[发明专利]基于Fe－B－Y团簇的Fe基块体非晶合金

摘要

新材料领域中的基于Fe－B－Y团簇的Fe基块体非晶合金，特征：在Fe－B－Y三元基础体系的基础上，添加2at.％的Nb和2at.％的Zr或Hf或Ti或Mo或Ta，对基础三元团簇线上成分进行微合金化形成的；在五个合金体系中形成块体非晶的成分区间为[(Fe_12/13Y_1/13) _100－xB_x]_0.96Nb₂M₂，其中x＝15－26at.％；制备方法是：配料、Fe－B中间合金的熔炼、合金锭的熔炼和铜模负压吸铸，氩气压0.06－0.08MPa，熔炼电流密度180－220A/cm²，吸铸电流密度280－310A/cm²，气压差为0.04+0.005MPa，得到直径为3mm的块体非晶合金。优点：得到了五种新的Fe基块体非晶合金体系；确定出了能够形成直径为3mm的块体非晶合金成分范围；在熔炼过程中，先将Fe与B熔炼成中间合金，防止了B的挥发。

主权项

1.基于Fe-B-Y团簇的Fe基块体非晶合金，其特征在于：(a)其成分是在Fe-B-Y三元基础体系的基础上，添加2at.％的第四组元Nb和2at.％的第五组元Zr或Hf或Ti或Mo或Ta，对基础三元团簇线上成分进行微合金化形成的五个合金体系：Fe-B-Y-Nb-Zr、Fe-B-Y-Nb-Hf、Fe-B-Y-Nb-Ti、Fe-B-Y-Nb-Mo和Fe-B-Y-Nb-Ta；(b)这五个合金体系所选取的基础三元Fe-B-Y团簇线上成分相同，表示为(Fe12/13Y1/13)100-xBx，其中，x＝15-26at.％；(c)在这五个合金体系中形成的块体非晶合金成分区间分别为：[(Fe12/13Y1/13)100-xBx]0.96Nb2Zr2，[(Fe12/13Y1/13)100-xBx]0.96Nb2Hf2，[(Fe12/13Y1/13)100-xBx]0.96Nb2Ti2，[(Fe12/13Y1/13)100-xBx]0.96Nb2Mo2和[(Fe12/13Y1/13)100-xBx]0.96Nb2Ta2，其中，B的含量均为x＝15-26at.％，合金成分比为原子百分比；(d)制备基于Fe-B-Y团簇的Fe基块体非晶合金的方法，均采用同一工艺方法分步进行熔炼，包括成分配比称量、熔炼和吸铸，其工艺步骤是：第一步，备料按照设计合金成分中的原子百分比，转换成重量百分比wt.％，称取各组元量值，待用，其中B要多加入10％的量，用来补偿B在熔炼过程中的挥发，B的最低挥发量约为B总量的10％；各元素Fe、B、Y、Nb、Zr、Hf、Ti、Mo和Ta金属原料的纯度要求为99.9％以上；第二步，Fe-B中间合金锭的熔炼先将秤量好的金属Fe与非金属B的混合料放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，采用非自耗电弧熔炼法在氩气的保护下进行熔炼，首先抽真空至10-2Pa，然后充入氩气至气压为0.06-0.08MPa，熔炼电流密度的控制范围为160-190A/cm2，熔化后再持续熔炼10秒钟，断电，让合金随铜坩埚冷却至室温；然后将其翻转，重新置于水冷铜坩埚内，进行第二次熔炼，如此反复熔炼至少3次，B的挥发减小到可忽略的程度，得到成分均匀的Fe-B中间合金锭；第三步，Fe-B中间合金锭成分检查用分析天平称量Fe-B中间合金锭的质量，将这个实际质量与备料时原料的质量进行比较，两者的差值为合金中B元素的挥发质量；如果B挥发的量在8-10％内，那么该合金锭可以进行下一步工序；如果B挥发的量大于10％，那么需要补充已挥发的B元素的量值，成分均匀时B挥发可忽略；第四步，Fe-B-Y-基合金锭的熔炼将剩余按成分配比的金属原料，或Y、Nb和Zr，或Y、Nb和Hf，或Y、Nb和Ti，或Y、Nb和Mo，或Y、Nb和Ta五组中所需的一组，与Fe-B中间合金锭的混合料放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，采用非自耗电弧熔炼法在氩气的保护下进行熔炼，首先抽真空至10-2Pa，然后充入氩气至气压为0.06-0.08MPa，熔炼电流密度的控制范围为180-220A/cm2，熔化后再持续熔炼10秒钟，断电，让合金随铜坩埚冷却至室温，然后将其翻转，重新置于水冷铜坩埚内，进行第二次熔炼，如此反复熔炼至少3次，得到成分均匀的Fe-B-Y-基合金锭；第五步，Fe-B-Y-基块体非晶合金制备将由上步制备的Fe-B-Y-基合金锭，置于连有负压吸铸装备的水冷铜坩埚内，在氩气保护下用非自耗电弧熔炼法熔炼合金，首先抽真空至10-2Pa，然后充入氩气至气压为0.06-0.08MPa，熔炼所用电流密度为180-220A/cm2，熔化后，再持续熔炼10秒钟，最后电流密度提升到280-310A/cm2，开启负压吸铸装置，气压差为0.04±0.005MPa，同时断电，让合金熔体充入圆柱形铜模型腔中，冷却至室温，得到直径为3mm的块体非晶合金。