本發(fā)明涉及金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種鐵基非晶合金復(fù)合材料。

背景技術(shù)：

鐵基非晶及納米晶合金具有優(yōu)異的軟磁、力學(xué)性能，低廉的價格，在功能材料和結(jié)構(gòu)工程材料具有廣泛的應(yīng)用前景。但是其非晶形成能力仍然有限，飽和磁化強(qiáng)度低于傳統(tǒng)的硅鋼合金，退火晶化后，雖然提高了飽和磁化強(qiáng)度和磁導(dǎo)率，但是合金的兩次晶化溫度區(qū)間過窄，非晶相居里溫度偏低，晶化后材料變脆等缺陷限制材料的高溫應(yīng)用。另外，鐵基非晶合金缺少室溫塑性，材料易發(fā)生脆性斷裂。如何通過合理的成分設(shè)計提高鐵基非晶合金非晶形成能力，增強(qiáng)非晶合金導(dǎo)磁和韌性，降低矯頑力和脆性，對開發(fā)高性能的鐵基非晶及復(fù)合材料有現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供鐵基非晶合金復(fù)合材料，通過優(yōu)化成分設(shè)計和采用合適的制備工藝，使得到的鐵基非晶合金復(fù)合材料具備優(yōu)秀的導(dǎo)磁性、室溫塑性和較小的矯頑力等綜合性能，以彌補(bǔ)現(xiàn)有材料的不足。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種鐵基非晶合金復(fù)合材料，所述鐵基非晶合金復(fù)合材料的組成為：Fe_aAl_bGa_cY_3-dV_dIn_xCo_yB_zSi_r，其中a，b，c，d，x，y，z，r為原子百分比，70≤a≤76，3≤b≤5，c的值為0或2，0≤d≤3，0≤x≤1.86，8≤Co≤10，z的值為4或8，0≤r≤3。

作為優(yōu)選，所述鐵基非晶合金復(fù)合材料的組成為：Fe₇₆Al₄Ga₂Y₃In_1.86Co₈B₄Si_1.14。

作為優(yōu)選，所述鐵基非晶合金復(fù)合材料的組成為：Fe₇₂Al₅Ga₂V₃Co₁₀B₈。

作為優(yōu)選，所述鐵基非晶合金復(fù)合材料的組成為：Fe₇₀Al₃Ga₂Y_1.63 V_1.37In₁Co₁₀B₈Si₃。

作為優(yōu)選，所述鐵基非晶合金復(fù)合材料的組成為：Fe₇₆Al₅Y_1.47V_1.53Co₉B₄Si₃。

進(jìn)一步，本發(fā)明的基非晶合金復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟：

步驟一、原料準(zhǔn)備，分別取純度為99.99%，粒度為40μm的Fe粉，純度為99.5%，粒度為80μm的Al粉，純度為99%，粒度為80μm的Ga粉，純度為99%，粒度為75μm的Y粉，純度為99.5%，粒度為75μm的V粉，純度為97.5%，粒度為120μm的In粉，純度為98.5%，粒度為75μm的Co粉，純度為99.9%，粒度為15μm的B粉和 純度為99.9%，粒度為75μm的Si粉，按原子百分比配成名義合金成分，然后與直徑為8mm的硬質(zhì)合金球一起置于行星式球磨罐中進(jìn)行球磨，球磨前球磨罐要抽真空處理，待球磨罐內(nèi)真空度達(dá)到0.5Pa時，向球磨罐內(nèi)充入1MPa的氬氣，球磨時球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300r/min，球粉質(zhì)量比為25:1，球磨時間為150h，得到鐵基非晶粉末；

步驟2、將得到的鐵基非晶粉末置于熱處理爐中進(jìn)行退火處理，退火溫度為550℃，升溫速率為20℃/min，退火時間為1h，得到退火后的鐵基非晶粉末；

步驟3、將得到的退火后的鐵基非晶粉末置于導(dǎo)熱率大于30W/（m·K）的硬質(zhì)合金模具中，裝配好模具，然后將模具置于放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行高壓燒結(jié)，燒結(jié)前抽取燒結(jié)室內(nèi)的真空至0.5Pa，燒結(jié)時燒結(jié)壓力為500MPa，燒結(jié)溫度為950℃，升溫速率為90℃/min，保溫8min，最后快速冷卻至室溫。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

