[发明专利]一种软磁性FeCoNiMB高熵块体非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有软磁性的FeCoNiMB(M代表P、C和Si中的至少1种元素)高熵块体非晶合金及其制备方法，属于新材料及其制备技术领域。

背景技术

传统的合金设计方法基本都是以一种或两种元素作为主要组元，再通过合金化其他元素来调整合金的组织、结构或性能以满足应用需求。2004年，叶均蔚等学者突破传统合金设计框架，提出了多主元合金这一新的合金设计理念。多主元合金，或称为高熵合金，最初指合金由五种或五种以上主元按照等原子比或近似原子比组成，且每种组元都在5％–35％之间。随着高熵合金的不断发展，目前由四种主元按等(或近似)原子比组成的合金也可以称为高熵合金。由于高混合熵效应，高熵合金易于形成单一的面心立方、体心立方、或面心立方和体心立方混合的固溶体结构。在性能方面，高熵合金通常显示出高强度、高硬度、良好的耐磨性以及抗高温氧化性等优异的性能。

非晶合金，指在结构上原子排列呈现短程有序而长程无序的一类合金。一般认为，当非晶合金在三维尺度上都超过1mm，可称之为块体非晶合金。该类合金因其独特的原子排列结构而具有优异的性能，如高强度、大的弹性变形能力、良好的耐腐蚀等。特别是铁基非晶合金还表现出优异的软磁性能。

高熵合金和非晶合金因其独特的性能而具有广阔的应用前景。但这两类合金因成分和结构上的差异较大，基本是各自独立发展的。2002年，日本东北大学Ma等人制备出临界直径为1.5mm的Ti₂₀Zr₂₀Hf₂₀Cu₂₀Ni₂₀块体非晶合金[Mater Trans,2002(43):277]。因该非晶合金成分同时满足高熵合金的成分特征，人们意识到在某些特定合金系内，高熵合金可形成非晶结构，进而发展出一类新的合金，即高熵非晶合金。随后人们在许多高熵合金系中都成功制备出高熵块体非晶合金，如Zn₂₀Ca₂₀Sr₂₀Yb₂₀(Li_0.55Mg_0.45)₂₀[Appl Phys Lett,2011(98):141913]、Pd₂₀Pt₂₀Cu₂₀Ni₂₀P₂₀[Intermetallics,2011(19):1546]、Sr₂₀Ca₂₀Yb₂₀Mg₂₀Zn₂₀[J Mater Res,2012(27):2593]、Sr₂₀Ca₂₀Yb₂₀Mg₂₀(Zn_0.5Cu_0.5)₂₀[J Mater Res,2012(27):2593]、Ti₂₀Zr₂₀Cu₂₀Ni₂₀Be₂₀[J Non Cryst Solids,2013(364):9]和Ti_16.7Zr_16.7Hf_16.7Cu_16.7Ni_16.7Be_16.7[Mater Lett,2014(125):151]等。与传统晶态合金相比，这些高熵块体非晶合金都表现出更高的强度，但是他们的塑性变形能力一般较低。在目前发展的众多高熵块体非晶合金体系中，人们一般侧重其力学性能方面的研究，而对其功能特性，如磁性能的研究较少。最近，宁波材料所成功研制成功了临界直径为1mm的Gd₂₀Tb₂₀Dy₂₀Al₂₀M₂₀(M代表Fe、Co或Ni元素)[Intermetallics,2015(58):31]和Ho₂₀Er₂₀Co₂₀Al₂₀RE₂₀(RE代表Gd、Dy或Tm元素)[J Appl Phys,2015(117):073902]高熵块体非晶合金。该系列高熵块体非晶合金具有优异的磁制冷效应，可用做磁制冷工质材料。北京科技大学的Zuo等人报道了具有体心立方结构的Fe₂₅Co₂₅Ni₂₅Al₂₅高熵合金，该合金显示出101.8emu/g的饱和磁化强度和224.4A/m的矫顽力[JMagnMagn Mater,2014(371):60]，但到目前为止，还未有具有软磁性能的高熵块体非晶合金被报道。