本发明专利技术提出一种非晶纳米晶梯度功能材料及其制备方法，属于梯度合金材料制备技术领域，该非晶纳米晶梯度功能材料含有原子比含量不小于60％的一种以上具有磁性的元素；该非晶纳米晶梯度功能材料还含有原子比含量不大于20％的一种以上高温类金属元素和/或含有原子比含量不大于20％的一种以上高熔点过渡金属元素，该非晶纳米晶梯度功能材料在厚度方向上由内生的至少一层非晶相合金层和一层非晶纳米晶复相合金层交替组成，其中所有非晶相合金层的厚度之和占整个非晶纳米晶梯度功能材料厚度的1/100～99/100。本发明专利技术制备的非晶纳米晶梯度功能材料为从均质快体材料内生的，不存在其它传统方法产生的连接强度不高的外生的界面层。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于梯度合金材料制备
，具体涉及。
技术介绍
梯度材料针对的是通过在材料中引入化学成分和(或者)微观结构参数呈现梯度变化而获得所需的特殊性能(Ilschner，1993)。自从1972年Bever M. B.创建“梯度材料”的概念后，利用梯度制备技术，材料在制造方法和性能可控方面取得了巨大发展(Bever and Duwez,1972 ；Ilschner,1993 ；Wang et al. ,2002 ；Shibuya and Despres,2005 ；Dobrzanski andDolzanska, 2010 ；Tanaka et al.，2010)。最近，一些新的制造方法可以对材料的非勻质性进行可控调节，从而使材料总体的内斌的力学和物化性能达到超过任一组分和结构的更高标准。这类方法目前有晶相场法、燃烧合成法、表面复制法和I^almqvist法(Wang et al., 2002 ；Shibuya and Despres, 2005 ；Genzer and Bhat. 2008 ；DobrzanskiandDoIzanska,2010 ； Tanaka et al.，2010)。由于梯度材料具有独特的光学、电学、磁学、电磁学、自旋电子学、生物化学和热力学性能以及可通过梯度方法将这些性能进行耦合成新型的先进材料(Ishigu re et al. , 1996 ；Wang et al. ,2002 ；Guan et al. , 2003 ；Kim et al. , 2008 ；Kuma r et al.，2009 ；DobrzanskiandDoIzanska,2010 ；Tanaka et al，2010)，这类材料具有独特的应用， 特别是在航空航天领域。总结以下主要有以下几点具体应用(1)航空航天多电力飞行器集成动力装置(MEA-IPU)等高速高温发电、配电、用电系统，对该类材料性能的要求是工作温度需要达到500-600°C，高速旋转的转子还承受500-600MPa的切应力；(2)无人驾驶战斗飞行器(UCAV)主推力发动机的内置起动器和发电机(IS/G)的定子、转子，其工作温度需要高于400°C，并受825MI^应力；(3)宇宙飞船动力系统(SPS)气体涡轮发动机的非接触磁力轴承，包括推力轴承和径向轴承的旋转元件，工作温度需要高达^(TC ； (4)高定向能武器系统(DEWS)的高能量密度功率电源和储能装置；(5)间隙式工作的武器系统，须提供峰值功率5MW，连续功率达350KW，储藏的能量每20000rpm达25MJ ； (6)低功耗高灵敏度微型磁敏传感系统(如弱磁场检测器、应力敏感器、电流检测器等)，要求体积小于0. 15mm3,分辨率高于1. OnT，高频(MHz-GHz)下功耗小于10mW，从零下150°C到零上300°C可稳定工作； (7)大功率脉冲变压器铁磁芯；(8)其它应用还有飞行器的二次电源系统，磁制冷的机电传动和控制元件等(Iwanabe et al. , 1999 ；McHenry et al. , 1999 ；McHenry and Laughlin, 2000 ；Long et al.，2008 Jiang et al.，2009 Jiang et al.，2010)。因此，制备高性能的梯度材料引起更大的关注。这些独特应用的需要导致需要进一步开发便捷有效的获得最佳性能的新型梯度材料的制备方法，特别是开发能够应用在以上提及的重要现代电磁设备等(如超敏感的磁传感器、空间发电机、变压器、磁力致动器和高密度的磁存储媒介)中的具有优异的磁性能和/或者电性能的梯度材料的研究领域，更是急需特种有效的梯度材料制备方法，达到两个以上的性能最优化(McHenry et al.，1999 ；McHenry and Laughlin, 2000 ；Long et al.