本發明專利技術涉及非晶納米晶合金薄帶制造領域，特別涉及一種具有成分梯度的非晶合金帶材及其制造方法。該非晶合金帶材從表面向內部的0~200nm深度范圍內，成分梯度元素含量逐漸減少；其中，成分梯度元素為[B]、[C]、[N]、[Si]、[P]、[S]中的至少一種。本發明專利技術利用可在高溫下分解成活性原子的氣體在熔潭周圍溫下分解出[B]、[C]、[N]、[Si]、[P]、[S]等活性原子，將其滲入到熔體中形成濃度梯度，凝固后形成具有成分梯度的非晶合金帶材。本發明專利技術通過控制噴吹氣體的種類和濃度，可以調節帶材成分梯度層的元素種類、深度和元素含量。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種，屬于非晶納米晶合金薄帶制造領域。
技術介紹
梯度材料的表面至內部存在某些元素含量的連續變化，其制備方法可分為干法及濕法，如采用材料表面等離子噴涂的方法、電解沉積法、粉末冶金法等。由于該類材料成分及性能呈梯度變化，因而具有非常重要的應用價值，在航空航天、核工業、電子、化工、生物醫學等領域均有巨大的應用前景。非晶合金帶材作為一種磁性功能材料已經在電力、電子行業得到了廣泛應用，但通常的非晶合金帶材都是成分均勻的。中國專利CN201110298237. 9，名稱為“一種非晶梯度功能材料及其制備方法”，介紹了一種非晶梯度功能材料，該非晶梯度功能材料在厚度方向上由內生的至少一層非晶相合金層和一層非晶納米晶復相合金層交替組成，制造方法是將非晶合金薄帶或者塊體樣品材料放入一定的強度的磁場中，并升溫到不高于該樣品第一晶化溫度20°C，而不低于玻璃化溫度200°C的溫度進行退火5-180分鐘，得到非晶梯度功能材料。然而這種材料是在普通的均勻非晶合金帶材基礎上進行額外的熱處理而得到的，制造工藝較為復雜。中國專利CN200510066862. 5，名稱為“Fe基非晶態合金帶”，介紹了一種Fe基非晶態合金帶，在該合金帶內，C濃度分布在2-20nm范圍內具有峰值；但是該專利僅說明其專利技術的非晶帶材在厚度方向上存在成分的變化，而并沒有形成C元素濃度梯度，因此不具備梯度功能材料的特點。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種具有成分梯度的非晶合金帶材，其基體可以是鐵基、鈷基、鎳基、鈦基、鐵鎳基或鐵鈷基等。該種非晶合金帶材的特點是，某些元素的成分含量從表面沿著帶材厚度方向呈梯度變化，這些元素可包括、、、、、等的一種或幾種，這些元素在帶材厚度方向上具有成分梯度的范圍為0 200nm。本專利技術還提供一種具有成分梯度的非晶合金帶材的制造方法，該方法是在利用平面流工藝制造非晶合金帶材時，向熔潭周圍吹送氣體并在熔潭周圍形成特定的可控氣氛， 這些氣體在熔潭的高溫作用下分解成、、、、、等活性原子，這些活性原子從熔潭表面向內部擴散，進而形成成分梯度。在隨后的快速凝固過程中，成分梯度被固定下來，最終形成具有成分梯度的非晶合金帶材。為實現上述目的，本專利技術提供了如下技術方案一種具有成分梯度的非晶合金帶材，其特征在于該帶材從貼輥面和/或自由面的表面向內部的(T200nm深度范圍內，成分梯度元素含量逐漸減少；其中，成分梯度元素為 、、、、、中的至少一種。上述具有成分梯度的非晶合金帶材，其中B元素的成分梯度的變化范圍為O. Γ60% (原子百分比)；C元素的成分梯度的變化范圍為O. Γ75% (原子百分比)；N元素成分梯度的變化范圍為O. 05飛0% (原子百分比)；Si元素的成分梯度的變化范圍為O. Γ30% (原子百分比)；P元素成分梯度的變化范圍為O. OOf 25% (原子百分比)；S元素的成分梯度的變化范圍為O. OOf 30% (原子百分比)。所述帶材通過向制帶熔潭5的一側或兩側可控制的吹送能夠在高溫下分解成活性原子的氣體，使得在熔潭周圍形成富有所述活性原子的局部氣氛的單輥法或雙輥法制備。一種具有成分梯度的非晶合金帶材的制造方法，包括如下步驟I)根據噴制非晶合金帶材6基體成分的不同，設計需要形成的具有梯度成分的元素；2)根據設計的具有梯度成分的元素，選擇適合的、能夠在高溫分解的氣體9 ;3)將非晶合金帶材6基體成分熔化，待熔化完畢、成分均勻后形成合金熔體1，將該合金熔體I通過噴嘴3噴射到高速旋轉的冷卻輥4上形成熔潭5 ；4)將已選氣體由存儲裝置7經過加熱、輸送及控制裝置8按一定流量吹送到熔潭5周圍的一側或兩側；5)熔潭5中的熔體接觸高速旋轉的冷卻輥4，冷卻后形成從貼輥面和/或自由面的表面向內部具有降低的梯度成分的非晶合金帶材6。