磁性高熵合金薄膜及其制备方法与高熵合金薄膜的应用

摘要

本发明提供了磁性高熵合金薄膜及其制备方法与高熵合金薄膜的应用：磁性高熵合金薄膜包括铁、钴、镍、铝、钐或钕；或者磁性高熵合金薄膜包括铁、钴、镍、铝、钐、钕；磁性高熵合金薄膜的方法，包括以下步骤：熔炼、电磁搅拌、注模、破碎成粉末、过筛、热喷涂；以及介绍了磁性高熵合金薄膜的用途。本发明不仅可以提高高熵合金的强度和耐腐蚀性能，而且通过往高熵合金中引入金属钐或者金属钕这类具有良好原子磁矩的稀土元素，可以在保证高熵合金力学性能的同时，使得高熵合金材料同时具有磁性能，能够拓展高熵合金材料的应用领域。

权利要求

1.一种制备磁性高熵合金薄膜的方法，该磁性高熵合金包括5％至35％质量分数的铁、

5％至35％质量分数的钴、5％至35％质量分数的镍、5％至35％质量分数的铝，与5％至35％质量分数的钐或者5％至35％质量分数的钕,其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)熔炼：取金属铁、钴、镍、铝、钐或钕，真空度为10-3Pa至10-2Pa；

2)电磁搅拌：电磁搅拌熔炼后的金属合金；

3)注模：将搅拌均匀的熔炼状金属合金浇注进模具里，制备成块状合金；

4)破碎成粉末：将制备的块状合金破碎；将破碎后的合金碎成粉末；

5)过筛：经高能球磨后的粉末过400目至800目的筛子；

6)热喷涂：将过筛后的粉末进行热喷涂，粉末熔化后经过1T到2T磁场取向，制得各向异性磁性高熵合金薄膜。

2.一种制备磁性高熵合金薄膜的方法，该磁性高熵合金包括5％至35％质量分数的铁、

5％至35％质量分数的钴、5％至35％质量分数的镍、5％至35％质量分数的铝、5％至35％质量分数的钐、5％至35％质量分数的钕,其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)熔炼：取金属铁、钴、镍、铝、钐、钕，真空度为10-3Pa至10-2Pa；

2)电磁搅拌：电磁搅拌熔炼后的金属合金；

3)注模：将搅拌均匀的熔炼状金属合金浇注进模具里，制备成块状合金；

4)破碎成粉末：将制备的块状合金破碎；将破碎后的合金碎成粉末；

5)过筛：经高能球磨后的粉末过400目至800目的筛子；

6)热喷涂：将过筛后的粉末进行热喷涂，粉末熔化后的焰流经过1T到2T磁场取向，制得各向异性磁性高熵合金薄膜。

3.如权利要求1或2所述的制备磁性高熵合金薄膜的方法，其特征在于，合金的熔炼方式包括真空感应熔炼和真空电弧熔炼。

4.如权利要求1或2所述的制备磁性高熵合金薄膜的方法，其特征在于，合金破碎成粉末的方式包括高能球磨、气流磨或等离子体气雾化制粉。

5.如权利要求4所述的制备磁性高熵合金薄膜的方法，其特征在于，高能球磨24小时至

48小时。

6.如权利要求1或2所述的制备磁性高熵合金薄膜的方法，其特征在于，制得各向异性磁性高熵合金薄膜含有非晶、纳米晶的单种或者多种晶体结构。

7.如权利要求1或2所述的制备磁性高熵合金薄膜的方法，其特征在于，热喷涂方式是电弧喷涂或等离子喷涂。

8.如权利要求1或2所述 的 方法所制备的一种磁性高熵合金薄膜的用途，其特征在于，磁性高熵合金薄膜用于制造微特电机的定子或转子、磁传感器的磁敏器件或硬盘磁头。

说明书

磁性高熵合金薄膜及其制备方法与高熵合金薄膜的应用

技术领域

[0001] 本发明属于高熵合金材料领域，特别涉及一种磁性高熵合金的制备方法。

背景技术

[0002] 高熵合金一般可以被定义为由五个以上的元素组元按照等原子比或接近于等原子比合金化，其混合熵高于合金的熔化熵，一般形成高熵固溶体相的一类合金。高熵合金的主要成分是铁、镍、钴等金属元素，这些元素是构成磁性材料体系的基础。高熵合金具有一些传统合金所无法比拟的优异性能，如高强度、高硬度、高耐磨耐腐蚀性、高热阻、高电阻等，从而成为在材料科学和凝聚态物理领域中继大块非晶之后一个新的研究热点。

