CN113140383B - 一种铈基非晶软磁合金材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铈基非晶软磁合金材料的制备方法，按照分子式(Ce_aA_b)_80‑xAl_y(D_cE_d)_20+x‑y的元素比例进行配料，在惰性气氛环境下对各元素金属粉末进行研磨，研磨过程中添加甲醛和甾酸，研磨后得到非晶合金混合粉末；在氩气气氛的火花放电等离子烧结系统中，逐步升温烧结；再熔炼，将母合金的熔体吸入水冷铜模中，得到铈基大块非晶合金。本发明提供的方法采用A元素对Ce进行替代，增强了最终形成的高熵铈基非晶软磁合金材料的迟滞扩散效应，减少了合金在步骤3)的冷却过程中形成非晶合纳米晶物像，提高了合金的抗蠕变性能，延缓了合金的相变速率，进而使合金材料具有较高的饱和磁化强度、较高的磁导率较低的矫顽力。

Description

一种铈基非晶软磁合金材料的制备方法

技术领域

本发明属于磁合金技术领域，具体涉及一种铈基非晶软磁合金材料的制备方法。

背景技术

随着经济与科技的发展，磁性材料已经成为人类发展的基础材料。根据矫顽力的高低，传统磁性材料可划分为硬磁材料、软磁材料以及半硬磁材料。通常将矫顽力在50kA/m以上的磁性材料成为永磁或者硬磁材料，将矫顽力在1Ka/M以内的磁性材料称之为软磁材料，而矫顽力在这两者之间的磁性材料则被称为半硬磁材料。软磁材料最为显著的特点就是其具有高的饱和磁感应强度(B_s)、高的磁导率(μ)和低的矫顽力(H_c)、低损耗(P)和高稳定性。软磁材料作为一种重要的功能材料，在信息通讯、能源电力和医疗器械等领域有着广泛的应用。

但是现有技术中的非晶软磁合金的磁感应强度以及磁导率等磁学性能过差，不满足信息通讯、能源电力和医疗器械对信号防干扰等方面的性能要求。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供一种具有较高饱和磁化强度、较高磁导率和较低矫顽力的铈基非晶软磁合金材料的制备方法。

本发明提供如下技术方案：一种铈基非晶软磁合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照分子式(Ce_aA_b)_80-xAl_y(D_cE_d)_20+x-y的元素比例进行配料，在惰性气氛环境下，采用直径为10mm的淬硬钢球机械研磨130h～140h为微米级Ce金属粉末、微米级A金属粉末、微米级Al金属粉末、微米级D金属粉末和微米级E金属粉末，研磨过程中采用150ml～200ml的甲醛作为过程控制剂来限制结块和污染，并添加所有金属粉末总质量的0.05wt％～0.10wt％的甾酸，以减少粉末之间的冷焊，研磨后得到非晶合金混合粉末；

2)在火花放电等离子烧结系统中，按照分子式中的(Ce_aA_b)_80-xAl_y(D_cE_d)_20+x-y原子配比将步骤1)处理得到的非晶合金混合粉末在氩气气氛下，逐步升温至300℃～400℃烧结，得到母合金铸锭；

3)将步骤2)得到母合金铸锭重新于400℃～500℃下熔炼，将母合金的熔体吸入水冷铜模中，得到分子式为(Ce_aA_b)_80-xAl_y(D_cE_d)_20+x-y的铈基大块非晶合金。

进一步地，所述步骤2)中的烧结时间为15min～30min。

进一步地，所述微米级Ce元素粉末的粒径为10μm～30μm，所述微米级A金属粉末的粒径为50μm～100μm，所述微米级Al元素金属粉末的粒径为20μm～60μm，所述微米级D金属粉末的粒径为30μm～50μm，所述微米级E粉末的粒径为30μm～50μm。

进一步地，所述步骤2)采用内径为10mm～15mm的碳化钨冲模组对所述非晶合金混合粉末烧结。

进一步地，所述步骤2)中氩气气氛的压强为300MPa～500MPa。

进一步地，所述步骤2)中升温速率为80℃/min～100℃/min。

进一步地，所述合金材料的分子式为：(Ce_aA_b)_80-xAl_y(D_cE_d)_20+x-y，所述A元素为Cu、Ga或La中的一种，所述D元素为Fe、Ni或Pb中的一种，所述E元素为Sc、Nb或Mo中的一种；a+b＝1，c+d＝1。

进一步地，所述x的范围为5≤x≤10，所述y的范围为3≤y≤8。

进一步地，所述Ce元素的原子百分含量为0.25≤a≤0.75，所述A元素的原子百分含量为0.25≤b≤0.75，所述D元素的原子百分含量为0.2≤c≤0.6，所述E元素的原子百分含量为0.4≤d≤0.8。

