一种具有900K高温抗性软磁高熵合金制造技术

本发明专利技术公开了一种具有900K高温抗性软磁高熵合金，包括Fe、Co、Ni、Si、Al元素等，其合金成分的原子百分比表达为Fe

【技术实现步骤摘要】
一种具有900K高温抗性软磁高熵合金


[0001]本专利技术涉及新材料
，特别是涉及一种具有900K高温抗性软磁高熵合金。

技术介绍

[0002]软磁材料是实现电磁转换的金属功能材料，广泛应用于全体工业部门之中，直接影响国民经济生产活动。软磁材料相较于永磁材料，具有较高的饱和磁化强度(M
s
)与矫顽力(H
c
)，可以在具有较低损耗的前提下实现电
‑
电转换、电
‑
磁转换、磁
‑
电转换等。随着第三代半禁带宽半导体与5G高频通讯技术的快速发展，新兴科技部门与电子信息技术对同时具有优良高温抗性与低损耗量的先进软磁材料的需求日趋迫切。应用于传统工业部门的软磁材料，如金属基软磁材料、软磁铁氧体材料、非晶及纳米晶软磁材料、以及软磁复合材料均暴露出严重不足，具体表现在无法满足高M
s
与低H
c
表现，同时具有高居里温度(T
c
)与高电阻率(ρ)等本征性能。
[0003]迄今为止，传统的金属基软磁合金仍高度依赖于传统合金设计方法。即依托于一种或两种主要元素为基体主元，通过添加少量合金化或微合金化元素来调整合金的综合性能表现，同时辅以材料成型方法与热处理制度等手段综合调控其性能。由此可知，传统金属基软磁合金具有高度的成分依赖性与工艺依赖性，只能在某一方面具有良好性能表现，无法胜任新一代软磁材料的性能要求。
[0004]高熵合金的出现为新型软磁合金材料体系的探索提供了新的机遇与挑战。高熵合金即多主元合金，其特点在于同时存在多个主要组成元素。高熵合金的广义定义为：由五种或者五种以上元素按照等摩尔或近等摩尔比例混合，且每种元素含量都在5％～35％之间。随着高熵合金的不断发展，以计算熵值定义的高熵合金宽化了合金的元素的种类与含量，主要表现为主元数为四元，元素含量不再局限于5％～35％。但是高熵合金的混乱特性导致元素难以发生长程扩散，不同组元在不同温度下的亲和力差异也导致多种复杂团簇的遗传行为。上述效应使得高熵合金易于形成短程序结构，同时也倾向于形成简单结构而非复杂金属间化合物，如体心立方相(A2)、面心立方相(A1)、及其有序超结构(B2、L12和L21等)。通过对高熵合金微结构的设计与调控，可以有效的开发出具有极端环境多物理场耦合复杂使役能力的新型高性能金属结构材料与金属功能材料。高熵合金的出现，为应用于微电子电路前沿技术、下一代高频通讯技术提供了具有广阔前景的合金成分体系设计平台。
[0005]自上世纪九十年代以来，非晶/纳米晶复合软磁材料的出现，使得FeCo基合金通过掺杂非晶化元素快淬，获得了具有FeNi基合金的低矫顽力表现，同时具有良好的饱和磁化强度。其本质原因在于在非晶基体中诱导出具有小于铁磁交换长度的纳米级晶体颗粒，使弥散分布的纳米晶质点呈磁单畴状态，极大的提升了对外场的响应能力，获得了良好的综合性能表现。只有适当控制弥散分布在基体中的纳米质点尺寸，合金才会呈现出优异软磁性能表现；且当纳米质点的直径越小，共格程度越高，合金的软磁性能理应越好。值得注意的是，非晶/纳米晶复合软磁材料的在材料成型方法存在着一定程度的限制，且无法满足严苛使役环境考验，因此尚无法替换传统金属晶态材料。
[0006]其中合金体系FeCoNiSiAl随元素含量的差异，室温相具有体心立方结构(bcc)与面心立方结构(fcc)两种。按室温下元素磁性分类，Fe、Co和Ni为铁磁性元素，Si为抗磁性元素，Al为顺磁性元素。从相的磁有序性出发，fcc相磁性较弱；bcc相通常呈铁磁性。在金属结构材料领域中，一般通过调控出如bcc与有序B2相共存呈编织网状的调幅分解组织，往往会极大的增强合金力学性能与高温抗软化表现。但这种存在较大错配度的微观结构组态会显著降低合金的软磁性能表现(如文献中报道的矫顽力1000Oe的高熵合金)。在简单合金体系中，二元有序金属间化合物与端际固溶体组成的微观组织中，基本上无法调控有序相与基体的分布情况。而在多组元高熵体系中，有望通过改变多个主元之间的摩尔比例，在基体组织中，包括但不限于A1、A2、B2、D03、L12、L21上获得合适的相分布、相分数、晶格常数与点阵错配等方面特征。
