高性能铁基非晶_纳米晶材料的制备及其软磁性能研究

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1、分类号：TG161密级：公开UDC：620编号：201431804014河北工业大学硕士学位论文高性能铁基非晶/纳米晶材料的制备及其软磁性能研究论文作者：史少凯学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：材料工程指导教师：李强职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsProcessingEngineeringTHESTUDYONTHEPREPARATIONANDSOFTMAGNETICPROPERTIESOFHIGH-PERFORMANCEIRON-

2、BASEDAMORPHOUS/NANOCRYSTALLINEMATERIALbyShiShaokaiSupervisor:Prof.LiQiangMarch2017摘要由于铁基非晶/纳米晶材料具有低损耗、高磁导率的特性，因此成为了电力系统最具应用前景的软磁合金材料。但是由于铁基非晶/纳米晶材料的饱和磁化强度（Bs）还较低，与硅钢产品相比价格优势较小，因而开发出高Bs的非晶/纳米晶合金带材就显得尤为迫切。对于铁基非晶/纳米晶材料，通过合理的成分设计可能获得更高Bs、更低损耗的非晶/纳米晶软磁材料。由于Fe在磁性金属中价格相对低廉，适量增加能够有效地降低材料成本，又因为Fe含量的增

3、加能够降低软磁材料在交流电下的磁致伸缩，降低变压器的工作噪音，因此，人们越来越多地关注如何开发高Fe含量且具有高Bs的非晶/纳米晶软磁材料。为了提高Fe-Si-B系非晶/纳米晶合金的Bs，本文在Fe84Si4B12合金的基础上，采取了添加及调节微量元素含量、调节Fe元素含量、退火热处理等方式，希望通过这些实验方法提高其综合软磁性能。本文通过真空电弧熔炼和快冷制带工艺成功制备了多种Fe-Cu-M-Si-B（M=Nb，Zr，Mo，Y）系非晶/纳米晶合金试样。利用XRD、DSC、HV、VSM、电化学工作站和SEM等测试分析方法，对合金的结构、热稳定性、力学性能、抗腐蚀性能、磁学性能等

4、进行了研究。结果表明，随着Nb，Zr微量元素量的增加，热稳定性和维氏硬度逐渐提高，抗腐蚀性逐渐下降，饱和磁化强度降低，矫顽力升高；随着Fe含量增加，非晶形成能力和热稳定性降低，维氏硬度和抗腐蚀性下降，饱和磁化强度和矫顽力提高。结合实验结果获得了综合软磁性能比较优异的Fe84Cu1Nb1Si4B10，Fe84Cu1Zr1Si4B10非晶/纳米晶合金。本文选取了FexCu1Nb1Si4B94-x，FexCu1Zr1Si4B94-x（x=83，84，85）淬态合金条带在Tx1+50K温度下进行了晶化退火热处理。对热处理后的合金样品进行了XRD、HV、VSM等测试，针对热处理对合金样品

5、的结构、力学性能、磁学性能等方面的影响进行了研究。结果表明，经过退火处理，合金试样的晶化程度提高，维氏硬度提高，饱和磁化强度提高，矫顽力下降。关键词：单辊甩带法；铁基非晶/纳米晶合金；软磁性能；退火热处理IIIABSTRACTBecauseofthelowironlossandhighpermeability,Fe-basedamorphousandnanocrystallinealloymaterialshavebeenthemostpromisingsoftmagneticmaterialintheelectricfield.Butduetothelowsaturation

6、fluxdensity(Bs)ofthismaterial,theyposseslessadvantagesinpricewhencomparedwithsiliconsteel,so,developingamorphousandnanocrystallinealloyribbonwithhighBsisrequested.ForFe-basedamorphousandnanocrystallinematerials,it’sverypossibletogetamorphousandnanocrystallinesoftmagneticmaterialswithhigherBs

7、andlowerlowironlossbyreasonablecompositiondesign.AsthepriceofFeinmagneticmetalisrelativelylow,theincreaseofFecontentcaneffectivelyreducethematerialcost,aswellastheincreaseofFecontentcanreducethemagnetostrictionofsoftmagneticmaterialunderthealternat