一种全金属组元铁钴基金属玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种全金属组元铁钴基金属玻璃，由铁磁性元素Fe、Co与过渡金属元素TM组成，其化学组分表达为：(FexCoy)aCrbNbcTad，其中a+b+c+d＝100，a不小于68原子％，x+y＝1，x值为0.50‑0.65，y值为0.35‑0.50，b为8‑20原子％，c为8‑20原子％,d为7‑15原子％。本发明专利技术制得的全金属组元铁钴基金属玻璃厚带具有超高热稳定性、高磁性能、良好弯曲韧性和高维氏硬度，有助于铁钴基金属玻璃获得广泛的工业化应用。另外，本发明专利技术还提供了该种金属玻璃的制备方法。

All metal component iron cobalt based metal glass and preparation method thereof

The invention discloses a full metal component of iron cobalt based metallic glass, composed of ferromagnetic elements Fe, Co and transition metal elements of TM, its chemical composition is expressed as: (FexCoy) aCrbNbcTad, where a+b+c+d = 100, a is not less than 68 atomic%, x+y = 1, x = 0.50 0.65 the Y value is 0.35, 0.50, B 8 20 atomic%, C 8 20 atomic%, d 7 15 atomic%. The prepared metal element Fe Co based metallic glasses with thick with ultra high thermal stability and high magnetic properties, good toughness and high hardness of Vivtorinox, can obtain industrial applications in a wide range of Fe Co based metallic glass. In addition, the invention also provides a preparation method of the metal glass.

