[发明专利]一种硬磁高熵合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种硬磁高熵合金及其制备方法，通过加入适量的硼元素以及稀土金属钐、钇、钕等稀有金属元素，在机械合金化的过程中与高熵合金中的铁元素和钴元素生成硬磁相，合金中的硬磁相与高熵合金原有的软磁相产生良好的磁性交互作用，从而制得一种具有高硬磁性能的高熵合金材料，使其既具有高熵合金较高的力学性能及耐磨抗腐蚀性能，同时拥有较强的硬磁性能，可应用于对腐蚀性环境及强度要求较高的磁性材料领域。

技术领域

本发明属于金属冶金技术领域，涉及高熵合金或硬磁材料，具体地说是一种Fe-Co-Ni-Cu-B稀土硬磁高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金(简称HEAs)是由五种或以上元素按照等原子比或近等原子比的原则合金化，形成高固溶体相的一类合金，从传统的合金理论来说，合金的元素种类越多，会析出复杂相和脆性相。而对于高熵合金，研究发现高熵合金反而易于形成单相面心或体心立方固溶体或者这两者的混合物，这是因为高熵合金的高熵效应。一方面，较高的熵值使得体系的自由能降低，趋于形成简单稳定的结构。另一方面，高熵可能减少电负性差，增大原子在各种元素间的固溶度，促进元素间的混合，抑制复杂化合相形成，形成单相固溶体。这种特殊的结构特点使得高熵合金具有高温热稳定性、高强度、高硬度、耐磨性好、优异的抗氧化和抗腐蚀能力等特性，HEAs在高速切削用刀具、模具和核电工程、船舶的耐蚀高强度材料、磁性材料及电池材料等方面具有广泛的应用前景，是一种极具发展潜力的新兴材料。

传统的钕铁硼磁铁虽然磁性强，但是无法适用于高温环境，并且极易受到腐蚀，即便可在表面镀上防腐层，但由于镀层本身电位比钕铁硼基体相高，镀层一旦外界液体渗入内部，镀层与基体构成腐蚀源电池，反而会加速腐蚀，基体的耐蚀状态会直接影响镀层的结合力以及耐蚀保护性能，也无法长期使用。磁性仅次于钕铁硼磁铁的是钐钴合金，依据成份的不同分为SmCo₅和Sm₂Co₁₇，分别为笫一代和笫二代稀土永磁材料。不但有着较高的磁能积(14-32MGOe)和可靠的矫顽力，而且在稀土永磁系列中表现出良好的温度特性。与钕铁硼相比，钐钴更适合工作在高温环境中，由于其原材料十分稀缺，价格昂贵而使其发展受到限制。

目前所研发出来的高熵合金均为软磁材料或半硬磁材料，这是基于高熵合金中含有较高比例的Fe、Co、Ni等元素的作用导致的。如何利用其丰富的铁磁元素使之转化成硬磁材料是一个有待解决的问题。因此，开发一种无加工的强韧化HEAs硬磁复合材料及其制备技术就具有重大的工程价值。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种硬磁稀土高熵合金及其制备方法，在保障其优异的力学性能的同时，具有良好的硬磁性能。

本发明所设计的硬磁高熵合金，其特征在于，主要成分由Fe、Co、Ni、Cu、B、Y、Sm、Nd组成，其合金成分原子比表达式为FeCoNi_1.5CuB_mRE_n其中，RE为稀土金属元素：Nd、Sm、Y中的一种或多种，其中0.5≤m≤1.5；0≤n≤1。

本发明所设计的硬磁高熵合金材料，其特征在于，所述硬磁高熵合金由具有面心立方结构的基底相与硬磁相组成，所述的硬磁相包括：钕铁硼相、钐钴合金相、钇铁硼相中的一种或多种。

进一步地，所述钕铁硼相具有以主磁性相Nd₂Fe₁₄B相为基底、富钕相与富硼相并存的三相结构，富钕相主要分布在Nd₂Fe₁₄B相晶界周围，可有效提高合金的磁能积和矫顽力，而且在稀土永磁合金中表现出良好的温度特性。

进一步地，所述合金中B与RE的含量符合等摩尔比的配料规则。