，2008 ；Miller et al.，2010)。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出，通过调节磁场退火处理时磁场强度(O.Ol-lOOOe)、磁场与非晶合金样品的作用方向和退火温度O00-70(TC)共同调节非晶合金样品中不同位置处结晶相的析出量、析出尺寸、原子排列取向和磁畴大小和磁晶各向异性，从而制造组成和晶相结构沿被处理样品断面产生梯度变化的非晶纳米晶梯度功能材料。特别是对磁性合金材料，磁场方向和强度可控的磁场退火处理用来优化材料的磁畴结构等磁性能和电阻率等电性能，例如利用磁各向异性和晶粒间的交换耦合作用增加了铁钴合金薄带的软磁性能，利用尺度和组成不同的晶粒调节电子在不同组成和尺寸的晶粒间的自由程和散射强度调节材料的整体电阻率，从而增强材料的巨磁阻抗(GMI)效应。GMI效应是指交流电激励现象，S卩外磁场下，当高频电流通过合金时，其阻抗发生剧烈变化的现象。本专利技术提出一种非晶纳米晶梯度功能材料，所述的非晶纳米晶梯度功能材料含有原子比含量不小于60%的一种以上具有磁性的元素；该非晶纳米晶梯度功能材料还含有原子比含量不大于20%的一种以上类金属元素和/或含有原子比含量不大于20%的一种以上高熔点过渡金属元素，其中非晶纳米晶梯度功能材料中含有的具有磁性的元素与类金属元素和/或高熔点过渡金属元素的原子比含量的总量为100% ；所述的非晶纳米晶梯度功能材料在厚度方向上由内生的至少一层非晶相合金层和一层非晶纳米晶复相合金层交替组成，其中所有非晶相合金层的厚度之和占整个非晶纳米晶梯度功能材料厚度的 1/100 99/10，所有非晶纳米晶复相合金层厚度之和相应占整个非晶纳米晶梯度功能材料厚度的99/100 1/100。本专利技术提出一种非晶纳米晶梯度功能材料的制备方法，具体包括以下几个步骤步骤一首先在电感应加热炉内，将原子比含量不小于60 %的一种以上具有磁性的元素与原子比含量不大于20%的一种以上类金属元素和/或原子比含量不大于20%的一种以上高熔点过渡金属元素在氩气保护下熔炼在一起，其中具有磁性的元素与高温类金属元素和/或高熔点元素的原子比含量的总量为100%，并在氩气保护下用电感应炉内和/ 或电弧炉将熔炼在一起的合金反复熔炼均勻，制成母合金。步骤二将母合金在模具内制成非晶合金薄带样品或块体样品，接着将样品放入一定强度的磁场中，H = 0. 01 lOOOOOe，并调节样品表面在磁场中的空间位置，使样品表面与磁场磁场方向成0. 01 90°夹角，并升温到不高于该样品第一晶化温度20°C、而不低于玻璃化温度200°C的温度进行退火5 180分钟，得到非晶纳米晶梯度功能材料。本专利技术的优点在于1、本专利技术提出，制备的非晶纳米晶梯度功能材料为从均质快体材料内生的，不存在其它传统方法(如逐层沉积表面复制法等) 产生的连接强度不高的界面层；2、本专利技术提出，制备的非晶纳米晶梯度功能材料断面结构具有从表层的非晶合金相到内层的非晶纳米晶复相合金过渡的特征， 可以将非晶合金相和纳米晶相的性能优点从结构上得到充分发挥，如表层磁性非晶合金低的矫顽力、内层纳米晶的低电阻率以及表层非晶合金软磁性和里层纳米晶层宏观上的磁电耦合效应等；3、本专利技术提出，该非晶纳米晶梯度功能材料整体的热稳定性能、软磁性能、电性能和力学性能得到同时提高。附本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种非晶纳米晶梯度功能材料，其特征在于：所述的非晶纳米晶梯度功能材料含有原子比含量不小于６０％的一种以上具有磁性的元素；该非晶纳米晶梯度功能材料还含有原子比含量不大于２０％的一种以上类金属元素和／或含有原子比含量不大于２０％的一种以上高熔点过渡金属元素，其中非晶纳米晶梯度功能材料中含有的具有磁性的元素与类金属元素和／或高熔点过渡金属元素的原子比含量的总量为１００％；所述的非晶纳米晶梯度功能材料在厚度方向上由内生的至少一层非晶相合金层和至少一层非晶纳米晶复相合金层交替组成，其中所有非晶相合金层的厚度之和占整个非晶纳米晶梯度功能材料厚度的１／１００～９９／１００，所有非晶纳米晶复相合金层厚度之和相应占整个非晶纳米晶梯度功能材料厚度的９９／１００～１／１００，纳米晶的晶粒尺寸在１～９９９ｎｍ之间。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宋玉军，
申请(专利权)人：宋玉军，
类型：发明
国别省市：11
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