[发明专利]具有明显自旋玻璃行为的铁基块体非晶合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有明显自旋玻璃行为的铁基块体非晶合金，其分子式为：Fe_48‑xCo_xCr₁₅Mo₁₄C_yB_21‑yRE₂，其中1≤x≤7，3≤y≤17，x和y分别表示Co和C的原子百分比，RE为稀土元素。本发明具有较高的热稳定性和非晶形成能力，临界直径最大可达8mm，具有低Co含量，降低了原材料成本，并且制备方法简单、效率高，原料利用率高，可以制备出大尺寸的非晶棒材。

技术领域

本发明涉及非晶合金及其制备方法，具体涉及一种具有明显自旋玻璃行为的铁基块体非晶合金及其制备方法。

背景技术

近年来，对于特殊条件下使用的磁性器件的要求逐渐增多，如深海探测、极端地区或气候条件下的军事作战等，这对磁性器件使用的磁性材料的性能特征提出了更多的要求和挑战。

铁基非晶合金由于具有优异的软磁性能，目前已经成功实现商业化，将其作为代替传统硅钢片的变压器用铁芯材料，可以大幅降低使用过程中由于材料自身产生的损耗，从而可以提高能量转化效率，实现节能减排和绿色工业。除了常温以及高温时的软磁性能，铁基非晶还有一些低温下的特殊磁性能也值得研究。自旋玻璃材料在T<T_f时，有磁化不可逆、剩磁、弛豫效应和记忆效应等非平衡态特点，是新一代低温磁存储材料的有力竞争者。铁基非晶合金中磁性原子在一个大的范围内连续可调，这为研究磁矩之间的耦合强度对其基态的影响提供了方便。铁基非晶合金具有优良的力学性能和低原材料成本优势，是研究自旋玻璃等诸多基本问题的理想体系。

Amiya K等研究了(Fe_1-xCo_x)₄₈Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Tm₂(x＝0/0.2/0.4/0.6/0.8/1)体系的非晶形成能力和力学性能，但是该合金系中Co含量较高，增加了原材料成本，其他研究者降低了Co含量后会造成非晶形成能力急剧下降。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种具有明显自旋玻璃行为的铁基块体非晶合金及其制备方法，解决现有铁基非晶合金中Co含量较高，成本高，非晶形成能力差，效率低的问题。

技术方案：本发明所述的具有明显自旋玻璃行为的铁基块体非晶合金，其分子式为：Fe_48-xCo_xCr₁₅Mo₁₄C_yB_21-yRE₂，其中1≤x≤7，3≤y≤17，x和y分别表示Co和C的原子百分比，RE为稀土元素。

其中，RE为Tb、Dy、Ho、Er或Tm中的一种。所述铁基块体非晶合金结构为完全非晶态结构，临界直径为1-8mm。玻璃化转变温度T_g为845-891K，晶化温度T_x为906-953K。在2-60K温度区间内具有明显自旋玻璃行为。所述铁基块体非晶合金的直流磁化曲线中的零场冷曲线和场冷曲线有明显的分叉行为，冻结温度T_f为8.0-20.5K，并且交流磁化曲线中磁化率呈现尖峰状，且随着频率的增加，峰形逐渐变得圆滑。

本发明所述的具有明显自旋玻璃行为的铁基块体非晶合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)根据分子式的原子百分比将纯度不低于99wt.％的Fe、Co、Cr、Mo、Mo₃C、FeC、C、B、Tb、Dy、Ho、Er和Tm混合；

(2)将混合的原料置于电弧熔炼炉中，在惰性气氛保护下进行熔炼，熔炼温度为1000-1300℃，冷却后得到成分均匀的母合金铸锭；