一种高含氧量的铁基非晶复合粉末及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高含氧量的铁基非晶复合粉末及其制备方法。制备方法包括按Fe?74~78at.%,Cu?4~6at.%,P?7~9at.%,C?5~7at.%,B?1~3at.%,O4~6at.%原子百分比配粉、混粉和高能球磨；获得高含氧量的铁基非晶复合粉末，其非晶相体积分数超过90%，微观结构为以非晶相为基体，以α-Fe纳米晶为第二相。本发明专利技术设计的复合粉末具有较高的非晶形成能力，得到较宽过冷液相区，克服了氧对铁基合金非晶形成的不利影响，有利于设计新的合金体系；本方法简单、操作方便，可为利用烧结法制备高致密的大块非晶复合材料提供原材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及非晶合金及其复合材料的制备方法，具体是指。
技术介绍
铁基非晶合金具有高强度、高硬度、高弹性模量、高耐磨性等优异的力学性能以及优异的磁性能和耐腐蚀性能，而且还具有成本较低的优势，因而逐渐引起研究者的广泛关注。随着研究的不断深入，铁基块状非晶合金的尺寸越来越大，作为功能材料和结构材料，已经在电子工业、石油化工、磁性材料、军事工业等领域得到了实际应用。目前，铁基非晶合金及其复合材料主要采用铸造法和粉末冶金法制备。然而，由于铁基合金本身的非晶形成能力较低，且采用铸造法制备对于冷却速率要求很高，因而铁基非晶合金及其复合材料的获得较为困难，能达到的最大直径仅限于16毫米。 粉末冶金法在很大程度上可克服铸造法制备的块体材料尺寸较小的缺陷，可以在更广的合金体系、更宽的成分范围内制备出几何尺寸较大的铁基非晶合金及其复合材料。于是，先采用机械合金化制备非晶粉末，然后采用热压法、挤压法和放电等离子烧结等粉末冶金技术固结非晶粉末，成为一种可行的制备块体铁基非晶合金及其复合材料的方法。然而，在采用铸造法和粉末冶金法制备非晶合金的过程中，会不可避免的引入杂质氧。在铸造法制备非晶合金中，论文“适当氧含量对铁基大块非晶合金非晶形成能力的增强影口向，，(Glass-forming ability enhanced by proper additions of oxygen ina Fe-based bulk metallic glass, Η. X. Li, J. E. Gaoj Z. B. Jiao, Y. Wuj and Z. P. Lu, Appl.Phys. Lett.，2009，95:161905.)在Fe73Mo3.WuS^3B5.QP8.7合金中引入不同含量的氧，结果证实当氧含量小于2000appm(0. 2at. %)时有利于提高该合金的非晶形成能力，超过2000appm则会破坏液相的稳定性，导致形成更加稳定的含氧晶体相，从而减小该合金的非晶形成能力。然而，在机械合金化法制备非晶合金中，论文“氧对ZrAlCuNi非晶合金过冷液相区粘性的影响，，(Influence of oxygen on the viscosity of Zr - Al - Cu-Ni metallic glassesin the undercooled liquid region, A. KUblerj J. Eckert, A. Gebertj and L. Schultz, J.Appl. Phys.，1998，83:3438)证实当氧含量为2at. %，仍能获得完全的非晶合金。因此，相比铸造法，机械合金化允许引入的氧含量的极限值更大，然而，当氧含量超过某一极限值后引入的氧会增大非晶粉末在高温(或过冷液相区)的粘滞性，减小过冷液相区的宽度，这将促进形成其他的含氧化合物，阻碍合金粉末向非晶态转变的趋势。因此，是否能通过选择合适的合金成分、材料制备方法及其工艺参数，克服氧对铁基合金非晶形成的不利影响，合成具有较宽过冷液相区、高氧含量的铁基非晶合金及其复合材料，将会具有非常重要的科学和工程意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，通过合金成分配比的合理设计及其工艺参数的优化，提供。本专利技术目的通过下述技术方案实现—种闻含氧量的铁基非晶复合粉末，其特征在于该复合粉末含有铁，铜，憐，碳，硼，氧，微观组织结构为以非晶相为基体、纳米晶α-Fe为第二相的复合结构，非晶过冷液相区宽度范围为25 32Κ ;具体组分及其按原子百分比计含量为Fe 74 77at. %，Cu4 6at. %，P 7 9at.