[发明专利]一种锰基非晶合金及其制备方法和应用

说明书

本申请属于非晶合金技术领域。本申请提供了一种锰基非晶合金及其制备方法和应用。所述锰基非晶合金的化学通式为：Mn_xSi_yB_z，其中，65≤x≤84，6≤y≤25，5≤z≤12，且x+y+z＝100。本申请的Mn‑Si‑B三元体系锰基非晶合金具有优异的非晶形成能力和热稳定性的同时，还保持了最大的锰含量，能够充分发挥锰元素对锰基非晶合金的特性贡献，为进一步探究锰基非晶合金微观纳米结构和潜在丰富特性的研究提供材料基础。本申请的锰基非晶合金还具有良好的流动性和抗氧化性，可以采用快淬甩带法实现制备，大大提高锰基非晶合金的生产效率，进而促进其大规模应用。本申请的锰基非晶合金有望应用于催化材料或磁性材料中。

技术领域

本申请属于非晶合金技术领域，尤其涉及一种锰基非晶合金及其制备方法和应用。

背景技术

非晶合金是一类缺乏晶态材料原子周期性排列、呈长程无序原子结构、无晶界结构特性的新型金属材料，也因此表现出优异的物理和化学性能。自发现至今，已先后有多个非晶合金体系被开发并表现出异常优异的性能。

Mn在过渡族金属元素中是一种具有特殊结构与磁性的金属元素。其固态有四种同素异形体：α-Mn(单个晶胞由58个原子构成的复杂体心立方结构)，β-Mn(单个晶胞由20个原子构成的复杂体心立方结构)，γ-Mn(简单面心立方结构)和δ-Mn(简单体心立方结构)。依据洪德定则，Mn原子磁矩可高达5μ_B，在合金中能够形成铁磁性、反铁磁性或者亚铁磁性磁耦合基态，并展现出丰富、多变的物理性质，这些丰富特性使得锰本身或其在特定的合金或化合物环境中发挥着重要的角色。因此，对锰基非晶合金的结构及性能进行探索、开发及应用成为极有意义的研究课题。然而，目前非晶合金体系中，缺少对锰基非晶合金的研究报道。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种锰基非晶合金及其制备方法和应用，得到的锰基非晶合金非晶形成能力和热稳定性好。

本申请的具体技术方案如下：

本申请提供一种锰基非晶合金，所述锰基非晶合金的化学通式为：Mn_xSi_yB_z，其中，65≤x≤84，6≤y≤25，5≤z≤12，且x+y+z＝100。

本申请中，Mn-Si-B三元体系的锰基非晶合金具有优异的非晶形成能力和热稳定性的同时，还保持了最大的锰含量，能够充分发挥锰元素对锰基非晶合金的特性贡献，为进一步探究锰基非晶合金微观纳米结构和潜在丰富特性的研究提供材料基础。本申请的锰基非晶合金还具有良好的流动性和抗氧化性，可以采用快淬甩带法实现制备，大大提高锰基非晶合金的生产效率，进而促进其大规模应用。本申请的锰基非晶合金有望应用于催化材料或磁性材料中。其中，Si、B还可部分或全部替换为P、C和Ge中的一种或两种组成三元体系的锰基非晶合金。

优选的，68≤x≤78，12≤y≤25，7≤z≤10，且x+y+z＝100。

优选的，所述锰基非晶合金的起始晶化温度为580～620℃。

本申请还提供一种所述锰基非晶合金的制备方法，包括如下步骤：

S1：根据合金成分按比例加入含有Mn、Si和B元素的原料，进行电弧熔炼；

S2：采用铜辊快淬法甩带，得到所述锰基非晶合金。

本申请中，首次采用铜辊快淬法制备锰基非晶合金，工艺简单，生产周期短，无需进行吸铸、开模、清洗等繁琐的工艺流程，绿色无污染，可进行大批量工业生产。

优选的，所述含有Mn、Si和B元素的原料为Mn-B和Mn-Si。

本申请中，采用Mn-B和Mn-Si作为制备锰基非晶合金的原料，能够获得高质量母合金锭，有效避免锰合金因饱和蒸气压大，在电弧熔炼时极易挥发，造成烧损严重的问题。