[0007]因此通过对高熵合金成分体系的探索，综合对合金微结构的全面调控，有望发展出具有应对软磁使用条件要求的新合金。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种具有900K高温抗性软磁高熵合金，针对于FeCoNiSiAl多主元高熵合金中无序/有序基体中无法获得具有优异综合软磁性能表现的弥散分布纳米级第二相的微观组织形貌，开发出一种具有纳米粒子共格析出于基体、且耐900K高温的新型多主元FeCoNi基Heusler型软磁高熵合金。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了一种具有900K高温抗性软磁高熵合金，所述900K高温抗性软磁高熵合金包括Fe、Co、Ni、Si和Al元素，其合金成分的原子百分比表达为Fe
x
Co
y
Ni
z
Si
m
Al
n
，其中，x＝40～80％，y＝20～60％，z＝0～30％，m＝0～20％，n＝0～20％，x+y+z+m+n＝100％。
[0010]优选的，所述的具有900K高温抗性软磁高熵合金还同时含有下述(a)和(b)群：
[0011](a)除上述五种元素外，第六以及更多种元素可掺杂原子百分比为p＝0～5％；
[0012](b)Si元素与Al元素的原子百分比的比例为0.5≤m/n≤3。
[0013]优选的，第六以及更多种元素为Nb、V、Ti、Mn、Ga中的一种。
[0014]优选的，所述的具有900K高温抗性软磁高熵合金具有共格组织形貌：在基体组织中，包括但不限于A1、A2、B2、D03、L12、L21上共格析出10～100nm尺寸级第二相质点，该质点具有铁磁性。
[0015]优选的，纳米尺度第二相质点在基体组织中连续弥散分布。
[0016]优选的，所述的900K高温抗性软磁高熵合金典型性能指标为：系列合金室温饱和磁化强度M
s
＝90～150emu/g，矫顽力H
c
＝0.1～15Oe；900K时饱和磁化强度M
s
＝70～130emu/g，矫顽力H
c
＝0.1～25Oe。
[0017]本专利技术实现上述合金成分顶层设计方案的构思具体如下：
[0018]首先将高熵合金中的主元区分为两类，即铁磁性起源元素Fe、Co、Ni三种与结构化元素Si、Al、以及可能存在的第六种元素或更多种元素。根据材料基因组计划思想，综合利用高通量制备与计算材料学手段，圈定可能存在具有金属间化合物出现的相区区间。
[0019]进而利用在高熵合金中常见的析出相调控手段，对选定的成分区间进行探索，通过对特殊相区内组分合金基本物性信息的收集与归纳，建立其简单的材料物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有900K高温抗性软磁高熵合金，其特征在于：所述900K高温抗性软磁高熵合金包括Fe、Co、Ni、Si和Al元素，其合金成分的原子百分比表达为Fe
x
Co
y
Ni
z
Si
m
Al
n
，其中，x＝40～80％，y＝20～60％，z＝0～30％，m＝0～20％，n＝0～20％，x+y+z+m+n＝100％。2.根据权利要求1所述的一种具有900K高温抗性软磁高熵合金，其特征在于：所述的具有900K高温抗性软磁高熵合金还同时含有下述(a)和(b)群：(a)除上述五种元素外，第六以及更多种元素可掺杂原子百分比为p＝0～5％；(b)Si元素与Al元素的原子百分比的比例为0.5≤m/n≤3。3.根据权利要求2所述的一种具有900K高温抗性软磁高熵合金，其特征在于：第六以及更多种元素为Nb、V、Ti、Mn、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海舟，郎润秋，陈海洋，王沿东，赵雷，朱长旺，张晓芬，杨丽霞，李冬玲，沈学静，贾云海，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：