本发明的有益效果为：

1、本发明提供的铈基非晶软磁合金材料的制备方法的分子式为(Ce_aA_b)_80-xAl_y(D_cE_d)_20+x-y，采用A元素对Ce元素进行替代，可以细化最终形成的铈基非晶软磁合金材料的晶粒，进而改善其合金性能，采用D元素和E元素共同形成五种元素的高熵非晶软磁合金，进而形成其晶体结构为无序晶态，不易在烧结和熔炼铸锭过程中形成有序晶体，有良好的非晶形成能力。

2、本发明提供的铈基非晶软磁合金材料的制备方法选用Cu、Ga或La等元素对铈基进行替代，进而增强了最终形成的高熵铈基非晶软磁合金材料的迟滞扩散效应，减少了合金在步骤3)的冷却过程中形成非晶合纳米晶物像，提高了合金的抗蠕变性能，延缓了合金的相变速率，进而使合金材料具有较高的饱和磁化强度、较高的磁导率较低的矫顽力。

具体实施例方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供的一种铈基非晶软磁合金材料，所述合金材料的分子式为：(Ce_0.75Cu_0.25)₇₅Al₃(Ni_0.2Nb_0.8)₂₂，本实施例提供的铈基非晶软磁合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照分子式(Ce_0.75Cu_0.25)₇₅Al₃(Ni_0.2Nb_0.8)₂₂的元素比例进行配料，在惰性气氛环境下，采用直径为10mm的淬硬钢球机械研磨130h为微米级粒径10μm的Ce金属粉末、微米级Cu粒径50μm的金属粉末、微米级粒径20μm的Al金属粉末、微米级粒径30μm的Ni金属粉末和微米级粒径30μm的Nb金属粉末，研磨过程中采用150ml的甲醛作为过程控制剂来限制结块和污染，并添加所有金属粉末总质量的0.05wt％的甾酸，以减少粉末之间的冷焊，研磨后得到非晶合金混合粉末；

2)在火花放电等离子烧结系统中，按照分子式中的(Ce_0.75Cu_0.25)₇₅Al₃(Ni_0.2Nb_0.8)₂₂原子配比将步骤1)处理得到的非晶合金混合粉末在压强为300MPa的氩气气氛下，采用内径为10mm的碳化钨冲模组对非晶合金混合粉末以80℃/min的速率升温至300℃，烧结15min，得到母合金铸锭；

3)将步骤2)得到母合金铸锭重新于400℃～500℃下熔炼，将母合金的熔体吸入水冷铜模中，得到分子式为(Ce_0.75Cu_0.25)₇₅Al₃(Ni_0.2Nb_0.8)₂₂的铈基大块非晶合金。

经试验，本实施例得到的分子式为(Ce_0.75Cu_0.25)₇₅Al₃(Ni_0.2Nb_0.8)₂₂的铈基大块非晶合金材料具有0.78T的饱和磁化强度，3057的磁导率和2.56A/m的矫顽力。

实施例2

本实施例提供的一种铈基非晶软磁合金材料，所述合金材料的分子式为：(Ce_0.5Pb_0.5)₇₂Al₅(Fe_0.4Mo_0.6)₂₃，本实施例提供的铈基非晶软磁合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照分子式(Ce_0.5Pb_0.5)₇₂Al₅(Fe_0.4Mo_0.6)₂₃的元素比例进行配料，在惰性气氛环境下，采用直径为10mm的淬硬钢球机械研磨135h为微米级粒径20μm的Ce金属粉末、微米级粒径75μm的Pb金属粉末、微米级粒径40μm的Al金属粉末、微米级粒径40μm的Fe金属粉末和微米级粒径为40μm的Mo金属粉末，研磨过程中采用180ml的甲醛作为过程控制剂来限制结块和污染，并添加所有金属粉末总质量的0.75wt％的甾酸，以减少粉末之间的冷焊，研磨后得到非晶合金混合粉末；

2)在火花放电等离子烧结系统中，按照分子式中的(Ce_0.5Pb_0.5)₇₂Al₅(Fe_0.4Mo_0.6)₂₃原子配比将步骤1)处理得到的非晶合金混合粉末在压力为400MPa的氩气气氛下，采用内径为10mm～15mm的碳化钨冲模组对非晶合金混合粉末以90℃/min的升温速率逐步升温至350℃烧结20min，得到母合金铸锭；

3)将步骤2)得到母合金铸锭重新于450℃下熔炼，将母合金的熔体吸入水冷铜模中，得到分子式为(Ce_0.5Pb_0.5)₇₂Al₅(Fe_0.4Mo_0.6)₂₃的铈基大块非晶合金。

