一种热敏铁基非晶合金及其制备方法和由该合金制备得到的磁性温控开关技术

本发明专利技术公开了一种热敏铁基非晶合金及其制备方法和由该合金制成的磁性温控开关，该合金的原子组成为：Fe68‑xCrxNbyYzBm，其中，x＝0～9，y＝2～5；z＝3‑10，m＝16～25，y+z+m＝32。其制备方法包括以下步骤：步骤一，母合金锭的制备：将原子百分比换算成质量百分比，称取各原料；将各原料放入事先准备好的高温炉中，在保护气体的存在下，反复熔炼后制备成母合金锭；步骤二，热敏铁基非晶合金的制备：将冷却至室温的母合金锭从高温炉中取出，置于酒精中用超声波清洗后，破碎成块状；然后，利用铜模铸造法制备铁基非晶合金。本发明专利技术大大提升了温控开关的精度、性能稳定性、可靠性、耐用性及节能性。

A Thermosensitive Fe-based Amorphous Alloy and Its Preparation Method and Magnetic Temperature Control Switch Made from the Alloy

The invention discloses a heat-sensitive Fe-based amorphous alloy, a preparation method and a magnetic temperature-controlled switch made of the alloy. The atom composition of the alloy is Fe68_xCrxNbyYzBm, in which x=0-9, y=2-5, z=3_10, m=16-25, y+z+m=32. The preparation method comprises the following steps: first, the preparation of the master alloy ingot: converting the atomic percentage to the mass percentage, weighing the raw materials; putting the raw materials into a high temperature furnace prepared beforehand, in the presence of protective gas, smelting repeatedly to prepare the master alloy ingot; second, the preparation of the heat-sensitive iron-based amorphous alloy. Preparation: The master alloy ingot cooled to room temperature is removed from the high temperature furnace, washed in alcohol by ultrasonic wave, and broken into lumps; then, Fe-based amorphous alloy is prepared by copper mold casting. The invention greatly improves the precision, stable performance, reliability, durability and energy saving of the temperature control switch.

