新型铁基软磁块体非晶合金的制备及性能

论文摘要

铁基软磁块体非晶合金具有低成本、良好的软磁性和高强度等特性,是一种极具应用潜力的结构和功能材料。本文采用微合金化技术,用铜模铸造法制备了Fe-Co-B-Si-Nb-Cr和Fe-M-Hf-B-Y块体非晶合金;借助于XRD、TEM、DSC和DTA和VSM表征了两个玻璃合金系的玻璃形成能力和软磁性能;借助于动电位极化和纳米压痕技术测试了Fe-Co-B-Si-Nb-Cr玻璃合金系的腐蚀和力学性能。结合实验数据,初步讨论了微合金化对合金的玻璃形成能力、磁性能、腐蚀和力学性能的影响。主要的结果和结论如下:（1）Cr元素的加入,尽管稍微降低了Fe-Co-B-Si-Nb玻璃合金的形成能力,但明显改善了它的软磁性能、力学性能和腐蚀性能。用铜模铸造法,Fe-Co-B-Si-Nb-Cr合金能获得最大直径为4mm的玻璃棒。这些块体非晶表现出高饱和磁感应强度（0.81-1.04T）、极低的矫顽力（0.6-1.6A/m）、低的杨氏模量（200-215GPa）、约2%的弹性应变和0.7%的塑性应变,还拥有超高的断裂强度（3840-4043MPa）。用深度敏感纳米压痕技术研究了{[(Fe0.6Co0.4)0.75B0.2Si0.05]0.96Nb0.04}96Cr4块体非晶合金的室温塑性变形。该合金的纳米压痕变形行为与加载速率有关:在0.75mN/s到3mN/s加载速率下,发现了显著的锯齿流变;当增大到6mN/s时,锯齿流变逐渐消失。另外,当Cr含量从0-4 at.%时,Fe-Co-B-Si-Nb-Cr块体非晶合金在0.5MNaCl溶液中,腐蚀速率和腐蚀电流密度分别从7.0×10-1毫米/年减小到1.6×10-3毫米/年、从3.9×10-6A/cm2减小到8.7×10-7A/cm2。（2）采用单辊法和铜模铸造法制备了Fe75-xMxHf3Y2B20（M=Co, Nb; x=0,4at.%）合金系的非晶薄带和非晶棒样品,并测试了该非晶合金系的差示扫描量热曲线、X射线衍射图谱和软磁性能。结果表明,少量的Nb或Co替代Fe75Hf3Y2B20中的Fe元素,合金的热稳定性和玻璃形成能力可得到明显的提高。其中Fe71Nb4Hf3Y2B20的过冷液相区宽度△Tx高达75K,约化玻璃转变温度Trg为0.58,临界直径达4mm,饱和磁感应强度为0.97-1.08T,该非晶合金同时具有较大的热稳定性、较强的玻璃形成能力和较好的软磁性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 非晶合金的研究进展
• 1.2 块体非晶合金的形成机理及制备方法
• 1.2.1 块体非晶形成机理
• 1.2.2 块体非晶合金形成能力的描述
• 1.2.3 块体非晶合金的制备方法
• 1.3 铁基非晶合金的研究
• 1.3.1 铁基非晶合金的发现与发展
• 1.3.2 传统的软磁非晶合金分类、性能及应用
• 1.3.3 磁性块体非晶合金的性能、应用及研究现状
• 1.3.4 铁基块体非晶合金的耐腐蚀性研究
• 1.3.5 铁基块体非晶合金的力学性能研究
• 1.4 本课题研究的内容和意义
• 第2章 实验研究方法
• 2.1 实验材料和实验设备
• 2.1.1 试验主要材料
• 2.1.2 实验主要设备及用途
• 2.1.3 实验主要设备测试与分析方法
• 2.2 实验过程
• 第3章 Fe-Co-B-Si-Nb-Cr铁基软磁块体非晶的形成能力、软磁性能、力学性能和腐蚀性能
• 3.1 Fe-Co-B-Si-Nb-Cr合金的热稳定性与GFA
• 3.2 Fe-Co-B-Si-Nb-Cr非晶合金的软磁性能
• 3.3 Fe-Co-B-Si-Nb-Cr铁基软磁块体非晶的腐蚀性能
• 3.4 Fe-Co-B-Si-Nb-Cr非晶合金的宏观力学行为
• 3.5 Fe-Co-B-Si-Nb-Cr块体非晶合金的微纳米力学行为
• 3.5.1 纳米压痕试验参数和样品的制各
• 3.5.2 非晶合金的纳米压痕变形行为
• 3.6 本章结论
• 第4章 Fe-M-Hf-Y-B软磁块体非晶合金的制备及其热、软磁性能
• 4.1 Fe-M-Hf-Y-B合金的结构和热性能
• 4.2 Fe-M-Hf-Y-B非晶合金的非晶形成能力
• 4.3 Fe-M-Hf-Y-B非晶合金的软磁性能
• 4.4 结论
• 第5章 总结和展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士生期间发表的学术论文