[发明专利]具有成分梯度的非晶合金带材及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有成分梯度的非晶合金带材及其制造方法，属于非晶纳米晶合金薄带制造领域。

背景技术

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℃，而不低于玻璃化温度200℃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发明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。

发明内容

本发明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[B]、[C]、[N]、[Si]、[P]、[S]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。

本发明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[B]、[C]、[N]、[Si]、[P]、[S]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，本发明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。

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0.1~60%（原子百分比）；

C元素的成分梯度的变化范围为0.1~75%（原子百分比）；

N元素成分梯度的变化范围为0.05~50%（原子百分比）；

Si元素的成分梯度的变化范围为0.1~30%（原子百分比）；

P元素成分梯度的变化范围为0.001~25%（原子百分比）；

S元素的成分梯度的变化范围为0.001~30%（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：

1)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1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。