【技术实现步骤摘要】
一种热敏铁基非晶合金及其制备方法和由该合金制备得到的磁性温控开关
本专利技术涉及一种热敏非晶合金的制备方法，还涉及一种非晶磁性温控开关。
技术介绍
磁性温控开关具有温控精度高，性能稳定、可靠、经久耐用及节能等优良特性，已广泛用于电冰箱除霜、制冷和保温，空调器控温，饮水机制热、温控，电饭煲限温、保温，太阳能发电系统温度监控，燃气锅炉和自动送风机的保温，汽车的冷起动、热起动和水温控制，电子元器件的温度补偿，冷房和温室的送风切换，录像机和记录器的防潮，育苗箱、育苗室、洗涤设备、彩色录像机、恒温室的保温，大楼防火喷淋，内燃机冷却水系统的温控，电源和压缩机等各种机器设备的过热(电流)保护，自动售货机、放大器、计算机、煤气炉和箱形电炉的温控和过热保护，温度报警，复印机透镜结露防止等。目前，常用的温控开关是利用铁氧体软磁热敏材料和硬磁材料，以及干簧管组合而成的一种温度传感器，它具有动作温度准确、恢复动作温差小、速度快、寿命长、防爆等优点。当外界温度由低升高穿越居里温度时，软磁环的磁导率迅速下降，通过干簧管的磁通密度减小，使干簧管的状态发生改变(簧片接通或断开)；当外界温度由高降低穿越居里温度时，软磁环的磁导率迅速增加，通过干簧管的磁通密度增大，使干簧管的状态发生改变(簧片接通或断开)，从而实现其温度控制开关状态。可见，热敏磁性材料是决定磁性温控开关的关键。为了实现对温度的精确控制，热敏磁性材料应具有稳定和特定的居里温度，在居里温度附近磁性能应具有陡峭的变化，磁导率应高，耐腐蚀性能要好。然而，铁氧体软磁材料难以同时满足这些性能要求，大大限制了磁性温控开关在污水处理，防火喷淋，内燃机冷却水系统等环境下的应用。铁基非晶合金是组元中铁原子百分比最大的一类非晶合金体系，饱和磁化强度在1.0～1.7T、磁导率可达450000，耐腐蚀性能可达不锈钢的10000倍。如果能够开发出居里温度在室温附近的铁基非晶合金材料并将之应用于温控开关，将大大提升温控开关的精度、性能稳定性、可靠性、耐用性及节能性等，对温控开关的发展和应用具有重要意义。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种热敏铁基非晶合金及其制备方法及由该合金制成的磁性温控开关，以突破现有技术中磁性温控开关精度不够高、性能不够稳定、能耗高、难以在恶劣环境中应用的局限。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种热敏铁基非晶合金，该合金的原子组成为：Fe68-xCrxNbyYzBm，其中，x＝0～9，y＝2～5；z＝3-10，m＝16～25，y+z+m＝32。一种热敏铁基非晶合金的制备方法，包括以下步骤：步骤一，母合金锭的制备：按照合金的原子组成Fe68-xCrxNbyYzBm，其中，x＝0～9，y＝2～5；z＝3-10，m＝16～25，y+z+m＝32；将原子百分比换算成质量百分比，采用高纯原料Fe、Cr、B、Y、Nb，按照合金的成分，称取各原料；将各原料放入事先准备好的高温炉中，在保护气体的存在下，反复熔炼后制备成母合金锭；步骤二，热敏铁基非晶合金的制备：将冷却至室温的母合金锭从高温炉中取出，用砂轮打磨掉表面杂质，置于酒精中用超声波清洗后，破碎成块状；然后，利用铜模铸造法制备铁基非晶合金。所述保护气体为氩气、氮气中的一种或者几种的混合气体。所述保护气体纯度要求体积百分比大于98％。所述高温炉为电弧熔炼炉。所述步骤一中，将各原料放入高温炉中，抽真空至低于5×10-5Pa，然后充入保护气体至气压为600mbar，熔化后再持续熔炼5分钟，等待熔融的合金冷却至凝固后，将其翻转，反复熔炼4次。所述步骤二中，利用铜模铸造法制备铁基非晶合金的具体步骤为：将块状合金装入下端开口的石英玻璃管中；置于铸造设备的感应线圈中，抽真空至低于10-3Pa后充入保护气体，利用压力差将熔融的合金液喷入预先放置的铜模中，即可制得块体铁基非晶合金圆棒。一种磁性温控开关，由永磁体、干簧管、以及上述的热敏铁基非晶合金组成，热敏铁基非晶合金的两侧均依次设有一个永磁体和一个干簧管。有益效果：本专利技术创造性的提出利用铁基非晶合金软磁性能优异、耐磨耐腐蚀，居里温度可控，成本低等优点，制备热敏铁基非晶合金材料，并创造性的应用于温控开关领域，大大提升温控开关的精度、性能稳定性、可靠性、耐用性及节能性等，对温控开关的发展和应用具有重要意义。突破了现有磁性温控开关难以在污水处理，防火喷淋，内燃机冷却水系统等恶劣环境下有效应用的技术瓶颈。热敏铁基非晶合金及其温控传感器的专利技术和应用对促进智能家居、安全生产、自动控制等领域的发展也具有重要意义。