[0003] 然而，到目前为止，很少有研究关注高熵合金的磁性能，因此有必要研究一种具有磁性的高熵合金制备方法，以填补这方面的空白。

发明内容

[0004] 本发明制备了一种磁性高熵合金。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

[0005] 一种磁性高熵合金薄膜，该磁性高熵合金包括5％至35％质量分数的铁、5％至35％质量分数的钴、5％至35％质量分数的镍、5％至35％质量分数的铝，与5％至35％质量分数的钐或者5％至35％质量分数的钕。

[0006] 本发明技术方案中铁、钴、镍、铝是必须加入的金属，而金属钐、钕是可以选择加入；可以选择加入金属钐或者金属钕。整个磁性高熵合金薄膜由5种金属混合而成。

[0007] 一种磁性高熵合金薄膜，该磁性高熵合金包括5％至35％质量分数的铁、5％至35％质量分数的钴、5％至35％质量分数的镍、5％至35％质量分数的铝、5％至35％质量分数的钐、5％至35％质量分数的钕。

[0008] 本发明技术方案中需同时加入铁、钴、镍、铝、钐、钕；整个磁性高熵合金薄膜由6种金属混合而成。

[0009] 一种制备上述的磁性高熵合金薄膜的方法，该方法包括以下步骤：

[0010] 1)熔炼：取金属铁、钴、镍、铝、钐或钕，真空度为10-3Pa至10-2Pa；

[0011] 该步骤中，铁、钴、镍、铝是必须加入的金属，而金属钐、钕是可以选择加入；可以选择加入金属钐或者金属钕。整个磁性高熵合金薄膜由5种金属混合而成；

[0012] 2)电磁搅拌：电磁搅拌熔炼后的金属合金；

[0013] 3)注模：将搅拌均匀的熔炼状金属合金浇注进模具里，制备成块状合金；

[0014] 4)破碎成粉末：将制备的块状合金破碎；将破碎后的合金碎成粉末；

[0015] 5)过筛：经高能球磨后的粉末过400目至800目的筛子；

[0016] 6)热喷涂：将过筛后的粉末进行热喷涂，粉末熔化后经过1T到2T磁场取向，制得各向异性磁性高熵合金薄膜。

[0017] 粉末熔化后经过1T到2T磁场进行取向，能够显著增加高熵合金薄膜的磁性能。

[0018] 一种制备上述的磁性高熵合金薄膜的方法，该方法包括以下步骤：

[0019] 1)熔炼：取金属铁、钴、镍、铝、钐、钕，真空度为10-3Pa至10-2Pa；

[0020] 该步骤中，需同时加入铁、钴、镍、铝、钐、钕；整个磁性高熵合金薄膜由6种金属混合而成；

[0021] 2)电磁搅拌：电磁搅拌熔炼后的金属合金；

[0022] 3)注模：将搅拌均匀的熔炼状金属合金浇注进模具里，制备成块状合金；

[0023] 4)破碎成粉末：将制备的块状合金破碎；将破碎后的合金碎成粉末；

[0024] 5)过筛：经高能球磨后的粉末过400目至800目的筛子；

[0025] 6)热喷涂：将过筛后的粉末进行热喷涂，粉末熔化后经过1T到2T磁场取向，制得各向异性磁性高熵合金薄膜。

[0026] 粉末熔化后经过1T到2T磁场进行取向，能够显著增加高熵合金薄膜的磁性能。

[0027] 优选地，所述的制备磁性高熵合金薄膜的方法，合金的熔炼方式包括真空感应熔炼和真空电弧熔炼。

[0028] 优选地，所述的制备磁性高熵合金薄膜的方法，合金破碎成粉末的方式包括高能球磨、气流磨或等离子体气雾化制粉。

[0029] 优选地，所述的制备磁性高熵合金薄膜的方法，高能球磨24小时至48小时。

[0030] 优选地，所述的制备磁性高熵合金薄膜的方法，制得各向异性磁性高熵合金薄膜含有非晶、纳米晶的单种或者多种晶体结构。

[0031] 优选地，所述的制备磁性高熵合金薄膜的方法，热喷涂方式是电弧喷涂或等离子喷涂。

[0032] 一种磁性高熵合金薄膜的用途，磁性高熵合金薄膜用于制造微特电机的定子或转子、磁传感器的磁敏器件或硬盘磁头。

[0033] 由于金属钐和金属钕是属于稀土元素，具有独特的3d4f轨道，具有良好的原子磁矩。稀土元素如钐和钕的各向异性高，原子交换作用弱。过度族金属如铁、镍、钴的原子交换作用强，各向异性弱。将稀土元素和过度族金属复合可以制备高磁性能的高熵合金。

[0034] 本发明不仅可以提高高熵合金的强度和耐腐蚀性能，而且通过往高熵合金中引入金属钐或者金属钕这类具有良好原子磁矩的稀土元素，可以在保证高熵合金力学性能的同时，使得高熵合金材料同时具有磁性能，能够拓展高熵合金材料的应用领域。

