[发明专利]一种无磁性铁基块体非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非晶合金，尤其是涉及一种具有高玻璃形成能力的无磁性铁基块体非晶合金及其制备方法。

背景技术

金属玻璃通常是将熔化的金属冷却到玻璃转变温度以下并且在形核及晶化前凝固形成的。通常的金属和合金从液态冷却下来时都要结晶形成晶体。然而，已经发现了某些金属和合金当冷却速率足够快时，在固化时会保持液态时的极端粘滞的状态，从而抑制晶化，这种冷却速率通常需要达到10⁴～10⁶K/s的数量级。为了获得如此高的冷却速率，只能将熔化的金属或合金喷到导热非常好的传导基底上，这样获得的合金是非晶合金，但尺寸非常小。因此，以前获得的非晶合金材料都是将熔态金属或合金喷射到高速旋转的铜辊上得到的薄带，或浇铸到冷基底中得到的薄片和粉末等。最近已找到了具有更强的抑制结晶能力的非晶合金，这样就可以利用更低的冷却速率来抑制结晶。若在很低的冷却速率下能够抑制结晶，则可制得更大尺寸的非晶合金。

非晶合金，尤其是铁基非晶合金，自被发现以来，就一直受到材料学家和物理学家的广泛关注。其原因在于铁基大块非晶合金在各种非晶体和晶体体系当中具有高强度、高硬度、高耐蚀、良好的韧性和软磁性能等特点。自铁基大块非晶合金问世以来，提高非晶形成能力，获得大尺寸的非晶合金一直是人们努力追求的主要目标之一。铁基软磁非晶合金的发展状况自1967年美国Duwez教授率先成功开发出Fe-P-C系软磁非晶薄带以来，许多科学家在合成具有优异软磁性能的新型铁基非晶合金的过程中付出了大量的努力。1979年美国AlliedSignal公司开发出非晶合金宽带的平面流铸带技术，并于1982年推出命名为Metglass的Fe基、Co基和Fe-Ni基系列非晶合金带材。1988年日本日立金属公司的Yashizawa等人在非晶合金基础上通过晶化处理开发出成本低廉的FeCuNbSiB纳米晶软磁合金Finemet，兼有铁基非晶合金的高磁感和钴基非晶合金的高磁导率、高饱和磁感和低损耗的特点。1990年，Makino等人开发出FeMB(M＝Zr，Hf，Nb)纳米晶合金Nanoperm，其饱和磁感应强度高于1.5T。1998年，美国的WillardM·A等人公布了可用于高温的FeCoZrBCu纳米晶软磁Hitperm，其磁感应强度高于2.0 T。自20世纪90年代以来，铁基软磁块体非晶合金的开发取得相当大的进展。这些合金可以分为以下五大主要体系：①Fe-(Al，Ga，Sn)-(P，C，B，Si，Ge)；②Fe-(Co，Ni)-M-B(M＝Zr，Hf，Ti，V，Nb，Ta，Mo，W)；③Fe-Co-Ln-B-M(M＝Cr，V，Hf，W，Mo，Nb，Ta，Zr)；④Fe-(Cr，Mo，Ni，Nb)-(Al，Ga)-(P，C，B)；⑤Fe-(Co，Ni)-B-Si-(Zr，Nb)。

目前，铁基软磁块体非晶合金的研究与开发进入了一个新时期。有一类铁基非晶合金在室温或室温以上不显现磁性特征，所以被称作无磁非晶合金。用铜模吸铸法得到的铁基非晶合金的最大尺寸已经达到16mm，并被命名为“非晶钢”。非晶钢作为无磁性材料和结构材料具有好的发展前景和研究价值。非晶钢在室温下呈无磁特性并具有高硬度和高耐蚀等特点，可以作为一种新型的特殊用途材料。因为所用原料都不是贵金属而且制备价格与其它体系的非晶相比低廉得多，所以非晶钢在某些场合有望取代晶体钢铁材料。特别是由于其优良的非晶成形能力、制备工艺简便，将会是非晶体系中最有工程应用前景的一种，为大块非晶作为结构材料在实际工程中的应用开辟了道路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有大过冷液相区和高玻璃形成能力的无磁性铁基块体非晶合金及其制备方法。

本发明的技术方案是根据非晶形成以及热力学相关理论，通过添加元素，改变组元原子百分比，较大程度地改善了不含镍大块非晶合金过冷液相区较小的问题，同时提高了玻璃形成能力和顺磁特性的温度稳定性。

本发明所述的无磁性铁基块体非晶合金的分子式为Fe₄₁Co_7-XNi_XCr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂(其中的x和数字均为原子百分数，x的变化范围为：1≤x≤7)，临界尺寸不小于16mm，表面光亮，没有发生大的体积收缩，铸造性能好。

本发明所述的无磁性铁基块体非晶合金的制备方法包括以下步骤：