具有永磁性的镨基大块非晶合金制造技术

本发明专利技术涉及具有永磁性的镨基大块非晶合金。该具有永磁性的镨基大块非晶合金材料，含有如下公式表示的组成：［Ｐｒ＃－［１－ｘ］Ｎｄ＃－［ｘ］］＃－［ａ］－Ｆｅ＃－［ｂ］－Ａｌ＃－［ｃ］－Ｃｕ＃－［ｄ］，其中至少包含有５０％体积百分比［Ｐｒ＃－［１－ｘ］Ｎｄ＃－［ｘ］］＃－［ａ］－Ｆｅ＃－［ｂ］－Ａｌ＃－［ｃ］－Ｃｕ＃－［ｄ］的玻璃相或非晶相；其中ａ、ｂ、ｃ、ｄ的变化范围为：５０≤ａ＜６０，２５≤ｂ≤３３，１０≤ｃ≤１７，０≤ｄ≤８；其中ｘ的变化范围为：０≤ｘ≤１。本发明专利技术提供的具有永磁性的镨基大块非晶合金材料具有硬磁特性，本发明专利技术的具有永磁性的镨基大块非晶合金具有：冷却速率低（低于１００Ｋ／ｓ），其尺寸在各个维度不小于１毫米，矫顽力Ｈｃ大约为１９２ＫＡｍ＃＋［－１］，剩余磁化强度Ｍｒ＝７．３６Ａｍ＃＋［２］Ｋｇ＃＋［－１］，饱和磁化强度Ｍｓ为９．８９Ａｍ＃＋［２］Ｋｇ＃＋［－１］，Ｍｒ／Ｍｓ＝０．７４４。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及非晶态金属和合金，特别是涉及具有永磁性的镨基大块非晶合金。
技术介绍
金属玻璃通常是将熔化的金属合金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在冷却速率足够快时，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每秒钟104∽106K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。如果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。Duwez早在1960年就采用铜辊快淬法制备出了AuSi系非晶条带(文献1，W.Klement，R.H.Wilens，and Duwez，Nature，1960，vol.187，pp869-70)，随后含有类金属元素(如Si，C，B，Ge，P)的非晶合金，特别是铁基合金被大量研究。但是由于大部分合金的非晶形成能力很差，若以快冷制备需要高于106K/s的冷却速率，所以制得的非晶合金在尺寸上只能是低维材料，如薄带、细丝、细粉。机械合金化也曾经是制备非晶粉末的一个方法，许多合金可以通过高能球磨来转变为非晶，随后可以把非晶粉末在过冷液相区压结成非晶块体。然而用此法制备的块体金属玻璃的致密度较差，而且容易混入其它杂质。此外辐照也可以使金属非晶化，如离子注入等。值得一提的是，贵金属元素Pt和Pd的合金具有较高的非晶形成能力，如PtNiP，PdNiP，可以通过B2O3反复精炼，得到直径10mm的球状样品(文献2，H.S.Chen，Mater.Sci.Eng.，1976，Vol.23，pp151-54)。所以，获得大块非晶合金一直是科学家们几十年来追求的目标。直到1989年，日本的Inoue等发现了MgCuY和LaAlNi系合金具有很高的非晶形成能力(文献3，A.Inoue，T.Zhang，and T.Masumoto，Mater.Trans.，JIM，1989，Vol.30，pp965-72)，可以通过铜模铸造制备出毫米级的非晶合金，这是首次发现不含贵金属的毫米级非晶合金形成体系。随后又发现了ZrAlNi，ZrAlCu和ZrAlNiCu等合金体系。在1993年美国和日本相继研制成功了Zr41Ti14Cu12Ni10Be23和Zr65Al7.5Ni10Cu17.5大块非晶合金(文献4，A.Peker and W.L.Johnson，Appl.Phys.Lett.，1993，Vol.63，pp2342-44)，并且很快用在高尔夫球头面板、其它精密光学仪器部件、耐腐蚀器皿、子弹或穿甲弹弹芯上。另外研究发现大块非晶合金在过冷液相区具有超塑变形能力，因此为合金的成型和加工提供了可能。美国的He等人在1994年最早报道了Nd基大块金属玻璃，他们用金属铸模法制备了几种五元非晶，最大尺寸为约6mm(文献5，Y.He，C.E.Price，S.J.Poon andG.J.Shiflet，Phil.Mag.Lett.，1994，Vol.70，pp371)。到1996～1997年Inoue等人用吸铸的方法制备出了最大尺寸可达φ15mm的Nd-Fe-Al和φ3mm的Pr-Fe-Al系BMG(文献6，A.Inoue，，A.Takeuchi，and T.Zhang，Metall.Mater.Trans.，1998 Vol 29App 1779；文献7，A.Inoue，Mater.Sci.Eng.