料而走向市場，同時也制約其作為結構材料走向工程應用。
【發明內容】
[0003]有鑒于此，本發明的目的之一是提供一種全金屬元素Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金，該合金材料通過在以磁性元素Fe、Co、Ni為基體的基礎上加入過渡元素Mo、Hf來提高合金的非晶形成能力和塑性變形能力，同時不降低其磁性能;本發明的目的之二是提供該種全金屬兀素Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金的制備方法。
[0004]本發明的目的之一是通過以下技術方案實現的:
[0005]該種全金屬元素Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金，由鐵磁性元素Fe、Co、Ni與過渡金屬元素TM組成，其化學組分可表達為:((FexCoyNiz) aMobHfc，其中 a+b+c = 100，a為70_87at.%，b為7-30at.%，c為6-12at.% ；x+y+z = I，x值為0.50-0.60，y值為0.15-0.44,Z值為0-0.32。
[0006]進一步，所述TM為Sc、T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、N1、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta或 W。
[0007]本發明的目的之二是通過以下技術方案實現的:
[0008]該種全金屬元素Fe-Co-N1-Mo-Hf _ _晶合金的制備方法，包括以下步驟:
[0009]步驟I:配制稱取原料
[0010]按合金最終各所述原子百分比稱取各相應質量的金屬單質，稱重精確到0.0OOlg;[0011 ]步驟 2:制備 Fe-Co-N1-Mo-Hf 母合金
[0012]將步驟I配得的原料放入高真空電弧熔煉爐中，先由機械栗預抽低真空到10—1Pa,再通過擴散栗抽高真空使真空度達到4X10—3Pa以上，采用鎢電極氬弧熔煉母合金，在高純氬氣保護下，氬氣壓力0.04-0.06Mpa，先熔煉1-2分鐘后，放入爐腔銅坩禍中的鈦錠進行吸氧，再熔煉母合金，通過調節電流的大小來控制電弧中心溫度，用電弧所產生的高溫熔化金屬，電流大小70-120A，熔煉溫度1000-1500 °C，時間2_3分鐘，將合金錠在銅坩禍內反復翻轉熔煉4-5次以便得到成分均勻的母合金；
[0013]步驟3:制備Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金薄帶
[0014]將步驟2)制得的Fe-Co-N1-Mo-Hf合金鑄錠用砂紙打磨掉表面氧化皮并用丙酮清洗，然后將母合金鑄錠粉碎成若干小塊以便順利裝入石英玻璃管內，將裝好母合金的石英管放入真空甩帶機的感應爐中，通過擴散栗抽高真空使真空度達到4X10—3Pa以上，然后充A0.05Mpa的氬氣保護氣體；
[0015]開啟銅棍旋轉開關使銅棍轉速達到40-60m/s，調節感應電流大小，以便母合金在石英管中熔化而形成具有穩定形狀的熔池，快速將母合金熔體噴射到高速旋轉的銅輥上，依靠銅棍的快速熱傳導極冷凝固即制得Fe-Co-N 1-Mo-Hf非晶合金薄帶。
[0016]進一步，在步驟I)中，是將合金成分表達式(原子個數％)轉換為合金成分表達式(重量％)，分別對?6、(:0、附、]\10和!^先進行去除氧化皮后再稱重。
[0017]進一步，所述步驟I)中，各金屬原料純度均大于或等于99.80%。
[0018]本發明的有益效果是:
[0019]本發明制得的全金屬元素Fe基非晶態合金帶材具有高彎曲斷裂韌性、高硬度、較高飽和磁化強度以及良好非晶形成能力，且制備方法簡單，操作便捷，適用于工業化生產。
[0020]本發明的其他優點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可以通過下面的說明書和權利要求書來實現和獲得。
【具體實施方式】
[0021]以下將對本發明的優選實施例進行詳細的描述。應當理解，優選實施例僅為了說明本發明，而不是為了限制本發明的保護范圍。
[0022]本發明的全金屬元素Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金，由鐵磁性元素Fe、Co、Ni與過渡金屬元素TM組成，其化學組分可表達為:((FexCoyNiz)aMobHfc，其中a+b+c = 100，a為70-87at.%，bS7-30at.%，。為6?12at.% ;x+y+z = I，x值為0.50-0.60，y值為0.15-0.44，Z值為0-0.32 ο
[0023]以下將通過具體的實施例闡述該非晶合金的制備方法。
[0024]實施例一
[0025]本實施例包括以下步驟:
[0026]步驟1:配制稱取原料
[0027]將合金成分表達式(原子個數％)轉換為合金成分表達式(重量％)，分別對純度為99.8%的Fe、純度為99.8 %的Co、純度為99.8 %的N1、純度為99.8 %的Mo和純度為99.8 %的Hf先進行去除氧化皮后再稱重，稱重精確到0.0OOlg，配制總重量為10克。
[0028]步驟2:制備 Fe-Co-N1-Mo-Hf 母合金
