摻Si的低Sm含量Sm-Co型非晶基磁性合金的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的技術(shù)方案涉及含稀土金屬和磁性過渡金屬的磁性材料，具體地說是摻Si 的低Sm含量Sm-Co型非晶基磁性合金的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] Sm-Co型永磁體具有優(yōu)異的高溫綜合磁性能。至今，Sm-Co型永磁體主要有兩種， 一種是采用粉末冶金法制備的燒結(jié)磁體，另一種是通過熔體快淬及粘結(jié)法制備的粘結(jié)磁 體，其矯頑力機(jī)制有形核型與釘扎型兩種。
[0003]對于釤基非晶合金（見文獻(xiàn) Lu C. L.，Liu H. M.，Wang K. F.，et al. Magnetic pro perties of Sm-based bulk metallies glasses[J].J Magn Magn Mater, 2010, 322:2845-2850)，有人在Sm-Co-Al及Sm-Fe-Al的高Sm(55-70 % Sm)低熔點(diǎn)共晶區(qū)用快淬與 銅模鑄造法制備得到了 Sm基非晶合金，如文獻(xiàn)（Fan G. J.，L6scr W.，Roth S.，et al.Glass-forming ability of RE-A1-TM alloys(RE = Sm, Y ；TM = Fe, Co, Cu)[J]. Acta Mater, 2000, 48 (15) : 3823-3831)報(bào)道用銅模鑄造法得到 了鑄態(tài) Si^FemAli。、 SmMFe2QAl1QC〇1。、Sm 6QFe2QAl1QC〇5CiaP Sm 6QFe1QAl1QC〇15Cu5# 晶基合金，但其中只有鑄態(tài) 31%^61(^11。〇) 15(：115非晶基合金表現(xiàn)出鐵磁性行為，其矯頑力為281^/111，剩磁0.0481'，最 大磁化強(qiáng)度0. 103T ;而31%^61(^11。0)15(：11 5薄帶非晶合金在室溫下也沒有磁性。文獻(xiàn) (Kong H. Z. , Li Y. , Ding J. Magnetic hardening in amorphous alloy Sm60Fe30Al10[J]. Scripta Materialia, 2001, 44(5) :829-834)報(bào)道發(fā)現(xiàn)以 30m/s 速度快淬的 Sm^FewAli。 非晶基薄帶在室溫為超順磁性。文獻(xiàn)（Guo J.,Bian X.,Meng Q.,et al. Glass-forming ability and fragility of RE55A125C〇20 (RE = Ce, Pr, Nd, Sm, Gd) alloys [J]. Scripta Mater, 2006, 55(11) : 1027-1030)報(bào)道了具有高非晶形成能力的合金成分是Sm5QAl25C〇25^ 金?？梢娺@些含有高Sm含量的Sm基非晶合金的矯頑力都很低，雖然有鐵磁性，但不能滿足 硬磁性的技術(shù)要求。
[0004] 研究發(fā)現(xiàn)，只有位于二元Sm-Co合金低Sm (原子百分比小于20 % )區(qū)域 的Sm-Co合金才具有高的各向異性場。根據(jù)Sm-Co的二元合金相圖（Su X.，Zhang ff. ,Liu G. , et al.A thermodynamic assessment of the Co_Sm system[J], J Alloys Compd，1998, 267:149-153)，在低Sm成分區(qū)域也有共晶成分點(diǎn)，但該共晶點(diǎn)溫度很高，因 此，低Sm的純Sm-Co相很難形成非晶。根據(jù)井上明久提出的獲得高非晶形成能力合金的 三條經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則（Inoue A. . Stabilization of metallic supercooled liquid and bulk amorphous alloys[J],Acta Mater, 2000, 48:279-306 ；Long Z.,Ding Y. , Wei H. , et al. A new criterion for predicting the glass-forming ability of bulk metallic glasses[J],J Alloys Compd, 2009, 475:207-219)可知，對于低 Sm 含量的 Sm-Co 型合金而 言，要形成非晶，得通過多元摻雜才有希望形成由高含量非晶相組成的合金。