1、In的加入能夠增大有效剪切帶形成的區(qū)域，剪切帶形成區(qū)域的集體移動促使剪切帶的形成，使得合金在塑性流動過程中產(chǎn)生大的內(nèi)應(yīng)力集中，并形成新的剪切帶形成區(qū)域，進(jìn)而提高了非晶合金復(fù)合材料的塑性，同時，為了進(jìn)一步提高非晶合金復(fù)合材料的室溫塑性，通過機(jī)械球磨，熱處理等方式使合金材料內(nèi)析出納米尺度不均勻的晶態(tài)相，納米尺度晶態(tài)相能阻礙剪切帶的快速擴(kuò)展，促進(jìn)剪切帶分叉，形成多重剪切帶，從而提高塑性，由于析出的納米晶主要為α-Fe晶粒，α-Fe晶粒通過晶間殘存的非晶相發(fā)生強(qiáng)烈的次交換耦合作用，使得磁晶各向異性大為減小，軟磁性能得到優(yōu)化，同時，Co原子能與非晶基體中的Fe原子發(fā)生鐵磁耦合，形成Fe-Co和Co-Co原子對，通過退火工藝形成鐵磁納米雙相合金，使原來非晶相中產(chǎn)生了一定的鐵磁有序，提高了合金材料的居里溫度，因此，本發(fā)明的鐵基非晶合金復(fù)合材料具備優(yōu)異的高塑性和軟磁性能，其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到B_s=1.73T；

2、采用粉末冶金的方式可制備出大塊非晶合金復(fù)合材料，將非晶合金粉末高壓燒結(jié)后，得到的大塊非晶合金的致密度達(dá)到98.7%，強(qiáng)度高達(dá)2.08GPa，力學(xué)性能良好，能夠滿足工業(yè)需要；

3、本發(fā)明的鐵基非晶合金復(fù)合材料不含有昂貴的稀土元素，唯一較貴的銦元素需求量也極少，因此其制造成本不高，工藝不復(fù)雜，易于實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明作詳細(xì)的說明。

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例一

一種鐵基非晶合金復(fù)合材料，所述鐵基非晶合金復(fù)合材料的組成為：Fe₇₆Al₄Ga₂Y₃In_1.86Co₈B₄Si_1.14，其制備方法包括以下幾個步驟：

步驟一、原料準(zhǔn)備，分別取純度為99.99%，粒度為40μm的Fe粉，純度為99.5%，粒度為80μm的Al粉，純度為99%，粒度為80μm的Ga粉，純度為99%，粒度為75μm的Y粉，純度為97.5%，粒度為120μm的In粉，純度為98.5%，粒度為75μm的Co粉，純度為99.9%，粒度為15μm的B粉和 純度為99.9%，粒度為75μm的Si粉，按原子百分比配成名義合金成分，然后與直徑為8mm的硬質(zhì)合金球一起置于行星式球磨罐中進(jìn)行球磨，球磨前球磨罐要抽真空處理，待球磨罐內(nèi)真空度達(dá)到0.5Pa時，向球磨罐內(nèi)充入1MPa的氬氣，球磨時球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300r/min，球粉質(zhì)量比為25:1，球磨時間為150h，得到鐵基非晶粉末；

步驟2、將得到的鐵基非晶粉末置于熱處理爐中進(jìn)行退火處理，退火溫度為550℃，升溫速率為20℃/min，退火時間為1h，得到退火后的鐵基非晶粉末；

步驟3、將得到的退火后的鐵基非晶粉末置于導(dǎo)熱率大于30W/（m·K）的硬質(zhì)合金模具中，裝配好模具，然后將模具置于放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行高壓燒結(jié)，燒結(jié)前抽取燒結(jié)室內(nèi)的真空至0.5Pa，燒結(jié)時燒結(jié)壓力為500MPa，燒結(jié)溫度為950℃，升溫速率為90℃/min，保溫8min，最后快速冷卻至室溫。

實(shí)施例二

一種鐵基非晶合金復(fù)合材料，所述鐵基非晶合金復(fù)合材料的組成為：Fe₇₂Al₅Ga₂V₃Co₁₀B₈，其制備方法包括以下幾個步驟：

步驟一、原料準(zhǔn)備，分別取純度為99.99%，粒度為40μm的Fe粉，純度為99.5%，粒度為80μm的Al粉，純度為99%，粒度為80μm的Ga粉，純度為99.5%，粒度為75μm的V粉，純度為98.5%，粒度為75μm的Co粉，純度為99.9%，粒度為15μm的B粉，按原子百分比配成名義合金成分，然后與直徑為8mm的硬質(zhì)合金球一起置于行星式球磨罐中進(jìn)行球磨，球磨前球磨罐要抽真空處理，待球磨罐內(nèi)真空度達(dá)到0.5Pa時，向球磨罐內(nèi)充入1MPa的氬氣，球磨時球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300r/min，球粉質(zhì)量比為25:1，球磨時間為150h，得到鐵基非晶粉末；