[0035] 与此同时，本发明采用热喷涂方式，将高熵合金制成薄膜状，因为薄膜状的金属合金相对于“合金金属锭”有着特有的性能，也能够拓展高熵合金的应用领域。

具体实施方式

[0036] 为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施方式详予说明。

[0037] 实施例1

[0038] 本实施例的具体工艺方法如下：

[0039] 一种磁性高熵合金薄膜，该磁性高熵合金包括35g的铁、5g的钴、35g的镍、5g的铝、20g的钐。

[0040] 一种制备上述的磁性高熵合金薄膜的方法，该方法包括以下步骤：

[0041] 熔炼：取35g的铁、5g的钴、35g的镍、5g的铝、20g的钐于真空感应熔炼进行熔炼，真空度为10-3Pa；

[0042] 电磁搅拌：电磁搅拌熔炼后的金属合金；

[0043] 注模：将搅拌均匀的熔炼状金属合金浇注进模具里，制备成块状合金；

[0044] 破碎成粉末：将制备的块状合金破碎；采用高能球磨将破碎后的合金碎成粉末；高能球磨24小时；

[0045] 过筛：经高能球磨后的粉末过400目的筛子；

[0046] 热喷涂：将过筛后的粉末进行加入电弧喷涂设备中，粉末熔化后的焰流经过1T磁场取向，制得各向异性磁性高熵合金薄膜。

[0047] 上述制备的磁性高熵合金薄膜，用于制造微特电机的定子或转子、磁传感器的磁敏器件或硬盘磁头。

[0048] 实施例2

[0049] 本实施例的具体工艺方法如下：

[0050] 一种磁性高熵合金薄膜，该磁性高熵合金包括5g的铁、35g的钴、5g的镍、35g的铝、20g的钕。

[0051] 一种制备上述的磁性高熵合金薄膜的方法，该方法包括以下步骤：

[0052] 熔炼：取5g的铁、35g的钴、5g的镍、35g的铝、20g的钕于真空电弧熔炼进行熔炼，真空度为10-2Pa；

[0053] 电磁搅拌：电磁搅拌熔炼后的金属合金；

[0054] 注模：将搅拌均匀的熔炼状金属合金浇注进模具里，制备成块状合金；

[0055] 破碎成粉末：将制备的块状合金破碎；采用气流磨将破碎后的合金碎成粉末；

[0056] 过筛：经高能球磨后的粉末过800目的筛子；

[0057] 热喷涂：将过筛后的粉末进行加入等离子喷涂设备中，粉末熔化后的焰流经过2T磁场取向，制得各向异性磁性高熵合金薄膜。

[0058] 上述制备的磁性高熵合金薄膜，用于制造微特电机的定子或转子、磁传感器的磁敏器件或硬盘磁头。

[0059] 实施例3

[0060] 本实施例的具体工艺方法如下：

[0061] 一种磁性高熵合金薄膜，该磁性高熵合金包括25g的铁、15g的钴、25g的镍、15g的铝、5g的钐、15g的钕。

[0062] 一种制备上述的磁性高熵合金薄膜的方法，该方法包括以下步骤：

[0063] 熔炼：取25g的铁、15g的钴、25g的镍、15g的铝、5g的钐、15g的钕于真空感应熔炼进-3行熔炼，真空度为3×10 Pa；

[0064] 电磁搅拌：电磁搅拌熔炼后的金属合金；