[0029]將步驟I配料放入高真空電弧熔煉爐中，先由機械栗預抽低真空到10—1Pa,再通過擴散栗抽高真空使真空度達到4 X 10—3Pa以上，采用鎢電極氬弧熔煉母合金，在高純氬氣保護下，氬氣壓力0.04Mpa，先熔煉I分鐘放入爐腔銅坩禍中的鈦錠以吸氧，再熔煉母合金，通過調節電流的大小來控制電弧中心溫度，用電弧所產生的高溫熔化金屬，電流大小70A，熔煉溫度100tC，時間2分鐘，將合金錠在銅坩禍內反復翻轉熔煉4次以便得到成分均勻的母
I=IO
[0030]步驟3:制備Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金薄帶
[0031]將步驟2制得的Fe-Co-N1-Mo-Hf合金鑄錠用砂紙打磨掉表面氧化皮并用丙酮清洗，然后將母合金鑄錠粉碎成若干小塊以便順利裝入石英玻璃管內。將裝好母合金的石英管放入真空甩帶機的感應爐中，通過擴散栗抽高真空使真空度達到4X10—3Pa以上，然后充A0.05Mpa氬氣保護氣體。
[0032]開啟銅輥旋轉開關使銅輥轉速達到40/s，調節感應電流大小，以便母合金在石英管中熔化而形成具有穩定形狀的熔池，快速將母合金熔體噴射到高速旋轉的銅輥上，依靠銅輥的快速熱傳導極冷凝固即制得Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金薄帶，經實施例1制備的非晶薄帶的寬度在3.5mm左右，厚度在30μπι左右。
[0033]實施例二
[0034]步驟I:配制稱取原料
[0035]將合金成分表達式(原子個數％)轉換為合金成分表達式(重量％)，分別對純度為99.9%的Fe、純度為99.9 %的Co、純度為99.9 %的N1、純度為99.9 %的Mo和純度為99.9 %的Hf先進行去除氧化皮后再稱重，稱重精確到0.0OOlg，配制總重量為15克。
[0036]步驟2:制備 Fe-Co-N1-Mo-Hf 母合金
[0037]將步驟I配料放入高真空電弧熔煉爐中，先由機械栗預抽低真空到10—1Pa,再通過擴散栗抽高真空使真空度達到4X10—3Pa以上。采用鎢電極氬弧熔煉母合金，在高純氬氣保護下，氬氣壓力0.06Mpa，先熔煉2分鐘放入爐腔銅坩禍中的鈦錠以吸氧，再熔煉母合金。通過調節電流的大小來控制電弧中心溫度，用電弧所產生的高溫熔化金屬，電流大小120A，熔煉溫度1500°C，時間3分鐘，將合金錠在銅坩禍內反復翻轉熔煉5次以便得到成分均勻的母
I=IO
[0038]步驟3:制備Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金薄帶
[0039]將步驟2制得的Fe-Co-N1-Mo-Hf合金鑄錠用砂紙打磨掉表面氧化皮并用丙酮清洗，然后將母合金鑄錠粉碎成若干小塊以便順利裝入石英玻璃管內。將裝好母合金的石英管放入真空甩帶機的感應爐中，通過擴散栗抽高真空使真空度達到4X10—3Pa以上，然后充A0.05Mpa的氬氣保護氣體。
[0040]開啟銅輥旋轉開關使銅輥轉速達到60m/s，調節感應電流大小，以便母合金在石英管中熔化而形成具有穩定形狀的熔池，快速將母合金熔體噴射到高速旋轉的銅輥上，依靠銅輥的快速熱傳導極冷凝固即制得Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金薄帶，經實施例2制備的非晶薄帶的寬度在2.5mm左右，厚度在20μπι左右。
[0041 ] 實施例三
[0042]本實施例包括以下步驟:
[0043]包括以下步驟:
[0044]步驟I:配制稱取原料
[0045]將合金成分表達式(原子個數％)轉換為合金成分表達式(重量％)，分別對純度為99.9%的Fe、純度為99.9 %的Co、純度為99.9 %的N1、純度為99.9 %的Mo和純度為99.9 %的Hf先進行去除氧化皮后再稱重，稱重精確到0.0OOlg，配制總重量為12克；
[0046]步驟2:制備 Fe-Co-N1-Mo-Hf 母合金
[0047]將步驟I配得的原料放入高真空電弧熔煉爐中，先由機械栗預抽低真空到10—1Pa,再通過擴散栗抽高真空使真空度達到4X10—3Pa以上，采用鎢電極氬弧熔煉母合金，在高純氬氣保護下，氬氣壓力0.05Mpa，先熔煉1.5分鐘后，放入爐腔銅坩禍中的鈦錠吸氧，再熔煉母合金，通過調節電流的大小來控制電弧中心溫度，用電弧所產生的高溫熔化金屬，電流大小100A，熔煉溫度1300 0C，時間2.5分鐘，將合金錠在銅坩禍內反復翻轉熔煉5次以便得到成分均勻的母合金；
[0048]步驟3:制備Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金薄帶
[0049]將步驟2)制得的Fe-Co-N1-Mo-Hf合金鑄錠用砂紙打磨掉表面氧化皮并用丙酮清洗，然后將母合金鑄錠粉碎成若干小塊后裝入石英玻璃管內，將裝好母合金的石英管放入真空甩帶機的感應爐中，通過擴散栗抽高真空使真空度達到4 X 10—3Pa以上，然后充入
0.05Mpa氬氣保護氣體；
[0050]開啟銅輥旋轉開關使銅輥轉速達到50m/s，調節感應電流大小，以便母合金在石英管中熔化而形成具有穩定形狀的熔池，快速將母合金熔體噴射到高速旋轉的銅輥上，依靠銅輥的快速熱傳導極冷凝固即制得Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金薄帶。經實施例3制備的非晶薄帶的寬度在3mm左右，厚度在25μπι左右。