【技术实现步骤摘要】
一种全金属组元铁钴基金属玻璃及其制备方法
本专利技术涉及非晶态合金材料制备领域，特别涉及一种全金属组元铁钴基金属玻璃，还涉及其制备方法。
技术介绍
铁钴基金属玻璃，也称为铁钴基非晶合金，因其高强度、高硬度、优异的耐蚀性能和磁性能，以及低廉的造价，已越来越引起研究者的关注，成为当前金属玻璃研究中的热点。目前，已开发出来的铁钴金属玻璃中除少部分体系以外，其余都具有优良的软磁性能，即较高饱和磁感应强度(可以缩小器件的体积)、高磁导率、低矫顽力(提高器件效率)、低损耗(减小器件温升)、低激磁电流和良好温度稳定性(-55至130长时间工作)等特点，是用于制造变压器、互感器、传感器和各类电机的铁芯的理想材料。当用作制造各类铁芯时，铁钴金属玻璃带材与硅钢片、铁氧体等材料比较起来的最大劣势在于其加工性能差。众所周知，金属玻璃都有高硬度，高脆性的特点，铁钴金属玻璃的硬度约是硅钢片的5倍，由于硬度过高，脆性较大，使得对铁钴金属玻璃的加工剪切非常困难，在常温下进行切割时，边缘容易出现碎裂、变形和起层现象。对铁钴金属玻璃带材进行弯绕加工通常都是在热处理前进行，这样使生产效率有所提高，但材料过大的脆性依然是后续生产制造过程中遇到的重大困难问题。因此铁钴基金属玻璃脆性较大的缺陷，使得其用于制造各类铁芯时工艺比较复杂，成品率不高等问题，由此产生的成本较高的劣势阻碍其大规模取代硅钢片等材料而走向市场，同时也制约其作为结构材料走向工程应用。对铁钴基金属玻璃带材的脆性研究表明其脆性与合金成分中的类金属元素(如B、Si、C、P等)的种类、含量及其分布密切相关。因此，通过成分设计开发出具有塑性变形和软磁性能的全金属组元铁钴基金属玻璃材料，必将使其走向更加广泛的应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的之一是提供一种全金属组元铁钴基金属玻璃，该合金材料通过在以磁性元素Fe、Co为基体的基础上加入过渡元素Cr、Nb和Ta来提高合金的玻璃形成能力和塑性变形能力，同时不降低其磁性能；本专利技术的目的之二是提供该种全金属组元铁钴基金属玻璃的制备方法。本专利技术的目的之一是通过以下技术方案实现的：一种全金属组元铁钴基金属玻璃，由铁磁性元素Fe、Co与过渡金属元素TM组成，其化学组分表达为：(FexCoy)aCrbNbcTad，其中a+b+c+d＝100，a不小于68原子％，x+y＝1，x值为0.50-0.65，y值为0.35-0.50，b为8-20原子％，c为8-20原子％,d为7-15原子％。特别地，过渡金属元素TM为Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta或W。本专利技术的目的之二是通过以下技术方案实现的：该种全金属组元铁钴基金属玻璃的制备方法，包括以下步骤：步骤1：配制称取原料按合金最终各所述原子百分比称取各相应质量的金属单质，称重精确到0.0001g；步骤2：制备Fe-Co-Cr-Nb-Ta母合金将步骤1配料放入高真空电弧熔炼炉中，先由机械泵预抽低真空到1×10-1Pa-1.4×10-1Pa，再通过扩散泵抽高真空使真空度达到4×10-3Pa-5×10-3Pa。采用钨电极氩弧熔炼母合金，在高纯氩气保护下，氩气压力0.04MPa-0.05Mpa，先熔炼1-2分钟放入炉腔铜坩埚中的钛锭以吸氧，再熔炼母合金，通过调节电流的大小来控制电弧中心温度，用电弧所产生的高温熔化金属，电流大小80-130A，熔炼温度1100-1500℃，时间2-3分钟，将合金锭在铜坩埚内反复翻转熔炼4-6次以便得到成分均匀的母合金；步骤3：制备Fe-Co-Cr-Nb-Ta金属玻璃厚带将步骤2制得的Fe-Co-Cr-Nb-Ta合金铸锭用砂纸打磨掉表面氧化皮并用丙酮清洗，然后将母合金铸锭粉碎成若干小块并装入石英玻璃管内，将装好母合金的石英管放入真空甩带机的感应炉中，通过扩散泵抽高真空使真空度达到4×10-3Pa-5×10-3Pa，然后充入0.04MPa-0.05Mpa氩气保护气体；开启铜辊旋转开关使铜辊转速达到25-45m/s，调节感应电流大小，以便母合金在石英管中熔化而形成具有稳定形状的熔池，快速将母合金熔体喷射到高速旋转的铜辊上，依靠铜辊的快速热传导极冷凝固即制得Fe-Co-Cr-Nb-Ta金属玻璃厚带。特别地，在步骤1)中，是将合金成分表达式(原子个数％)转换为合金成分表达式(重量％)，分别对Fe、Co、Cr、Mo和Ta先进行去除氧化皮后再称重。特别地，所述步骤1)中，Fe纯度大于99.7％、Co纯度大于为99.7％、Mo纯度大于99.5％、Cr纯度大于99.5％、Ta纯度大于99.7％。本专利技术的有益效果是：本专利技术的全金属元素铁钴基金属玻璃材料，在合金组成成分区域内制得金属玻璃条带的宽度2.0-3.0mm，厚度45-75μm。经X射线衍射分析仪(XRD)与示差扫描量热分析仪(DSC)检测，具有超高热稳定性，其具有1050-1200K晶化起始温度。经震动样品磁强计(VSM)检测，具有饱和磁化强度90-130emu/g。经带材弯曲试验与硬度试验，具有良好弯曲韧性且弯曲断裂应变ε＝1，维氏硬度达到1050-1240HV，有助于铁钴基金属玻璃获得广泛的工业化应用。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。具体实施方式以下将对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的保护范围。本专利技术的一种全金属组元Fe-Co-Cr-Nb-Ta金属玻璃，由铁磁性元素Fe、Co与过渡金属元素TM组成，其化学组分表达为：(FexCoy)aCrbNbcTad，其中a+b+c+d＝100，a不小于68原子％，x+y＝1，x值为0.50-0.65，y值为0.35-0.50，b为8-20原子％，c为8-20原子％,d为7-15原子％。。以下将通过具体的实施例阐述该金属玻璃的制备方法。实施例一本实施例包括以下步骤：步骤1：配制称取原料将合金成分表达式(原子个数％)转换为合金成分表达式(重量％)，分别对纯度为99.7％的Fe、纯度为99.7％的Co、纯度为99.5％的Cr、纯度为99.5％的Nb和纯度为99.7％的Ta先进行去除氧化皮后再称重，称重精确到0.0001g，配制总重量为10克；步骤2：制备Fe-Co-Cr-Nb-Ta母合金将步骤1配料放入高真空电弧熔炼炉中，先由机械泵预抽低真空到1.4×10-1Pa，再通过扩散泵抽高真空使真空度达到5×10-3Pa，采用钨电极氩弧熔炼母合金，在高纯氩气保护下，氩气压力0.04MPa，先熔炼1分钟放入炉腔铜坩埚中的钛锭以吸氧，再熔炼母合金，通过调节电流的大小来控制电弧中心温度，用电弧所产生的高温熔化金属，电流大小80A，熔炼温度1100℃，时间3分钟，将合金锭在铜坩埚内反复翻转熔炼4次以便得到成分均匀的母合金；步骤3：制备Fe-Co-Cr-Nb-Ta金属玻璃厚带将步骤2制得的Fe-Co-Cr-Nb-Ta合金铸锭用砂纸打磨掉表面氧化皮并用超声波振动清洗，然后将母合金铸锭粉碎成若干小块并装入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全金属组元铁钴基金属玻璃，其特征在于：由铁磁性元素Fe、Co与过渡金属元素TM组成，其化学组分表达为：(FexCoy)aCrbNbcTad，其中a+b+c+d＝100，a不小于68原子％，x+y＝1，x值为0.50‑0.65，y值为0.35‑0.50，b为8‑20原子％，c为8‑20原子％,d为7‑15原子％。

【技术特征摘要】
1.一种全金属组元铁钴基金属玻璃，其特征在于：由铁磁性元素Fe、Co与过渡金属元素TM组成，其化学组分表达为：(FexCoy)aCrbNbcTad，其中a+b+c+d＝100，a不小于68原子％，x+y＝1，x值为0.50-0.65，y值为0.35-0.50，b为8-20原子％，c为8-20原子％,d为7-15原子％。2.根据权利要求1所述的一种全金属组元铁钴基金属玻璃，其特征在于：所述过渡金属元素TM为Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta或W。3.如权利要求1或2所述的一种全金属组元铁钴基金属玻璃的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：配制称取原料按合金最终各所述原子百分比称取各相应质量的金属单质，称重精确到0.0001g；步骤2：制备Fe-Co-Cr-Nb-Ta母合金将步骤1配料放入高真空电弧熔炼炉中，先由机械泵预抽低真空到1×10-1Pa-1.4×10-1Pa，再通过扩散泵抽高真空使真空度达到4×10-3Pa-5×10-3Pa，采用钨电极氩弧熔炼母合金，在高纯氩气保护下，氩气压力0.04MPa-0.05Mpa，先熔炼1-2分钟放入炉腔铜坩埚中的钛锭以吸氧，再熔炼母合金，通过调节电流的大小来控制电弧中心温度，用电弧所产生的高温熔化金属，电流大小...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢春晓，郑东海，申芳华，李胜，杨宇辉，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44