[发明专利]一种FeCoNi基软磁高熵合金及应用

说明书

本发明涉及一种FeCoNi基软磁高熵合金及应用，该FeCoNi基软磁高熵合金的合金表达式为Fe_aCo_bNi_cSi_dX_e，合金表达式中a、b、c、d、e和f分别表示各对应组分的原子百分比含量，且满足以下条件：a为25～35，b为25～35，c为25～35，d为4～8，e为2～8，a+b+c+d+e=100，合金表达式中X为Cr、Mn、Cu或Ga；该FeCoNi基软磁高熵合金应用于制备变压器铁芯、高频电感器、稳定电源开关、高温磁性材料器件；本发明FeCoNi基软磁高熵合金具有高的拉伸屈服强度、高的拉伸塑性、高的饱和磁感应强度、低矫顽力、高磁导率和优异的耐腐蚀性能且其成型性好、制备工艺条件宽松。

技术领域

本发明属于软磁高熵合金技术领域，具体涉及一种FeCoNi基软磁高熵合金及应用。

背景技术

长期以来，合金设计一直是冶金学家和材料科学工作者的研究热点。一直以来，合金的设计都是基于一个或两个基本元素，而其他少量的元素添加通常是为了提高某些合金的某些特性。众所周知，钢是以元素Fe为基础的，而Cr则是用来提高其耐腐蚀性能的，而硼的加入则提高了合金的力学性能。直到2004年，中国台湾叶均蔚教授突破了传统合金的设计理念，提出在设计合金成分时，不再局限于一种或两种主元素，而是包含多种合金元素，且每种合金元素的原子百分比相等或近似相等，设计出了至少5种元素且成分在5 at%~35at%之间的高熵合金(HEAs)。这种合金在随机互溶的状态下具有较高的混合熵，于是被命名为高熵合金。由于混合熵增大而引起了人们的广泛关注。因为它们具有高的混合熵效应、缓慢扩散和显著的晶格畸变等特点，所以其具有较高的强度和硬度、优异的耐蚀性和耐磨性以及良好的抗疲劳性能，被认为是一种很好的结构材料。它们具有高熵效应，通常在高熵合金中形成体心立方（BCC）或面心立方（FCC）等简单的固溶结构，而不是有序的金属间化合物。

高熵合金具有良好的性能，其具有较好的热稳定性、较高的硬度、抗疲劳能力较强，同时也具有优异的耐腐蚀性、耐磨性和可加工性。高熵合金的性能还包括超过大多数纯金属和合金的超高断裂韧性，与结构陶瓷和一些非晶合金相媲美的高强度、超导性等。高熵合金具有部分良好性能的原因如下：第一，具有高磁矩的几个铁磁性元素能够形成高熵合金；第二，高熵合金中的拓扑失真及化学随机性使得它的电阻率增大；第三，高熵合金所具有的简单晶体结构，如FCC等为其合理的延展性提供了几何基础。高熵合金的某些性能对于工业应用来讲是非常有吸引力的。以上所述的机械和电化学性能使得高熵合金有希望作为抗疲劳材料、耐腐蚀表面层以及耐磨材料。

另外，高熵合金也具有优异的磁性能。当前，人们对高熵合金的微观结构和力学性能的研究较多，而对于高熵合金的功能性能如磁饱和强度、磁热效应、电阻率等的研究较少。软磁材料在国民经济和日常生活中具有十分重要和非常广泛的应用，众所周知，软磁材料在电力生产和传输、电机、电磁屏蔽等许多电子系统中起着基础性的作用。软磁材料的总体特征是磁导率高、矫顽力小，饱和磁感应强度高，同时因为软磁材料在很多情况下用于交流电磁场，要求其损耗低，也就是电阻率要高。现有技术下，每种商用软磁材料都有其缺点，如软铁氧体的脆性大、磁饱和强度较低，硅钢生产过程复杂耗时，非晶带材存在退火脆性和尺寸限制，铁镍合金存在应力敏感性和低电阻率等。通过合理的成分设计及工艺优化，高熵合金可表现出非常高的电阻率，并具有高的饱和磁化强度和低的矫顽力，其在软磁方面具有很好的应用前景。但是，目前高熵合金的磁性能研究甚少，有关于此方面的文献也寥寥无几，对于如何进行磁性高熵合金方面的成分设计和性能优化还没有详细的研究。