[0005] 目前，通過高能球磨法或熔體快淬法來制備低Sm含量的Sm-Co型非晶磁性合金 的現(xiàn)有技術(shù)也已有報(bào)道。文獻(xiàn)（N.Lu，X. Song, X. Liu, J. Zhang. Preparation and magnetic properties of amorphous and nanocrystal1ine Sm2Co17alloys[J], Intermetallics, 2 010, 18:1180-1184)中得到的鑄態(tài)多晶Sm2C〇17合金的矯頑力與剩磁均為0 ;用高能球磨 法制備的二元Sm2Co17非晶合金粉末的矯頑力提高到了0. 88k0e (70. 4kA/m)，剩磁提高到 了2. 33kGs ;而在用火花等離子法快速燒結(jié)非晶粉末后得到的納米晶合金的矯頑力再次 提高到4. 19k0e(335. 2kA/m)，剩磁提高到了5. 81kGs。CN102403117A公開了通過熔體快 淬法制備的Sm-Co型非晶納米晶薄帶磁體的制備方法，其成分范圍為SmxCoyFezZruB vQw， x+y+z+u+v+w = 100, x = 9. 0~14. 0, y = 45. 0~70. 5, z = 2. 8~18. 4, u = 1. 1~7. 0， v=3. 8~19. 0, w=1. 0~21. 2，Q是由Nb、Al、Si、Cu和C中的1~4種元素組成，其中 每種元素占組成式SmxC〇yFezZruBvQ w總量的相對含量以原子百分比計(jì)為：2. 0~4. 7% Nb， 2. 0~5.7% A1，4.0~14. 0% Si，0.8~4.0% Cu，1.0~10.1%C。通過離心快淬甩帶技 術(shù)制備，在室溫下得到了高內(nèi)稟矯頑力的薄帶磁體。根據(jù)其已報(bào)道的相關(guān)研究論文（Sun J B, Bu S J,Cui CX,et al.Anew Sm-C〇-type hard magnetic alloy with an amorphous based nanocrystalline microstructure[J].Intermetallics, 2013,35(04) :82-89)可 知，其中Sm^Co^Fe^ZhCuA合金室溫平均內(nèi)稟矯頑力達(dá)到18. 2±1.6k0e，其高矯頑 力歸因于適當(dāng)含量的納米晶磁性團(tuán)簇分布于非晶相基體上，納米晶磁性團(tuán)簇間通過交換耦 合產(chǎn)生強(qiáng)的磁性相互作用，非晶相、順磁性相、相界以及不均勻的磁性區(qū)也可釘扎疇壁的運(yùn) 動(dòng)。
[0006] 然而，通過高能球磨法或恪體快淬法來制備低Sm含量的Sm-Co型非晶磁性合金的 現(xiàn)有技術(shù)還存在一些局限性，例如，對于低Sm含量的Sm-Co合金很難得到非晶；所獲得的 現(xiàn)有Sm-Co型非晶合金的室溫矯頑力還有待進(jìn)一步提高，有必要研發(fā)更新的低Sm含量的 Sm-Co基合金的制備方法和開發(fā)出性能更好的有新組成的低Sm含量的Sm-Co基合金。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供摻Si的低Sm含量Sm-Co型非晶基磁性合金 的制備方法，是一種通過添加Si快淬后得到的非晶含量高，再通過退火獲得了高矯頑力的 硬磁性能的成分組成式為（Sm12C〇MFesZr5Nb 5Al6B4) xSi x的摻Si的低Sm含量Sm-Co型非 晶基磁性合金的制備方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)制備低Sm含量的Sm-Co型非晶磁性合金很難得 到非晶的缺陷，并且進(jìn)一步提高了 Sm-Co型非晶合金的室溫矯頑力。
[0008] 本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：摻Si的低Sm含量Sm-Co型非晶基 磁性合金的制備方法，具體步驟如下：
[0009] 第一步，原料配制：
[0010] 按照原料配比式（Sm12Co6QFesZr 5Nb5Al6B4) 1Q。xSix中以原子百分比計(jì)所限定的元素 的組成范圍，來稱取該式中所涉及到的原料：純Sm、純Co、純Fe、純Zr、純Nb、純A1、B-Fe合 金和純Si的重量，由此完成原料配制，上述原料配比式中x = 0. 1~8. 0 ;
[0011] 第二步，熔化原料制備母合金鑄錠：
[0012] 將第一步配制好的原料全部放入真空電弧熔煉爐或真空感應(yīng)熔煉爐坩堝中，熔煉 時(shí)先對爐體抽真空度到低于5X10 3Pa，爐溫升至高于1600°C，直至全部原料熔煉均勻，然 后倒入模具中冷卻，即制得（Sn^Cc^FeJrsNbsAleB^。。 xSix母合金鑄錠；
[0013]第三步，（SmuCoOTFesZrsNbsAlfsBji。。^乜薄帶磁體的制備：
[0014] 將第二步制得的（Sm12C〇6QFesZr 5Nb5Al6B4)1Q。xSix母合金鑄錠裝入熔體快淬爐中， 重新熔融后在以40m/s的圓周速度旋轉(zhuǎn)的冷卻鉬輥輪或銅輥輪上進(jìn)行熔體快淬，由此制得 具有非晶納米晶復(fù)合結(jié)構(gòu)的（Sm 12CoMFesZr5Nb5Al 6B4) 1()。xSi^帶磁體，其薄帶厚度為38~ 42 ym，主晶相的平均晶粒尺寸小于10nm ;
[0015] 第四步，對（SmuCoOTFesZrsNbsAlfsBji。。xSi x薄帶磁體進(jìn)行等溫退火處理：
[0016] 將第三步制得的（Sm^CoOTFesZrsNbsAlfsB^。。{:^薄帶磁體在真空爐中進(jìn)行等溫 退火處理，退火時(shí)先對真空爐爐體抽真空度到低于5X 10 3Pa，退火溫度選定為600°C~ 800°C，保溫時(shí)間設(shè)定為 lOmin ~120min，由此完成對（511112&36(^821' 5他;^16134)1。。 )!5;[)!薄帶 磁體的等溫退火處理，退火后的（Sm12Co MFesZr5Nb5Al6B 4) 1()。xSix薄帶磁體的平均晶粒尺寸為 10nm~30nm，依然為非晶納米晶的復(fù)合結(jié)構(gòu)，由此最終制得摻Si的低Sm含