步驟2、將得到的鐵基非晶粉末置于熱處理爐中進(jìn)行退火處理，退火溫度為550℃，升溫速率為20℃/min，退火時間為1h，得到退火后的鐵基非晶粉末；

步驟3、將得到的退火后的鐵基非晶粉末置于導(dǎo)熱率大于30W/（m·K）的硬質(zhì)合金模具中，裝配好模具，然后將模具置于放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行高壓燒結(jié)，燒結(jié)前抽取燒結(jié)室內(nèi)的真空至0.5Pa，燒結(jié)時燒結(jié)壓力為500MPa，燒結(jié)溫度為950℃，升溫速率為90℃/min，保溫8min，最后快速冷卻至室溫。

實(shí)施例三

一種鐵基非晶合金復(fù)合材料，所述鐵基非晶合金復(fù)合材料的組成為：：Fe₇₀Al₃Ga₂Y_1.63V_1.37In₁ Co₁₀B₈Si₃，其制備方法包括以下幾個步驟：

步驟一、原料準(zhǔn)備，分別取純度為99.99%，粒度為40μm的Fe粉，純度為99.5%，粒度為80μm的Al粉，純度為99%，粒度為80μm的Ga粉，純度為99%，粒度為75μm的Y粉，純度為99.5%，粒度為75μm的V粉，純度為97.5%，粒度為120μm的In粉，純度為98.5%，粒度為75μm的Co粉，純度為99.9%，粒度為15μm的B粉和 純度為99.9%，粒度為75μm的Si粉，按原子百分比配成名義合金成分，然后與直徑為8mm的硬質(zhì)合金球一起置于行星式球磨罐中進(jìn)行球磨，球磨前球磨罐要抽真空處理，待球磨罐內(nèi)真空度達(dá)到0.5Pa時，向球磨罐內(nèi)充入1MPa的氬氣，球磨時球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300r/min，球粉質(zhì)量比為25:1，球磨時間為150h，得到鐵基非晶粉末；

步驟2、將得到的鐵基非晶粉末置于熱處理爐中進(jìn)行退火處理，退火溫度為550℃，升溫速率為20℃/min，退火時間為1h，得到退火后的鐵基非晶粉末；

步驟3、將得到的退火后的鐵基非晶粉末置于導(dǎo)熱率大于30W/（m·K）的硬質(zhì)合金模具中，裝配好模具，然后將模具置于放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行高壓燒結(jié)，燒結(jié)前抽取燒結(jié)室內(nèi)的真空至0.5Pa，燒結(jié)時燒結(jié)壓力為500MPa，燒結(jié)溫度為950℃，升溫速率為90℃/min，保溫8min，最后快速冷卻至室溫。

實(shí)施例四

一種鐵基非晶合金復(fù)合材料，所述鐵基非晶合金復(fù)合材料的組成為：Fe₇₆Al₅Y_1.47V_1.53Co₉B₄Si₃，其制備方法包括以下幾個步驟：

步驟一、原料準(zhǔn)備，分別取純度為99.99%，粒度為40μm的Fe粉，純度為99.5%，粒度為80μm的Al粉，純度為99%，粒度為75μm的Y粉，純度為99.5%，粒度為75μm的V粉，純度為98.5%，粒度為75μm的Co粉，純度為99.9%，粒度為15μm的B粉和 純度為99.9%，粒度為75μm的Si粉，按原子百分比配成名義合金成分，然后與直徑為8mm的硬質(zhì)合金球一起置于行星式球磨罐中進(jìn)行球磨，球磨前球磨罐要抽真空處理，待球磨罐內(nèi)真空度達(dá)到0.5Pa時，向球磨罐內(nèi)充入1MPa的氬氣，球磨時球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300r/min，球粉質(zhì)量比為25:1，球磨時間為150h，得到鐵基非晶粉末；

步驟2、將得到的鐵基非晶粉末置于熱處理爐中進(jìn)行退火處理，退火溫度為550℃，升溫速率為20℃/min，退火時間為1h，得到退火后的鐵基非晶粉末；

步驟3、將得到的退火后的鐵基非晶粉末置于導(dǎo)熱率大于30W/（m·K）的硬質(zhì)合金模具中，裝配好模具，然后將模具置于放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行高壓燒結(jié)，燒結(jié)前抽取燒結(jié)室內(nèi)的真空至0.5Pa，燒結(jié)時燒結(jié)壓力為500MPa，燒結(jié)溫度為950℃，升溫速率為90℃/min，保溫8min，最后快速冷卻至室溫。

