本发明专利技术涉及非晶纳米晶合金薄带制造领域，特别涉及一种具有成分梯度的非晶合金带材及其制造方法。该非晶合金带材从表面向内部的0~200nm深度范围内，成分梯度元素含量逐渐减少；其中，成分梯度元素为[B]、[C]、[N]、[Si]、[P]、[S]中的至少一种。本发明专利技术利用可在高温下分解成活性原子的气体在熔潭周围温下分解出[B]、[C]、[N]、[Si]、[P]、[S]等活性原子，将其渗入到熔体中形成浓度梯度，凝固后形成具有成分梯度的非晶合金带材。本发明专利技术通过控制喷吹气体的种类和浓度，可以调节带材成分梯度层的元素种类、深度和元素含量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，属于非晶纳米晶合金薄带制造领域。
技术介绍
梯度材料的表面至内部存在某些元素含量的连续变化，其制备方法可分为干法及湿法，如采用材料表面等离子喷涂的方法、电解沉积法、粉末冶金法等。由于该类材料成分及性能呈梯度变化，因而具有非常重要的应用价值，在航空航天、核工业、电子、化工、生物医学等领域均有巨大的应用前景。非晶合金带材作为一种磁性功能材料已经在电力、电子行业得到了广泛应用，但通常的非晶合金带材都是成分均匀的。中国专利CN201110298237. 9，名称为“一种非晶梯度功能材料及其制备方法”，介绍了一种非晶梯度功能材料，该非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，制造方法是将非晶合金薄带或者块体样品材料放入一定的强度的磁场中，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，得到非晶梯度功能材料。然而这种材料是在普通的均匀非晶合金带材基础上进行额外的热处理而得到的，制造工艺较为复杂。中国专利CN200510066862. 5，名称为“Fe基非晶态合金带”，介绍了一种Fe基非晶态合金带，在该合金带内，C浓度分布在2-20nm范围内具有峰值；但是该专利仅说明其专利技术的非晶带材在厚度方向上存在成分的变化，而并没有形成C元素浓度梯度，因此不具备梯度功能材料的特点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有成分梯度的非晶合金带材，其基体可以是铁基、钴基、镍基、钛基、铁镍基或铁钴基等。该种非晶合金带材的特点是，某些元素的成分含量从表面沿着带材厚度方向呈梯度变化，这些元素可包括、、、、、等的一种或几种，这些元素在带材厚度方向上具有成分梯度的范围为0 200nm。本专利技术还提供一种具有成分梯度的非晶合金带材的制造方法，该方法是在利用平面流工艺制造非晶合金带材时，向熔潭周围吹送气体并在熔潭周围形成特定的可控气氛， 这些气体在熔潭的高温作用下分解成、、、、、等活性原子，这些活性原子从熔潭表面向内部扩散，进而形成成分梯度。在随后的快速凝固过程中，成分梯度被固定下来，最终形成具有成分梯度的非晶合金带材。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案一种具有成分梯度的非晶合金带材，其特征在于该带材从贴辊面和/或自由面的表面向内部的(T200nm深度范围内，成分梯度元素含量逐渐减少；其中，成分梯度元素为 、、、、、中的至少一种。上述具有成分梯度的非晶合金带材，其中B元素的成分梯度的变化范围为O. Γ60% (原子百分比)；C元素的成分梯度的变化范围为O. Γ75% (原子百分比)；N元素成分梯度的变化范围为O. 05飞0% (原子百分比)；Si元素的成分梯度的变化范围为O. Γ30% (原子百分比)；P元素成分梯度的变化范围为O. OOf 25% (原子百分比)；S元素的成分梯度的变化范围为O. OOf 30% (原子百分比)。所述带材通过向制带熔潭5的一侧或两侧可控制的吹送能够在高温下分解成活性原子的气体，使得在熔潭周围形成富有所述活性原子的局部气氛的单辊法或双辊法制备。一种具有成分梯度的非晶合金带材的制造方法，包括如下步骤I)根据喷制非晶合金带材6基体成分的不同，设计需要形成的具有梯度成分的元素；2)根据设计的具有梯度成分的元素，选择适合的、能够在高温分解的气体9 ;3)将非晶合金带材6基体成分熔化，待熔化完毕、成分均匀后形成合金熔体1，将该合金熔体I通过喷嘴3喷射到高速旋转的冷却辊4上形成熔潭5 ；4)将已选气体由存储装置7经过加热、输送及控制装置8按一定流量吹送到熔潭5周围的一侧或两侧；5)熔潭5中的熔体接触高速旋转的冷却辊4，冷却后形成从贴辊面和/或自由面的表面向内部具有降低的梯度成分的非晶合金带材6。