铁基非晶_纳米晶合金的制备与磁学性能研究

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1、密级无分类号TG139.8XI’ANTECHNOLOGICALUNIVERSITY硕士学位论文题目:铁基非晶/纳米晶合金的制备与磁学性能研究作者：陶鹏指导教师：朱满副教授申请学位学科：材料加工工程2018年5月7日铁基非晶/纳米晶合金的制备与磁学性能研究学科：材料加工工程研究生签字指导教师签字摘要Fe基非晶合金兼具力学、磁学等良好的综合性能，已广泛应用于电机铁芯和变压器等工业领域，具有重要的理论研究价值和潜在的工程应用背景。本文采用单辊旋淬法制备(Fe,Co)-Nb-B、Fe-Co-(Mo,Ni)-Nb-B

2、及Fe-Nb-B-Cu一系列多组元Fe基非晶合金。采用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、振动样品磁强计(VSM)、四探针电阻率测试仪等手段分析了合金热力学、磁学和电阻率等性能。为了制备高非晶形成能力的铁基非晶合金，采用Co元素部分替代Fe元素制备(Fe1-xCox)67Nb6B27(x=0-0.5)非晶合金，并揭示Co元素对玻璃形成能力(GFA)、优化软磁性能及电阻率的影响规律。同时，研究了过渡族元素Mo、Ni对(Fe0.5Co0.5)68-xNb6B26Mox和(Fe0.5Co0.5)64

3、Nb6-xB30Nix非晶合金的玻璃形成能力及软磁性能的影响规律。此外，制备得到Fe81-xNb5B14Cux(x=0,0.25,0.5,0.75,1;at%)和Fe83-xNb3.5B13.5Cux(x=0,0.5,1,1.5;at%)合金带材，揭示Cu元素对提高玻璃形成能力、优化软磁性能及电阻率的内在机理。并采用等温晶化工艺制备FeNbBCu纳米晶合金，研究其晶化机制及其与合金软磁性能的内在联系。取得的主要研究结论如下：Co元素对(Fe1-xCox)67Nb6B27非晶合金的玻璃形成能力具有重要影响。随

4、着Co含量的增加，合金的GFA得到显著改善。当x=0.5时，合金具有最好的玻璃形成能力，其ΔTx=140K、Tx=956K和Trg=0.568。适量Co元素替换Fe元素有利于增加合金饱和磁感应强度，过量添加Co元素反而会恶化合金的磁学性能，这主要是Co元素与Fe元素之间交换耦合作用改变了合金平均原子磁矩。当x=0.15时，合金饱和磁感应强度Ms达到最大值112emu/g。Co元素添加显著提高了合金的室温电阻率，当x=0.5时，合金的室温电阻率达到最大值为230μΩcm。研究结论表明，(Fe1-xCox)67

5、Nb6B27合金的室温电阻率与玻璃形成能力的的变化规律具有一致性。Mo元素提高了(Fe0.5Co0.5)68-xNb6B26Mox非晶合金的玻璃形成能力，合金成分为(Fe0.5Co0.5)66Nb6B26Mo2的合金具有最佳的玻璃形成能力，其ΔTx=104K和Trg=0.605。然Mo元素添加恶化了合金的软磁性能，合金的饱和磁感应强度Ms由81emu/g低降至59emu/g，而矫顽力并未显著提高。(Fe0.5Co0.5)64Nb6-xB30Nix非晶合金的GFA与合金成分有关，微量Ni元素的添加有助于增加合

6、金的GFA，但是过量添加会降低合金的GFA。含1%Ni合金的GFA最佳，其ΔTx=115K、Trg=0.604和γ=0.413。合金的饱和磁感应强度和矫顽力分别为65~86emu/g和0.02～0.06Oe。Cu替换Fe元素能提高Fe-Nb-B合金的玻璃形成能力，并且提高了合金软磁性能。研究表明，适量Cu元素添加可有效抑制(200)晶面α-Fe晶体相的生成，提高合金的玻璃形成能力；但是添加过量Cu元素反而会促进(110)晶面α-Fe晶体相的析出，降低了合金的玻璃形成能力。同时，合金的饱和磁感应强度也得到明显

7、提高，Cu含量越高合金的磁性能越好。Fe-181-xNb5B14Cux的饱和磁感应强度和矫顽力分别为104~115emu·g和0.05~0.18Oe，Fe-183-xNb3.5B13.5Cux的饱和磁感应强度和矫顽力分别为76~114emu·g和0.10～0.22Oe。等温退火研究表明，Fe80Nb5B14Cu1和Fe82Nb3.5B13.5Cu1非晶合金的晶化过程为：非晶→非晶+α-Fe→α-Fe+Fe2B+Fe3B。在晶化过程中，Cu元素能起到细化晶粒尺寸的作用，归结于Cu原子团簇在晶化过程中提供了大量

8、的形核点加剧了晶粒间的竞争长大，因之生成的大量纳米级别的铁磁性α-Fe晶粒产生剧烈的磁耦合交换作用，提高了合金的磁学性能。Fe-182Nb3.5B13.5Cu1纳米晶合金的饱和磁感应强度高达171emu·g，矫顽力为0.19Oe，具有优异的软磁性能。关键词：Fe基非晶合金；非晶形成能力；软磁性能；等温退火；晶化行为StudyonthefabricationandmagneticpropertiesofFe-bas