[0065] 注模：将搅拌均匀的熔炼状金属合金浇注进模具里，制备成块状合金；

[0066] 破碎成粉末：将制备的块状合金破碎；采用高能球磨的方式将破碎后的合金碎成粉末；高能球磨48小时；

[0067] 过筛：经高能球磨后的粉末过500目的筛子；

[0068] 热喷涂：将过筛后的粉末进行加入电弧喷涂设备中，粉末熔化后的焰流经过1.3T磁场取向，制得各向异性磁性高熵合金薄膜。

[0069] 上述制备的磁性高熵合金薄膜，用于制造微特电机的定子或转子、磁传感器的磁敏器件或硬盘磁头。

[0070] 实施例4

[0071] 本实施例的具体工艺方法如下：

[0072] 一种磁性高熵合金薄膜，该磁性高熵合金包括20g的铁、10g的钴、20g的镍、10g的铝、35g的钐、5g的钕。

[0073] 一种制备上述的磁性高熵合金薄膜的方法，该方法包括以下步骤：

[0074] 熔炼：取20g的铁、10g的钴、20g的镍、10g的铝、35g的钐、5g的钕于真空电弧熔炼进行熔炼，真空度为8×10-3Pa；

[0075] 电磁搅拌：电磁搅拌熔炼后的金属合金；

[0076] 注模：将搅拌均匀的熔炼状金属合金浇注进模具里，制备成块状合金；

[0077] 破碎成粉末：将制备的块状合金破碎；采用气流磨的方式将破碎后的合金碎成粉末；

[0078] 过筛：经高能球磨后的粉末过700目的筛子；

[0079] 热喷涂：将过筛后的粉末进行加入等离子喷涂设备中，粉末熔化后的焰流经过1.5T磁场取向，制得各向异性磁性高熵合金薄膜。

[0080] 上述制备的磁性高熵合金薄膜，用于制造微特电机的定子或转子、磁传感器的磁敏器件或硬盘磁头。

[0081] 实施例5

[0082] 本实施例的具体工艺方法如下：

[0083] 一种磁性高熵合金薄膜，该磁性高熵合金包括15g的铁、10g的钴、10g的镍、20g的铝、10g的钐、35g的钕。

[0084] 一种制备上述的磁性高熵合金薄膜的方法，该方法包括以下步骤：

[0085] 熔炼：取15g的铁、10g的钴、10g的镍、20g的铝、10g的钐、35g的钕于真空感应熔炼进行熔炼，真空度为5×10-3Pa；

[0086] 电磁搅拌：电磁搅拌熔炼后的金属合金；

[0087] 注模：将搅拌均匀的熔炼状金属合金浇注进模具里，制备成块状合金；

[0088] 破碎成粉末：将制备的块状合金破碎；采用等离子体气雾化制粉的方式将破碎后的合金碎成粉末；

[0089] 过筛：经高能球磨后的粉末过400目至800目的筛子；

[0090] 热喷涂：将过筛后的粉末进行加入电弧喷涂设备中，粉末熔化后的焰流经过1.8T磁场取向，制得各向异性磁性高熵合金薄膜。

[0091] 上述制备的磁性高熵合金薄膜，用于制造微特电机的定子或转子、磁传感器的磁敏器件或硬盘磁头。

[0092] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接应用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。