，1997 Vol A226-228，pp357；文献8，A.Inoue and T.Zhang et al.Mater.Trans.JIM，199 Vol 637(4)，pp 636.；文献9，A.Inoue and T.Zhang et al.Mater.Trans.JIM，1996 Vol 37(2)，pp 99.；文献10.A.Inoue and T.Zhang，Mater.Sci.Eng，1997 Vol A226-228，pp393)Nd-Fe-Al、Pr-Fe-Al系BMG的发现很快引起了广泛的关注，它们是大块金属玻璃体系中的特例，具有两个不同于大部分其它大块金属玻璃体系的特点。首先，这两种材料在室温显示永磁性，矫顽力分别约为277KAm-1、300KAm-1。作为一种高矫顽力的永磁性材料Nd基和Pr基BMGs为大块非晶合金开拓了一个新的应用领域，如在磁记录材料，磁光元件，永磁体和磁致伸缩材料等方面具有广泛的应用前景。其次就是这两种非晶合金的DSC结果观察不到玻璃转变，玻璃转变温度Tg不能确定。本专利技术的实施例1的非晶合金能够观察到玻璃转变，可以确定Tg点。但是，非晶合金的形成总是面临这样一种困难，即深过冷的合金熔体凝固时总要结晶。结晶是通过形核和晶体生长过程完成的。一般地说，过冷液体结晶很快。要形成非晶合金固体，必须将母合金熔液从熔化温度Tm冷却到玻璃转变温度Tg以下而不会发生结晶。目前美国人和日本人发现的锆基大块金属玻璃的制备要求的工艺水平很高，需要超高纯度的锆(一般是经过区熔净化后的)和超高真空(文献11，C.T.Liu，L.Heatherly，D.S.Easton，C.A.Carmicheal，J.H.Schneibel，C.H.Chen，J.L.Wright，M.H.Yoo，J.A.Horton，and A.Inoue，Metallurgical and Materials Transaction A，1998，Vol29A，PP1811-1820)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有技术制备非晶合金材料所面临深过冷的合金熔体凝固时总要形成结晶的缺陷，以及用上述已有技术无法制备大尺寸的非晶合金材料的缺陷，从而提供一种具有永磁性的、镨(Pr)基大块非晶合金材料。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术提供的具有永磁性的镨基大块非晶合金材料，含有如下公式表示的组成[Pr1-xNdx]a-Feb-Alc-Cud，其中至少包含有50％体积百分比[Pr1-xNdx]a-Feb-Alc-Cud的玻璃相或非晶相；其中a、b、c、d的变化范围为50≤a＜60，25≤b≤33，10≤c≤17，0≤d≤8；其中x的变化范围为0≤x≤1。通常5％至10％(原子百分比)的任何过渡族金属元素在非晶合金中都是可接受的。并且非晶合金允许含有少量的杂质，例如少量的氧可能会溶解在非晶合金中而不会发生显著的晶化。还可能含有其它的附带元素，例如锗、磷、碳、氮，但杂质的总量应少于5％(原子百分比)。某些占有较小比例的元素会影响非晶合金的性能，如铝能够降低非晶合金的磁性。然而，铝的含量应限制在合金总量的30％，优选的含量是不多于20％。本专利技术的非晶合金可以含最高达17％铝(原子百分比)。本专利技术的具有永磁性的镨基大块非晶合金具有冷却速率低(低于100K/s)，其尺寸在各个维度不小于1毫米，矫顽力Hc大约为192KAm-1，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有永磁性的镨基大块非晶合金，其特征在于：含有如下公式表示的组成：［Ｐｒ↓［１－ｘ］Ｎｄ↓［ｘ］］↓［ａ］－Ｆｅ↓［ｂ］－Ａｌ↓［ｃ］－Ｃｕ↓［ｄ］；其中至少含有５０％体积百分比的玻璃相或非晶相；其中ａ、ｂ、ｃ、ｄ的变化范围为： ５０≤ａ≤６０，２５≤ｂ≤３３，１０≤ｃ≤１７，０≤ｄ＜８；其中ｘ的变化范围为：０≤ｘ≤１。

【技术特征摘要】
1.一种具有永磁性的镨基大块非晶合金，其特征在于含有如下公式表示的组成[Pr1-xNdx]a-Feb-Alc-Cud；其中至少含有50％体积百分比的玻璃相或非晶相；其中a、b、c、d的变化范围为50≤a≤60，25≤b≤33，10≤c≤17，0≤d＜8；其中x的变化范围为0≤x≤1。2.按权利要求1所述的具有永磁性的镨基大块非晶合金，其特征在于还可以含有...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正，赵德乾，汪卫华，潘明祥，白海洋，张志，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]