附图说明图1为铁基非晶磁性温控开关的结构及原理图；图2为Fe63Cr5Nb4Y6B22非晶合金的DSC和XRD图谱；图3为温度为293K和305K时Fe63Cr5Nb4Y6B22非晶合金不同磁场下的磁化强度；图4为随着温度循环变化Fe63Cr5Nb4Y6B22热敏非晶的磁性强弱变化；图5为Fe63Cr5Nb4Y6B22非晶磁导率随频率的变化情况；图6为热敏铁基非晶的耐腐蚀性能与304不锈钢对比；图7为热敏铁基非晶开关分别在冷水中(a)和热水中(b)的状态。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作更进一步的说明。实施例本实施例为一种热敏铁基非晶合金及其制备方法及由该合金制备得到的磁性温控开关。本实施例的热敏铁基非晶合金的原子组成为Fe63Cr5Nb4Y6B22。该热敏铁基非晶合金的制备方法，包括以下步骤：首先，按照合金的名义成分将合金不同种类元素的原子百分比换算成质量百分比，按比例称量高纯原料：Fe(99.99％)、B(99.7％)、Cr(99.99％)、Nb(99.99％)和Y(99％以上)备用。将按Fe63Cr5Nb4Y6B22成分配比的原料混合置于电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空至低于5×10-5Pa，然后充入氩气至气压为600mbar，熔化后再持续熔炼5分钟，等待熔融的合金冷却至凝固后，将其翻转，反复熔炼4次，得到成分均匀的母合金锭。将冷却至室温的锭子从电弧熔炼炉中取出，用砂轮打磨掉表面杂质，置于酒精中用超声波清洗后，破碎成块状。利用铜模铸造法制备铁基非晶合金：将块状合金装入下端开口的石英玻璃管中；置于铸造设备的感应线圈中，抽真空至低于10-3Pa后充入适量氩气，利用压力差将熔融的合金液喷入预先放置的铜模中，按要求即可制得临界尺寸以下不同尺寸的块体铁基非晶圆棒。利用单辊快淬法制备铁基非晶合金带材：铜辊转速为35～40m/s，压差为200～300mbar，石英管口与铜辊间距为0.7mm。加热母合金至表面抖动的一刹那，瞬间将合金溶液喷出，制备出宽1～2mm，厚20～30μm的非晶合金条带。铁基非晶合金热敏开关的制备，铁基非晶磁性温控开关是根据非晶磁性材料在居里点附近发生相变的特性制成的，其结构如图1(a)所示。由永磁体、干簧管、以及上述的热敏铁基非晶合金组成，热敏铁基非晶合金的两侧均依次设有一个永磁体和一个干簧管。工作原理是热敏铁基非晶的饱和磁通密度随温度变化，以此来控制触点周围的磁通量，如图1(b)和(c)所示。用X射线衍射仪(XRD，BrukerD8Advance)表征该块体非晶合金结构；用差示扫描量热仪(DSC，NETZSCH404C)获得该样品的热力学参数，包括玻璃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热敏铁基非晶合金，其特征在于：该合金的原子组成为：Fe68‑xCrxNbyYzBm，其中，x＝0～9，y＝2～5；z＝3‑10，m＝16～25，y+z+m＝32。

【技术特征摘要】
1.一种热敏铁基非晶合金，其特征在于：该合金的原子组成为：Fe68-xCrxNbyYzBm，其中，x＝0～9，y＝2～5；z＝3-10，m＝16～25，y+z+m＝32。2.一种热敏铁基非晶合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，母合金锭的制备：按照合金的原子组成Fe68-xCrxNbyYzBm，其中，x＝0～9，y＝2～5；z＝3-10，m＝16～25，y+z+m＝32；将原子百分比换算成质量百分比，采用高纯原料Fe、Cr、B、Y、Nb，按照合金的成分，称取各原料；将各原料放入事先准备好的高温炉中，在保护气体的存在下，反复熔炼后制备成母合金锭；步骤二，热敏铁基非晶合金的制备：将冷却至室温的母合金锭从高温炉中取出，用砂轮打磨掉表面杂质，置于酒精中用超声波清洗后，破碎成块状；然后，利用铜模铸造法制备铁基非晶合金。3.根据权利要求2所述的热敏铁基非晶合金的制备方法，其特征在于：所述保护气体为氩气、氮气中的一种或者几种的混合气体。4.根据权利要求2或3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨卫明，刘海顺，莫金勇，张月，陈哲，王明梓，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32