经试验，本实施例得到的分子式为(Ce_0.5Pb_0.5)₇₂Al₅(Fe_0.4Mo_0.6)₂₃的铈基大块非晶合金具有0.69T的饱和磁化强度，2948的磁导率和3.06A/m的矫顽力。

实施例3

本实施例提供的一种铈基非晶软磁合金材料，所述合金材料的分子式为：(Ce_0.75Ga_0.25)₇₀Al₈(Pb_0.2Sc_0.8)₂₂，本实施例提供的铈基非晶软磁合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照分子式(Ce_0.75Ga_0.25)₇₀Al₈(Pb_0.2Sc_0.8)₂₂的元素比例进行配料，在惰性气氛环境下，采用直径为10mm的淬硬钢球机械研磨140h为微米级粒径30μm的Ce金属粉末、微米级粒径100μm的Ga金属粉末、微米级粒径为60μm的Al金属粉末、微米级粒径50μm的Pb金属粉末和微米级粒径50μm的E金属粉末，研磨过程中采用200ml的甲醛作为过程控制剂来限制结块和污染，并添加所有金属粉末总质量的0.10wt％的甾酸，以减少粉末之间的冷焊，研磨后得到非晶合金混合粉末；

2)在火花放电等离子烧结系统中，按照分子式中的(Ce_0.75Ga_0.25)₇₀Al₈(Pb_0.2Sc_0.8)₂₂原子配比将步骤1)处理得到的非晶合金混合粉末在压强为500MPa的氩气气氛下，采用内径为15mm的碳化钨冲模组对非晶合金混合粉末以100℃/min的升温速率逐步升温至400℃烧结20min，得到母合金铸锭；

3)将步骤2)得到母合金铸锭重新于500℃下熔炼，将母合金的熔体吸入水冷铜模中，得到分子式为(Ce_0.75Ga_0.25)₇₀Al₈(Pb_0.2Sc_0.8)₂₂的铈基大块非晶合金。

经试验，本实施例得到的分子式为(Ce_0.75Ga_0.25)₇₀Al₈(Pb_0.2Sc_0.8)₂₂的铈基大块非晶合金金具有0.58T的饱和磁化强度，2544的磁导率和2.68A/m的矫顽力。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种铈基非晶软磁合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）按照分子式(Ce_aA_b)_80-xAl_y(D_cE_d)_20+x-y的元素比例进行配料，在惰性气氛环境下，采用直径为10mm的淬硬钢球机械研磨130h～140h得到微米级Ce金属粉末、微米级A金属粉末、微米级Al金属粉末、微米级D金属粉末和微米级E金属粉末，其中：所述微米级Ce元素粉末的粒径为10μm～30μm，所述微米级A金属粉末的粒径为50μm～100μm，所述微米级Al元素金属粉末的粒径为20μm～60μm，所述微米级D金属粉末的粒径为30μm～50μm，所述微米级E粉末的粒径为30μm～50μm，研磨过程中采用150ml～200ml的甲醛作为过程控制剂来限制结块和污染，并添加所有金属粉末总质量的0.05wt%～0.10wt%的甾酸，以减少粉末之间的冷焊，研磨后得到非晶合金混合粉末；

2）在火花放电等离子烧结系统中，按照分子式中的(Ce_aA_b)_80-xAl_y(D_cE_d)_20+x-y原子配比将步骤1）处理得到的非晶合金混合粉末在氩气气氛下，逐步升温至300℃～400℃烧结，得到母合金铸锭；

3）将步骤2）得到母合金铸锭重新于400℃～500℃下熔炼，将母合金的熔体吸入水冷铜模中，得到分子式为(Ce_aA_b)_80-xAl_y(D_cE_d)_20+x-y的铈基大块非晶合金；

所述合金材料的分子式为：(Ce_aA_b)_80-xAl_y(D_cE_d)_20+x-y，所述A元素为Cu、Ga或La中的一种，所述D元素为Fe、Ni或Pb中的一种，所述E元素为Sc、Nb或Mo中的一种；a+b=1，c+d=1；

所述x的范围为5≤x≤10，所述y的范围为3≤y≤8，所述Ce元素的原子百分含量为0.25≤a≤0.75，所述A元素的原子百分含量为0.25≤b≤0.75，所述D元素的原子百分含量为0.2≤c≤0.6，所述E元素的原子百分含量为0.4≤d≤0.8。

2.根据权利要求1所述的一种铈基非晶软磁合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中的烧结时间为15min～30min。

3.根据权利要求1所述的一种铈基非晶软磁合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2）采用内径为10mm～15mm的碳化钨冲模组对所述非晶合金混合粉末烧结。

4.根据权利要求1所述的一种铈基非晶软磁合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中氩气气氛的压强为300MPa～500MPa。

5.根据权利要求1所述的一种铈基非晶软磁合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中升温速率为80℃/min～100℃/min。