[发明专利]兼具优良力学性能和高磁致伸缩的大块非晶合金及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及非晶态磁性材料领域，特别是涉及一种兼具优良力学性能和高磁致伸缩的大块非晶合金的制备方法。

背景技术

在磁场中磁化状态改变时，铁磁和亚铁磁性材料引起尺寸或体积微小的变化，这种现象称为磁致伸缩现象。磁致伸缩效应的大小用磁致伸缩系数λ来表示。它的值为λ＝δl/l，l和δl是磁体的原始长度及磁化后长度的改变。传统的磁致伸缩材料是Ni和Fe基合金，这类金属与合金的饱和磁致伸缩系数λs为(±30～70)×10^-6，由于这类材料的λ太小，所以使用范围受到了限制。60年代初，人们即发现稀土元素(R)具有许多独特的磁性。例如，重稀土原子的轨道角动量和自旋角动量都大，而且平行排列，故每个原子的磁矩为9μ_B～10μ_B，而Ni和Fe只有0.6μ_B和2.2μ_B。1963年，Legvold等人测量了Tb(铽)和Dy(镝)在低温下沿基面的磁致伸缩，发现这些基面的磁致伸缩值是传统磁致伸缩材料磁致伸缩值的100～1000倍，这使磁致伸缩材料出现了突破。20世纪80年代，美国Clark等人发现，TbFe₂，DyFe₂等二元稀土铁化合物在室温下具有很大的磁致伸缩系数。例如在室温下TbFe₂的磁致伸缩系数λ_s为1800ppm，DyFe₂的磁致伸缩系数λ_s为430ppm，它们在低温下具有更高的磁致伸缩系数。但是饱和磁场过高，没有实用价值。后来进一步发展了三元稀土铁化合物，它们的磁晶各向异性可补偿或互相抵消，使得这种(R₁R₂)Fe₂型化合物在室温和低场下就可获得很大的磁致伸缩系数。例如Tb_0.27Dy_0.73Fe₂的磁致伸缩系数可达到1500-2000ppm。由于这种材料的磁致伸缩系数比Ni基合金的大50倍，比压电陶瓷的大5-25倍，因此称为巨磁致伸缩材料或超磁致伸缩材料。

目前高磁致伸缩合金材料主要是Tb-Dy-Fe为主的晶态合金，该合金虽然磁致伸缩系数可达1000-2000ppm以上，但是脆性大，机械性能较差，限制了其广泛应用，并需大量使用稀土材料，成本较高。非晶态合金具有原子排列长程无序、短程有序的特殊微观结构，因而具有强度高，断裂韧性好，电阻率高，抗腐蚀性好等优越的机械、物理及化学性能，应用前景广泛。将非晶合金优良的机械、物理和化学性能与高磁致伸缩性能结合起来，以期解决目前高磁致伸缩Tb-Dy-Fe系晶态合金存在的问题。目前，对于溅射、快淬等方法制备的传统非晶薄膜、薄带的磁致伸缩性能，已有若干研究报道，在仅有的研究报道中，Inoue小组发现，Fe-Co-Ln-B(Ln＝Sm或Tb)系金属玻璃具有较高的稳定性和饱和磁致伸缩系数λs，同时具有良好的抗拉强度、抗弯强度、硬度和杨氏模量。Fe_68.5Co₁₀Sm_1.5B₂₀和Fe_68.5Co₁₀Tb_1.5B₂₀的λs达到58×10^-6，Fe_68.5Co₁₀Dy_1.5B₂₀的达到51×10^-6，均大大超过了没有玻璃转变点的非晶合金(λ_s≤44×10^-6)。然而Inoue报道的非晶合金也仅限于薄带，国内外对金属玻璃磁致伸缩性能的研究还很少。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种兼具优良力学性能和高磁致伸缩的大块非晶合金的制备方法。

兼具优良力学性能和高磁致伸缩的大块非晶合金的化学分子式为(Fe_aNb_bB_c)_1-xTb_x，其中65≤a≤75，2≤b≤8，20≤c≤25，1≤x≤10，且a+b+c＝100。

所述的兼具优良力学性能和高磁致伸缩的大块非晶合金的组成元素Fe、Nb、B或Tb的原料纯度是99.5％～99.9％。兼具优良力学性能和高磁致伸缩的大块非晶合金具有398ppm～976ppm的高磁致伸缩系数。