所述吹送氣體為選自CO、CO2, B2H6, NH3> CH4, SiH4, PH3> H2S中的一種或幾種。所述吹送氣體的流量為O. 5_5L/min。所述氣體9在高溫下分解生成了大量的活性原子，使得熔潭5周圍形成富有這些活性原子的局部氣氛。該方法為單輥法或雙輥法。與現有技術相比，本專利技術的有益效果在于氣氛除種類可控外，氣氛流量的大小也可控，進而可獲得具有不同成分及厚度范圍的非晶功能梯度材料，擴大了非晶納米晶材料應用領域。此外，本專利技術設計的非晶梯度功能材料制備工藝簡單，生產成本較低，尺寸較大，可實現批量生產。附圖說明圖I具有成分梯度的非晶合金帶材制造方法原理示意圖；圖2具有C成分梯度鐵基非晶合金帶材的成分沿帶材厚度變化圖；圖3具有B成分梯度鐵基非晶合金帶材的成分沿帶材厚度變化圖；圖4具有N成分梯度鐵基非晶合金帶材的成分沿帶材厚度變化圖；圖5具有Si成分梯度鐵基非晶合金帶材的成分沿帶材厚度變化圖；圖6具有P成分梯度鐵基非晶合金帶材的成分沿帶材厚度變化圖；圖7具有C、N成分梯度鐵基非晶合金帶材的成分沿帶材厚度變化圖；圖8具有C、P成分梯度鎳基非晶合金帶材的成分沿帶材厚度變化圖；CN 102909326 A書明說3/7頁圖9具有S成分梯度鈷基非晶合主要組件符號說明I合金熔體2坩堝3噴嘴4冷卻輥5熔潭6非晶合金帶材7氣體儲存裝置8氣體加熱、輸送及控制裝置 9一定成分的氣體具體實施方式下面根據附圖對本專利技術的具體實施方式作進一步說明。但是需要注意的是，以下實施例只為說明目的，本專利技術的保護范圍不限于下述的實施例。如圖I所示，為具有成分梯度的非晶合金帶材制造方法原理示意圖。其中，制造具有成分梯度的非晶合金帶材的原理為合金熔體I通過坩堝2底部的噴嘴3流出。合金熔體I在噴嘴3與冷卻輥4表面之間形成熔潭5，為了形成表面成分梯度，通過氣體儲存裝置7、氣體加熱、輸送及控制裝置8向熔潭5—側或兩側吹送一定成分的氣體9。一定成分的氣體9在熔潭5周圍的高溫環境中發生分解反應產生活性原子，這些活性原子滲透到熔潭5中的合金熔體I表面的一定深度。隨后，熔潭5中的熔體被冷卻輥 4快速冷卻，形成具有表面成分梯度的非晶合金帶材6。為了產生、、、、、等活性原子，可以向熔潭5周圍吹送民!16、 CO、CO2, CH4、NH3> SiH4' PH3> H2S 等氣體。當向熔潭5吹送B2H6、⑶、C02、CH4、NH3、SiH4、PH3、H2S等體時，由于熔潭5處的合金熔體I溫度高達1200°C上，遠高于這些氣體的分解溫度，因此這些氣體將受熱、分解，發生如下化學反應B2H6 — 3H2+2 (I)2C0 —C02+(2)(Y； ^-O,+(3)2L JCH4 —2H2+(4)2NH3 — 3H2+2 (5)SiH4 — 2H2+2(6)2PH3 — 3H2+2 (7)H2S ^ H2+(8)上述反應生成了大量的活性原子、、、、、等，使得熔潭5周圍富有、、、、、等活性原子。這些活性原子可滲入熔潭5處的合金熔體I并向其內部擴散，導致熔潭5表面形成這些元素的成分梯度層。5由于在平面流鑄造非晶合金帶材時，熔潭內部的熔體基本上呈層流流動，因此熔潭熔體的表面與內部之間的物質交換很少，因而在熔潭表面形成的成分梯度層不會被破壞。隨后，具有成分梯度的高溫熔體接觸到高速旋轉的冷卻輥，形成具有梯度成分的非晶合金帶材。非晶合金帶材表面梯度層中呈梯度分布的元本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種具有成分梯度的非晶合金帶材，其特征在于：該帶材從貼輥面和/或自由面的表面向內部的0~200nm深度范圍內，成分梯度元素含量逐漸減少；其中，成分梯度元素為[B]、[C]、[N]、[Si]、[P]、[S]中的至少一種。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：丁力棟，李泉，王建，張志英，王暢，馬躍，
申請(專利權)人：安泰科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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