所述吹送气体为选自CO、CO2, B2H6, NH3> CH4, SiH4, PH3> H2S中的一种或几种。所述吹送气体的流量为O. 5_5L/min。所述气体9在高温下分解生成了大量的活性原子，使得熔潭5周围形成富有这些活性原子的局部气氛。该方法为单辊法或双辊法。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于气氛除种类可控外，气氛流量的大小也可控，进而可获得具有不同成分及厚度范围的非晶功能梯度材料，扩大了非晶纳米晶材料应用领域。此外，本专利技术设计的非晶梯度功能材料制备工艺简单，生产成本较低，尺寸较大，可实现批量生产。附图说明图I具有成分梯度的非晶合金带材制造方法原理示意图；图2具有C成分梯度铁基非晶合金带材的成分沿带材厚度变化图；图3具有B成分梯度铁基非晶合金带材的成分沿带材厚度变化图；图4具有N成分梯度铁基非晶合金带材的成分沿带材厚度变化图；图5具有Si成分梯度铁基非晶合金带材的成分沿带材厚度变化图；图6具有P成分梯度铁基非晶合金带材的成分沿带材厚度变化图；图7具有C、N成分梯度铁基非晶合金带材的成分沿带材厚度变化图；图8具有C、P成分梯度镍基非晶合金带材的成分沿带材厚度变化图；CN 102909326 A书明说3/7页图9具有S成分梯度钴基非晶合主要组件符号说明I合金熔体2坩埚3喷嘴4冷却辊5熔潭6非晶合金带材7气体储存装置8气体加热、输送及控制装置 9一定成分的气体具体实施方式下面根据附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。但是需要注意的是，以下实施例只为说明目的，本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图I所示，为具有成分梯度的非晶合金带材制造方法原理示意图。其中，制造具有成分梯度的非晶合金带材的原理为合金熔体I通过坩埚2底部的喷嘴3流出。合金熔体I在喷嘴3与冷却辊4表面之间形成熔潭5，为了形成表面成分梯度，通过气体储存装置7、气体加热、输送及控制装置8向熔潭5—侧或两侧吹送一定成分的气体9。一定成分的气体9在熔潭5周围的高温环境中发生分解反应产生活性原子，这些活性原子渗透到熔潭5中的合金熔体I表面的一定深度。随后，熔潭5中的熔体被冷却辊 4快速冷却，形成具有表面成分梯度的非晶合金带材6。为了产生、、、、、等活性原子，可以向熔潭5周围吹送民!16、 CO、CO2, CH4、NH3> SiH4' PH3> H2S 等气体。当向熔潭5吹送B2H6、⑶、C02、CH4、NH3、SiH4、PH3、H2S等体时，由于熔潭5处的合金熔体I温度高达1200°C上，远高于这些气体的分解温度，因此这些气体将受热、分解，发生如下化学反应B2H6 — 3H2+2 (I)2C0 —C02+(2)(Y； ^-O,+(3)2L JCH4 —2H2+(4)2NH3 — 3H2+2 (5)SiH4 — 2H2+2(6)2PH3 — 3H2+2 (7)H2S ^ H2+(8)上述反应生成了大量的活性原子、、、、、等，使得熔潭5周围富有、、、、、等活性原子。这些活性原子可渗入熔潭5处的合金熔体I并向其内部扩散，导致熔潭5表面形成这些元素的成分梯度层。5由于在平面流铸造非晶合金带材时，熔潭内部的熔体基本上呈层流流动，因此熔潭熔体的表面与内部之间的物质交换很少，因而在熔潭表面形成的成分梯度层不会被破坏。随后，具有成分梯度的高温熔体接触到高速旋转的冷却辊，形成具有梯度成分的非晶合金带材。非晶合金带材表面梯度层中呈梯度分布的元本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有成分梯度的非晶合金带材，其特征在于：该带材从贴辊面和/或自由面的表面向内部的0~200nm深度范围内，成分梯度元素含量逐渐减少；其中，成分梯度元素为[B]、[C]、[N]、[Si]、[P]、[S]中的至少一种。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：丁力栋，李泉，王建，张志英，王畅，马跃，
申请(专利权)人：安泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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