Fe-Si-B-Cu-Nb-M（M=Al，Ni）铁基非晶纳米晶合金软磁性能的研究

论文摘要

铁基非晶合金的软磁性能十分优异,通过晶化处理而得到的纳米晶合金,具有非常优良的综合软磁性能和广阔的应用前景。本文研究了分别使用Al和Ni元素部分替代原始FINEMET合金中的贵金属Nb后的Fe-Si-B-Cu-Nb-M （M=Al,Ni）非晶合金的晶化行为以及软磁性能等。采用真空非自耗电弧炉在氩气保护下熔炼制备合金铸锭,使用单辊旋淬法制备Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3-xMx（x=0, 0.5, 0.8, 1.0, 1.5）合金薄带。利用X-射线衍射仪（XRD）、差示扫描量热仪（DSC）、振动样品磁强记（VSM）、B-H磁滞回线仪对非晶态和晶化后的薄带的微观结构和磁性能进行了表征和测试。通过对不同温度退火后的合金的XRD图,经过谢乐公式计算了析出的晶粒的大小,讨论了Al或Ni替代Nb之后对合金的晶化行为的影响。合金在铸态下的VSM测量结果显示,饱和磁感应强度Bs随Al或Ni含量的增加呈现先减小后增大的趋势,同时添加Al元素可以降低非晶合金的矫顽力Hc,添加Ni元素增大了合金的矫顽力。对Al、Ni部分替代Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3（FINEMET）合金中的贵金属Nb,经不同温度退火处理得到的纳米晶合金的软磁性能进行了研究。结果表明Al或Ni部分替代FINEMET合金中的Nb,合金的饱和磁感强度明显提高。Al、Ni含量约为1.0at.%时合金具有较好的综合软磁性能。饱和磁感强度和矫顽力分别为:Al-1.0合金的Bs=1.367T,Hc=4.927A/m;Ni-1.0合金的Bs=1.210T,Hc=2.605A/m。综合来看,Ni元素的添加比Al的添加更有利于提高合金的饱和磁感强度,而Al元素的添加更有利于降低合金的矫顽力。本文探讨了Al、Ni对合金磁性能的影响机理。由于Fe-Si-B-Cu-Nb-Al和Fe-Si-B-Cu-Nb-Ni合金退火处理后析出的纳米晶相α-Fe（Si）中分别融入了少量的Al和Ni元素,α-FeNi（Si）纳米晶相磁晶各向异性比α-FeAl（Si）的大,因此Fe-Si-B-Cu-Nb-Ni的矫顽力大于Fe-Si-B-Cu-Nb-Al合金的矫顽力。而Ni是铁磁性元素因此Fe-Si-B-Cu-Nb-Ni合金的饱和磁感强度较Fe-Si-B-Cu-Nb -Al合金的高。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 绪论
• 1.1 非晶态合金
• 1.1.1 非晶合金的发展及应用
• 1.1.2 非晶合金形成机理
• 1.1.3 非晶合金的制备方法
• 1.1.4 非晶合金的软磁性能
• 1.1.5 非晶合金的分类
• 1.2 纳米晶合金的发展及其应用
• 1.3 铁基纳米晶合金的研究及产业化现状
• 1.3.1 铁基纳米晶合金的研究现状
• 1.3.2 铁基纳米晶合金的产业化现状
• 1.4 目前铁基纳米晶软磁合金存在的问题
• 1.5 本课题的研究内容和意义
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验方案
• 2.2 合金的制备设备与方法
• 2.2.1 母合金试样的制备
• 2.2.2 非晶薄带的制备
• 2.3 合金形貌及微观结构的观测
• 2.4 合金软磁性能测试
• 第三章 FE-SI-B-CU-NB-M 非晶合金的表征及晶化行为研究
• 3.1 FE-SI-B-CU-NB-M 合金的基本物理特性
• 3.2 FE-SI-B-CU-NB-M 合金的晶化行为
• 3.3 本章小结
• 第四章 FE-SI-B-CU-NB-M 非晶合金的软磁性能研究
• 4.1 材料的磁性能原理
• 4.1.1 材料的磁性能及其表征参数
• 4.1.2 磁化曲线与磁滞回线
• 4.2 FE-SI-B-CU-NB-M 合金的软磁性能
• 4.3 本章小结
• 第五章 FE-SI-B-CU-NB-M 纳米晶合金的软磁性能研究
• 5.1 纳米晶软磁合金微观结构与磁性性能关系的理论基础
• 5.1.1 Herzer 的无规各向异性模型
• 5.1.2 无规各向异性模型的发展
• 5.2 FE-SI-B-CU-NB-M 纳米晶合金的软磁性能
• 5.2.1 退火温度对FE-SI-B-CU-NB-M 纳米晶合金矫顽力的影响
• 5.2.2 元素添加对饱和磁感强度的影响
• 5.2.3 元素添加对合金矫顽力的影响
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文