[0051 ]為了進一步獲知制得的Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金的性能狀況，對實施例一制得的薄帶進行性能測試，步驟如下:
[0052]一、將制得的Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金薄帶截取10毫克，在示差掃描量熱分析儀(DSC)檢測其熱力學參數，具有750-870Κ玻璃轉變溫度，790-920Κ晶化溫度。
[0053]二、將制得的Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金薄帶截取20毫克，在VSM中測試其磁性能，飽和磁化強度為70-120emu/g。
[0054]三、將制得的Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金薄帶截取一小段，經鑲樣后在維氏硬度計中測試其硬度，維氏硬度值為940-1120HV。
[0055]四、將制得的Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金薄帶截取一段并彎曲成圓圈，把彎曲的合金帶放在一對上下放置的平行板之間，使合金帶各部分在平行板中也保持180°平行，水平降低上平行板，將合金帶逐漸彎曲到更小的角度，通過公式ε = ?/ (2r_t)(其中t表示帶材厚度，r表示彎曲試驗中帶材的斷裂半徑)計算其彎曲斷裂應變得ε = 1。
[0056]試驗證明，獲得的Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金具有良好的彎曲斷裂韌性以及優異的磁性能，具有廣闊的應用前景。
[0057]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種全金屬元素Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金，其特征在于:由鐵磁性元素Fe、Co、Ni與過渡金屬元素TM組成，其化學組分可表達為:((FexCoyNiz )aMobHf。，其中a+b+c = 100，a為70-87at.%，bS7-30at.%，c為6-12at.% ;x+y+z = l，x值為0.50-0.60，y值為0.15-0.44，Ζ值為0-0.32 O2.根據權利要求1所述的一種全金屬元素Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金，其特征在于:所述TM為Sc、T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、N1、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta或W。3.如權利要求1或2所述的一種全金屬元素Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:配制稱取原料 按合金最終各所述原子百分比稱取各相應質量的金屬單質，稱重精確到0.0OOlg; 步驟2:制備Fe-Co-N1-Mo-Hf母合金 將步驟I配得的原料放入高真空電弧熔煉爐中，先由機械栗預抽低真空到10—1Pa,再通過擴散栗抽高真空使真空度達到4X10—3Pa以上，采用鎢電極氬弧熔煉母合金，在高純氬氣保護下，氬氣壓力0.04-0.06Mpa，先熔煉1-2分鐘后，放入爐腔銅坩禍中的鈦錠進行吸氧，再熔煉母合金，通過調節電流的大小來控制電弧中心溫度，用電弧所產生的高溫熔化金屬，電流大小70-120A，熔煉溫度1000-1500°C，時間2-3分鐘，將合金錠在銅坩禍內反復翻轉熔煉4-5次以便得到成分均勻的母合金； 步驟3:制備Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金薄帶 將步驟2)制得的Fe-Co-N1-Mo-Hf合金鑄錠用砂紙打磨掉表面氧化皮并用丙酮清洗，然后將母合金鑄錠粉碎成若干小塊后裝入石英玻璃管內，將裝好母合金的石英管放入真空甩帶機的感應爐中，通過擴散栗抽高真空使真空度達到4 X 10—3Pa以上，然后充入0.05Mpa氬氣保護氣體； 開啟銅棍旋轉開關使銅棍轉速達到40-60m/s，調節感應電流大小，以便母合金在石英管中熔化而形成具有穩定形狀的熔池，快速將母合金熔體噴射到高速旋轉的銅輥上，依靠銅棍的快速熱傳導極冷凝固即制得Fe-Co-N 1-Mo-Hf非晶合金薄帶。4.根據權利要求3所述的一種全金屬元素Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金的制備方法，其特征在于:在步驟I)中，是將合金成分表達式(原子個數% )轉換為合金成分表達式(重量％ )，分別對Fe、Co、N1、Mo和Hf先進彳丁去除氧化皮后再稱重。5.根據權利要求3所述的一種全金屬元素Fe-Co-N1-Mo-Hf非晶合金的制備方法，其特征在于:所述步驟I)中，各金屬原料純度均大于或等于99.80%。
【文檔編號】C22C45/02GK106086715SQ201610512272
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月30日
【發明人】謝春曉, 鐘守炎, 李勝, 鄧世春
【申請人】東莞理工學院