本发明专利技术公开了一种具有超大过冷区间的钴铁基块体金属玻璃，其分子式为CoaFebNbcMdBe，其中M是Dy、Y、Tb、Er和Gd五种元素中的任意一种，a、b、c、d、e为原子的摩尔含量，24≤a≤56，6≤b≤38，4≤c≤8，0＜d≤5，26≤e≤31，并且a+b+c+d+e＝100。该钴铁基块体金属玻璃具有强非晶形成能力以及超大的过冷液相区宽度，其值能够超过100K，甚至达到130K，同时具有超高强度以及优异的软磁性能，并且其原材料相对廉价，因此是一种综合性能优异的块体金属玻璃，在微型精密器件和磁功能材料等领域具有广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于非晶态合金领域，具体涉及一种。
技术介绍
在现代社会，传统金属材料和玻璃材料都是人类生产和生活中最广泛使用的材料之一。金属材料的特性是优异的机械性能、导电性和导热性，一些金属材料还表现出优异的磁特性。然而，金属零件的制造工艺相对复杂，特别是高强度和微型精密金属器件的加工和制造更加困难。玻璃材料在软化温度以上，加压后很容易变形，降温或者压力消失后保持形状不变。结合吹、拉、压、铸、槽沉等多种成形方法，玻璃材料可以制成各种实心和空心制品，也可以通过焊接和粉末烧结等加工方法制成形状复杂、尺寸严格的器件。玻璃材料的缺点也是明显的一是玻璃材料的断裂强度一般小于金属材料；二是玻璃是典型的脆性材料，表面与内部存在缺陷，在外力与环境介质作用下极易发生裂纹扩展，在应用上受到很大限制。上世纪60年代初，Duwez等人专利技术了金属玻璃(W. Klement, R. H. ffilens, and P. Duwez,Nature.，181 (1960)869-870)。常规金属合金都是晶态结构，即原子排列是长程有序的点阵结构。金属玻璃(非晶合金)原子排列是长程无序的。与传统氧化物玻璃相比， 金属玻璃原子间结合是金属键，因此保留了金属材料的相关特性，例如具有一般金属材料的良好的电学性能(如导电性)和力学性能，另外它还具有同氧化物玻璃一样的过冷液相区超塑性，即金属玻璃可以在过冷液相区精确的压制成形，而保持原有的材料性能不变，但是这对于晶态金属合金是无法完成的。从一定意义上说，金属玻璃兼有金属和玻璃两种材料的特点，同时由于独特的长程无序短程有序结构，金属玻璃又拥有传统晶态合金材料不具备的优异性能，例如高断裂强度、硬度，低弹性模量，高耐磨性能，优良的抗腐蚀能力，以及优异的软磁性能等(如狗基、Co基或Ni基金属玻璃)。因此，金属玻璃在许多领域显示出广阔的应用潜力，引起人们的极大兴趣。然而，随后开发出的金属玻璃合金体系，由于非晶形成能力普遍较弱，制备时需要极高的冷却速率(大于106K/s)，得到的金属玻璃大多是低维材料，如薄带、细丝、细粉等。 由于形状限制，金属玻璃材料的许多优良特性在实际应用中不能充分发挥。而且，这些金属玻璃的过冷液相区太窄，难以发挥金属玻璃在过冷液相区的行为特性。如果金属玻璃的三维尺寸能达到毫米级则称为“块体金属玻璃”或“块体非晶合金”。上世纪90年代，不含贵金属元素的块体金属玻璃被开发出来。作为非晶态固体的一种，块体金属玻璃同传统氧化物玻璃一样具备过冷液相区超塑性加工成形能力。过冷液相区宽度ΔΤ是块体金属玻璃超塑性成形能力的量度。ΔΤ数值越大，过冷液体就具备更高的热稳定性，块体金属玻璃就可以在更宽温度和更长时间范围内进行超塑性加工成形。另外，随着生命科学、生物科学和信息技术的发展，需要越来越多的微型器件。这些微型器件不仅在尺寸上要求严格，更重要的是要求组成零件具有很好的力学性能。使用常规晶体材料和传统加工工艺，难以同时达到高强度、耐蚀和耐磨等要求。如上文所述，块体金属玻璃不仅具有良好的过冷液相区超塑性加工成形能力，而且具有优异的力学性能， 这使得块体金属玻璃在微型精密器件领域有广阔的应用前景。此外，铁磁性块体金属玻璃还具有优异的软磁性能，例如高磁导率和低的矫顽力与高频损耗，同时又具有很高的机械强度和耐磨耐腐蚀性。因此狗基和Co基块体金属玻璃材料还适用于高性能磁敏传感器、 高频开关电源、高频变压器和互感器的芯体材料等方面的应用。到目前为止，已研制的狗基和Co基块体金属玻璃表现出很高的断裂强度和硬度， 但是较小的过冷液相区的宽度和临界尺寸制约了其在超塑性成形领域的应用。