實(shí)施例五

一種鐵基非晶合金復(fù)合材料，所述鐵基非晶合金復(fù)合材料的組成為：Fe₇₄Al₃V₃In_1.54Co₉B₈Si_1.46，其制備方法包括以下幾個步驟：

步驟一、原料準(zhǔn)備，分別取純度為99.99%，粒度為40μm的Fe粉，純度為99.5%，粒度為80μm的Al粉，純度為99.5%，粒度為75μm的V粉，純度為97.5%，粒度為120μm的In粉，純度為98.5%，粒度為75μm的Co粉，純度為99.9%，粒度為15μm的B粉和 純度為99.9%，粒度為75μm的Si粉，按原子百分比配成名義合金成分，然后與直徑為8mm的硬質(zhì)合金球一起置于行星式球磨罐中進(jìn)行球磨，球磨前球磨罐要抽真空處理，待球磨罐內(nèi)真空度達(dá)到0.5Pa時，向球磨罐內(nèi)充入1MPa的氬氣，球磨時球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300r/min，球粉質(zhì)量比為25:1，球磨時間為150h，得到鐵基非晶粉末；

步驟2、將得到的鐵基非晶粉末置于熱處理爐中進(jìn)行退火處理，退火溫度為550℃，升溫速率為20℃/min，退火時間為1h，得到退火后的鐵基非晶粉末；

步驟3、將得到的退火后的鐵基非晶粉末置于導(dǎo)熱率大于30W/（m·K）的硬質(zhì)合金模具中，裝配好模具，然后將模具置于放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行高壓燒結(jié)，燒結(jié)前抽取燒結(jié)室內(nèi)的真空至0.5Pa，燒結(jié)時燒結(jié)壓力為500MPa，燒結(jié)溫度為950℃，升溫速率為90℃/min，保溫8min，最后快速冷卻至室溫。

實(shí)施例六

一種鐵基非晶合金復(fù)合材料，所述鐵基非晶合金復(fù)合材料的組成為：Fe₇₆Al₅Ga₂Y_1.27V_1.73Co₈B₄Si₂，其制備方法包括以下幾個步驟：

步驟一、原料準(zhǔn)備，分別取純度為99.99%，粒度為40μm的Fe粉，純度為99.5%，粒度為80μm的Al粉，純度為99%，粒度為80μm的Ga粉，純度為99%，粒度為75μm的Y粉，純度為99.5%，粒度為75μm的V粉，純度為98.5%，粒度為75μm的Co粉，純度為99.9%，粒度為15μm的B粉和 純度為99.9%，粒度為75μm的Si粉，按原子百分比配成名義合金成分，然后與直徑為8mm的硬質(zhì)合金球一起置于行星式球磨罐中進(jìn)行球磨，球磨前球磨罐要抽真空處理，待球磨罐內(nèi)真空度達(dá)到0.5Pa時，向球磨罐內(nèi)充入1MPa的氬氣，球磨時球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300r/min，球粉質(zhì)量比為25:1，球磨時間為150h，得到鐵基非晶粉末；

步驟2、將得到的鐵基非晶粉末置于熱處理爐中進(jìn)行退火處理，退火溫度為550℃，升溫速率為20℃/min，退火時間為1h，得到退火后的鐵基非晶粉末；

步驟3、將得到的退火后的鐵基非晶粉末置于導(dǎo)熱率大于30W/（m·K）的硬質(zhì)合金模具中，裝配好模具，然后將模具置于放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行高壓燒結(jié)，燒結(jié)前抽取燒結(jié)室內(nèi)的真空至0.5Pa，燒結(jié)時燒結(jié)壓力為500MPa，燒結(jié)溫度為950℃，升溫速率為90℃/min，保溫8min，最后快速冷卻至室溫。

測試上述各實(shí)施例得到的鐵基非晶合金，其性能如下表所示：

由上表可得到，當(dāng)非晶合金中含有銦時，其綜合性能最佳，當(dāng)非晶合金中不含有銦時，非晶合金隨Co含量的增多，其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，而當(dāng)B元素增多時，非晶合金的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度反而減小，同時，隨著V含量的增加，非晶合金的非晶形成能力，非晶熱穩(wěn)定性依次在降低，矯頑力升高，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度得到明顯提升。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。