%，C 5 7at. %，B I 3at. %，O 3 6at. %，并含有不可避免引入的微量杂质。一种高含氧量的铁基非晶复合粉末的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤及其工艺条件步骤一配粉将铁、氧化铜、磷铁粉、碳、硼粉原材料按以下原子百分比计用量配粉Fe74 77at. %，Cu 4 6at. %，P 7 9at. %，C 5 7at. %，B I 3at. %，O 3 6at. % ； 步骤二 混粉将步骤一中配比的铁、氧化铜、磷铁粉、碳、硼粉原材料放入混粉机中混合至少8小时，得到含铁，铜，磷，碳，硼，氧组元的混合粉末；步骤三高能球磨将步骤二中混合粉末置于高能球磨机中进行高能球磨，球磨工艺条件如下球磨设备高能球磨机球磨转速I8O 300r/min球磨气氛>99· 9%的高纯氩气保护球磨时间80 150h经球磨形成非晶相体积分数超过90%的铁基粉末，即为一种高含氧量的铁基非晶复合粉末。本专利技术的制备原理在于利用机械合金化即高能球磨在固态下发生非平衡结构转变，随着球磨时间的增加，晶粒不断细化，晶格畸变增加，并伴随着非晶相的逐渐增加。从能量的角度来看，非晶相形成的根本原因在于晶相的总自由能与由于球磨产生的晶体缺陷增加的能量之和大于非晶相的自由能，使得晶相向非晶相转变。而引入的一定量的以氧化铜形式存在的氧，在球磨过程中发生分解，并均匀分布在粉末之中，通过球磨工艺的控制，最终得到具有较宽过冷液相区、高氧含量的铁基非晶复合粉末。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点I、本专利技术的制备方法通过控制球磨转速、球磨气氛和球磨时间，即可获得铁基非晶复合粉末，为随后烧结制备块体合金提供了原材料，有利于制备高致密的铁基大块非晶复合材料。2、本专利技术采用机械合金化(高能球磨)的方法，可以在更广的合金体系、更宽的成分范围内制备出铁基非晶合金或者非晶复合粉末，且相比铸造法，机械合金化允许引入的氧含量的极限值更大，高的含氧量并没有在很大程度上破坏合金的非晶形成能力。因此，本专利技术克服了氧对铁基合金非晶形成的不利影响，有利于设计新的合金体系，得到较宽过冷液相区、高氧含量的铁基非晶合金及其复合材料。3、本专利技术所述高能球磨技术加工过程简单、操作方便，成材率高、节约原材料；同时，与后续固结成形手段相结合，有望获得更大尺寸的复合材料，在结构材料和磁性材料领域具有广阔的应用前景。附图说明图I为实施例4中不同高能球磨时间获得的铁基非晶复合粉末的差热扫描量热分析(DSC)曲线比较图。具体实施例方式通过如下实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的实施方式不仅限于此。 实施例I步骤一配粉将铁粉、氧化铜粉、磷铁粉、碳粉、硼粉按以下原子百分比计用量配粉含量为Fe77at. %, Cu 4at. %, P 9at. %, C 6at. %，B lat. %，0 3at. %，并含有不可避免引入的微量杂质。铁、碳、硼均以单质形式加入，磷以磷铁化合物的形式加入，铜和氧以氧化铜化合物的形式加入。其中，铁粉、氧化铜粉、碳粉、硼粉的颗粒尺寸约为48 μ m,纯度>99. 9%，磷铁粉的颗粒尺寸约为14 μ m,纯度>99. 9%。步骤二 混粉将步骤一中配比的铁、氧化铜、磷铁粉、碳、硼粉放入V型混粉机中混合10小时，得到名义成分为Fe77Cu4P9C6B1O3的混合粉末。步骤三高能球磨将步骤二所述的为Fe77Cu4P9C6B1O3混合粉末置于型号为QM-2SP20的行星球磨机中进行高能球磨，行星球磨机罐体和磨球材料等球磨介质均为不锈钢，磨球直径分别为15、10和6mm，它们的重量比为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高含氧量的铁基非晶复合粉末，其特征在于：该复合粉末含有铁，铜，磷，碳，硼，氧，微观组织结构为以非晶相为基体、纳米晶α？Fe为第二相的复合结构，非晶过冷液相区宽度范围为25~32K；具体组分及其按原子百分比计含量为：Fe？74~77at.%，Cu？4~6at.%，P？7~9at.%，C？5~7at.%，B？1~3at.%，O？3~6at.%，并含有不可避免引入的微量杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨超，魏田，程琴荣，李元元，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：