[发明专利]一种岛状磁晶结构的软磁高熵合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种岛状磁晶结构的软磁高熵合金材料，为核壳结构，以具有软磁性能的微纳米高熵合金为核，水热法制备的非磁性金属氧化物包覆于微纳米高熵合金磁晶表面层为壳，在放电等离子烧结致密化后，核壳结构的高熵合金磁晶形成岛状磁晶结构软磁材料。本发明所获得的软磁性材料纳米磁晶之间产生磁耦合效应，有利于改善高熵合金的磁饱和强度及矫顽力。

技术领域

本发明涉及一种岛状磁晶结构的软磁高熵合金材料及其制备方法，属于磁性材料技术领域。

背景技术

块体高熵合金（HEA）具有高强度、高硬度、低的弹性模量与大的弹性应变极限等一系列不同于传统晶态合金的优异力学性能，使得其被认为是极具潜力的结构材料。然而，高熵合金的磁性，尤其是软磁性能并未得到有效研究与开发，严重制约了功能性高熵合金的实际工程应用。因此，如何利用磁场交换耦合效应对改善高熵合金的磁饱和强度和矫顽力，并制备出软磁性能优良的高熵合金，是高熵合金进一步研究的热点问题。

在软磁合金材料中，传统合金在使用上有一定的局限性，如FeNi合金脆性大、韧性低、电阻率低等。铁钴镍基高熵合金（FeCoNi-HEA）具有良好的软磁性能及力学性能，并且能够通过合金元素的含量调控可以获得最优软磁及力学性能之间平衡关系，有望成为潜在的磁性功能材料。研究表明：铸态的三元等原子比FeCoNi具有高磁饱和强度（Ms=151emu/g）和较低的矫顽力（Hc=1.52T）。众所周知，合金的磁性对合金元素、合金相结构非常敏感，例如在FeCoNi三元合金中加入等原子Cr元素，合金的磁性由铁磁性转变为顺磁性，继续添加Al或Pb，合金将再次变为铁磁性；FeCoCrNiAl高熵合金的Ms=13emu/g，FeCoCrNiPb₂合金的Ms=34emu/g。基于上述研究，具有晶格非对称的高熵合金属于多主元超级无序固溶体体系，其最大优势是能够通过调控元素组成及含量控制合金相及其磁学性能，这就使得高熵合金应用于磁性材料领域成为可能。因此，开发高熵合金的软磁性能并拓展其功能性是具有工程意义的。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种岛状磁晶结构的软磁高熵合金材料及其制备方法，采用水热法制备核壳结构的预制粉体，再经过放电等离子烧结制备非磁性氧化物隔离高熵合金磁晶的岛状结构块体材料，在保持高熵合金优异强度和硬度的同时，提高材料的磁饱和强度和降低其矫顽力。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种岛状磁晶结构的软磁高熵合金材料，为核壳结构，以具有软磁性能的微纳米高熵合金为核，水热法制备的非磁性氧化物包覆于微纳米高熵合金磁晶表面层为壳，在放电等离子烧结致密化后，核壳结构的高熵合金磁晶形成岛状磁晶结构软磁材料。

优选地，所述微纳米高熵合金成分为（Fe_xCo_yNi_z）CuBX，其中x、y、z≥1且x+y+z≥3.5，非磁性元素Cu、B、X含量均为1，X元素为Ti、Al、Cr中的一种。

优选地，所述原材料Ti、Al、Fe、Cr、Co、Ni、Cu、B粉末纯度均99.99%，粒度均≤45μm。

优选地，作为壳体材料的非磁性氧化物为SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂中的一种。

优选地，作为核结构的微纳米高熵合金磁晶大小为100-200nm，壳层厚度为10-25nm。

一种岛状磁晶结构的软磁高熵合金材料的制备方法，包括如下步骤：