一些贵金属基块体金属玻璃，例如Pd、Pt或Au基金属玻璃合金系，虽然表现出很强的非晶形成能力并具有宽过冷液相区，在过冷液相区有很好的超塑性和精密成形能力，但是高昂的原材料成本限制了其在工程领域的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种钴铁基块体金属玻璃，该钴铁基块体金属玻璃具有强非晶形成能力与宽过冷液相区，同时具有超高强度以及优异的软磁性能，并且其原材料相对廉价，能够应用在微型精密器件和磁功能材料领域。本专利技术实现上述技术目的所采用的技术方案为一种具有超大过冷区间的钴铁基块体金属玻璃，其分子式为CoaFebNbcMdBe其中，M是Dy、Y、Tb、Er和Gd五种元素中的任意一种，a、b、c、d、e为原子的摩尔含量，24彡a彡56，6彡b彡38，4彡c彡8，0 < d彡5，26彡e彡31，并且a+b+c+d+e = 100 ；本专利技术钴铁基块体金属玻璃的制备方法包括如下的步骤步骤1 按照如下分子式中的元素组成及其原子的摩尔含量进行配料，CoaFebNbcMdBe其中，M是Dy、Y、Tb、Er和Gd五种元素中的任意一种，a、b、c、d、e为原子的摩尔含量，24彡a彡56，6彡b彡38，4彡c彡8，0 < d彡5，26彡e彡31，并且a+b+c+d+e = 100 ；步骤2 在氩气氛的电弧炉中，将步骤1中的配料混合、熔炼，冷却后得到母合金铸锭；步骤3 采用现有的金属型铸造法，将步骤2得到的母合金铸锭重新熔化，采用铜模铸造法制得棒状或者板片状块体金属玻璃。作为优选，所述的Co、Fe、Nb、M和B元素的纯度均不低于99. 5wt%。本专利技术提供的钴铁基块体金属玻璃具有以下优点1)具有较强的非晶形成能力，可以在很低的冷却速率下制得更大尺寸非晶合金， 其尺寸在各个维度最大达到4. 0mm。2)具有超大的过冷液相区宽度，其值能够超过100K，甚至达到130K，能够使其在晶化发生前获得更长的加工处理时间，适合于工业大量生产。3)在过冷液相区具有很好的超塑性成形加工性能，具有像氧化物玻璃和塑料一样的精密压制成形的特性。4)具有较高的玻璃转变温度，玻璃转变温度均大于86 ，能够在较高的工作温度保持材料的力学性能稳定。5)具有优异的力学性能，室温压缩断裂强度能够达到4830MPa，大多数成分的维氏硬度值超过了 1200。6)具有优异的软磁性能，矫顽力在0.84 3. 43A/m之间，有效磁导率(lA/m， IkHz)最大可达20100。另外，本专利技术提供的钴铁基块体金属玻璃的原材料相对廉价，因此是一种综合性能优异的块体金属玻璃，在微型精密器件和磁功能材料等领域具有广泛的应用前景。附图说明图1是实施例1制备的直径为3mm的(CoQ.5Fe0.5) 62Nb6Dy2B30非晶棒材样品的DSC 曲线图；图2是实施例1制备的直径为3mm的(CoQ. 5Fe0.5) 62Nb6Dy2B30非晶棒材样品的X射线衍射图；图3是实施例1制备的直径为3mm的(Coa5Fq5)62Nb6Dy2B3tl非晶棒材样品的高分辨电子显微镜图像及对应的选区衍射图；图4是实施例1制备的直径为2mm的(Coa5Fq5)62Nb6Dy2B3tl非晶棒材样品在不同温度条件下，采用压缩试验测定的应力-应变曲线；图5是实施例1制备的直径为3mm的(CoQ.5FeQ.5)62Nb6Dy2B3(12mm非晶棒材样品维氏硬度测试压痕形貌；图6是实施例1制备的(Coa5Fea5)62Nb6Dy2B3tl非晶片样品表面印制硬币图案照片；图7是实施例1制备的(Coa5Fea5)62N本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种具有超大过冷区间的钴铁基块体金属玻璃，其特征是：所述的钴铁基块体金属玻璃的分子式为：ＣｏａＦｅｂＮｂｃＭｄＢｅ其中，Ｍ是Ｄｙ、Ｙ、Ｔｂ、Ｅｒ和Ｇｄ五种元素中的任意一种，ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ为原子的摩尔含量，２４≤ａ≤５６，６≤ｂ≤３８，４≤ｃ≤８，０＜ｄ≤５，２６≤ｅ≤３１，并且ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：沈宝龙，满其奎，董亚强，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：97
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