[发明专利]Fe-Ga合金深过冷净化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种冶金技术领域的净化剂及其制备方法，具体是一种Fe-Ga合金深过冷净化剂及其制备方法。

背景技术

磁致伸缩合金是重要的传感和微驱动材料，在声纳换能器、武器系统和机器人领域具有广泛应用。近年来出现的Fe-Ga系磁致伸缩合金具有高强度和良好的韧性、其成本低廉，并且在单晶材料的[100]方向获得了近400ppm的大磁致伸缩等优异性能，较已有材料(如Tb-Dy-Fe)具有不可替代的性能优势，从而使之具有广泛的应用前景和商业价值。

研究成果表明，快速凝固和取向生长是制备高性能Fe-Ga材料的先决条件。深过冷技术恰恰满足了这一点。所谓深过冷是指通过各种有效的净化手段尽量避免或者消除金属和合金液中的异质晶核的形核作用，获得在常规凝固条件下难以达到的过冷。深过冷技术的应用可以实现具有一定尺寸大体积合金液的宏观负温度梯度快速定向凝固或单晶生长。该方法具有无偏析、高效率和远离平衡等特征，并且可控制生长体晶体取向和微观组织。这正满足了Fe-Ga合金磁致伸缩材料需要获得亚稳相和取向组织的要求。发明人所在科研团队利用深过冷技术，制备出了磁致伸缩应变达830×10^-6的块体Fe-Ga合金，其性能是目前已知该材料最佳性能的两倍。因此寻找一种能使Fe-Ga获得稳定深过冷的净化剂就成为了一个亟待解决的问题。

干福熹等在《现代玻璃科学技术》中对于硅酸盐和硼酸盐玻璃的结构及其熔融态的物理化学平衡关系作了介绍，为硅酸盐和硼酸盐作为Fe-Ga合金获得深过冷的净化剂提供理论依据。使用熔融玻璃净化法时，净化剂的选择应将以下条件作为选用判据：不与合金液本身发生化学反应；玻璃的熔化温度应低于合金的熔点，并在熔炼温度范围内具有良好的流动性；应具有合适的粘度。粘度过低将不利于吸附熔体中的异质核心，粘度过高又将导致净化剂不能与金属液充分润湿，从而不能充分发挥其保护和净化作用，同时会使气体排出不畅，这些都影响熔体过冷度的提高；能够与合金中的高熔点金属氧化物夹杂以及其它潜在异质核心反应生成低熔点化合物，从而降低其异质形核作用；净化剂与合金熔液、氧化夹杂之间的表面张力，即润湿性。

经对现有技术的文献检索发现，尚未发现与本发明主题有关的文件。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种Fe-Ga合金深过冷净化剂及其制备方法。本发明的深过冷净化剂能使Fe-Ga熔体在过热循环过程中能稳定获得250K左右的过冷度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种Fe-Ga合金深过冷净化剂，组分及质量百分比为：二氧化硅40～71％，氧化铝1～4％，氧化钙4～16％，氧化镁0.8～3％，氧化硼7～20％，硼酸钠8～30％，氧化钠5～14％和氧化钾2～8％。

所述净化剂中，各组分的粒度均为100～400目。

所述净化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，按比例取二氧化硅，氧化铝，氧化钙，氧化镁，氧化钠和氧化钾，熔融，研磨成粉末，保温；

步骤二，按比例加入氧化硼和硼酸钠，混和，得净化剂。

所述熔融为，1073～1273K熔融4～12小时。

所述保温为将粉末在423～573K下加热2～8小时。

本发明选用硅酸盐玻璃作为净化剂主体，选用氧化铝，氧化钙和氧化镁等作为稳定剂，加入氧化硼和硼酸钠等调整高温粘度，最终制备得到Fe-Ga合金稳定深过冷的氧化物净化剂。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明的净化剂对于合金熔体具有很强的杂质消除作用，粘敷性，化学稳定性以及防氧化功能，有利于获得较大的过冷度，可使熔体在连续4个过热循环中获得大于250K的过冷度，有利于快速凝固工艺的进一步实施。

附图说明

图1是实施例2中Fe-Ga合金熔体连续四个过热循环中的过冷度曲线图；

图2是实施例2中深过冷快速定向凝固得到的Fe-Ga合金棒材照片图。

具体实施方式

以下实例将结合附图对本发明作进一步说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。实施例中制备净化剂所用组分的粒度均为为100～400目。

实施例1

制备得到的Fe-Ga深过冷净化剂的重量百分比：二氧化硅50％，氧化铝2％，氧化钙10％，氧化镁3％，氧化硼10％，硼酸钠15％，氧化钠8％和氧化钾2％。