FeZrB软磁非晶薄带的晶化行为及性能研究

论文摘要

Nanoperm合金具有优越的软磁性能,在未来磁性行业中发展前景广阔。然而,Nanoperm合金的工业化生产工艺尚待完善。本文以Nanoperm合金中的Fe78Zr7B15（at.%）体系为研究对象,研究了非晶态薄带的制备及热处理工艺对其结构、晶化相形貌及性能的影响,获得了最佳的热处理工艺,并通过动力学计算,讨论了该非晶薄带连续升温及等温处理对初晶α–Fe形核及长大的影响,可为热处理工艺的优化提供依据,主要内容如下:1)在不同工艺条件下制备出Fe78Zr7B15淬态薄带,并对其结构、厚度及磁性能进行表征,结果表明淬态薄带均为非晶态。对Fe78Zr7B15非晶态薄带进行真空热处理,研究非晶态薄带的晶化过程,并探讨热处理温度及时间对其结构、韧性、析出相形貌及磁性能的影响,获得具有最佳磁性能的热处理工艺为550℃下等温处理20min。该工艺下,Fe78Zr7B15非晶薄带发生第一步晶化,形成α–Fe/非晶双相结构,α–Fe纳米晶弥散分布。2)在最佳工艺下热处理,达到550℃,需要经历30min的连续升温阶段,升温速率为18.3℃/min。因此,为研究最佳热处理工艺下α–Fe的形核及生长方式,分别研究了连续升温及等温条件下初晶α–Fe的析出机制。主要是利用Kissinger、Ozawa公式计算表观激活能,利用Kissinger–Akahira–Sunose（KAS）公式和Arrhenius公式分别计算连续升温及等温条件下的局域激活能,利用Johnson–Mehl–Avrami–Kolmogorov（JMAK）及其变形公式分别计算连续升温及等温条件下的局域晶化指数。3)结合最佳热处理工艺特点,分析得出在最佳热处理工艺条件下,α–Fe的形核及生长主要受等温阶段析出机制控制,是一个二维形核和生长的表面晶化过程,形核速率随时间减小,饱和磁化强度Ms随α–Fe相晶化体积分数的增加而增大。因此,为避免α–Fe晶粒的长大破坏薄带的软磁性能,对Fe78Zr7B15非晶薄带等温热处理时,应选择较快的升温速率,并合理降低热处理温度,缩短热处理时间。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 磁性材料
• 1.2 软磁材料
• 1.2.1 软磁材料特点
• 1.2.2 软磁材料分类
• 1.3 非晶态软磁材料
• 1.3.1 非晶态软磁材料的发展
• 1.3.2 非晶态软磁材料的制备方法
• 1.3.3 非晶态结构模型与结构转变
• 1.4 纳米晶软磁材料
• 1.4.1 纳米晶软磁材料的发展
• 1.4.2 纳米晶软磁材料的制备方法
• 1.5 非晶纳米晶材料的应用
• 1.6 本课题研究的内容及意义
• 第二章 实验方法
• 2.1 研究对象
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 母合金的制备
• 2.2.2 淬态薄带的制备
• 2.2.3 热处理
• 2.3 分析与测试
• 2.3.1 晶化结构与析出相形貌观察
• 2.3.2 磁性能测量
• 2.3.3 特征温度测量
• 2.4 本章小结
• 第三章 FeZrB 薄带的制备及结构、性能研究
• 3.1 非晶态薄带的制备及物理性能
• 3.1.1 制备工艺
• 3.1.2 物理性能
• 3.2 真空热处理薄带的结构及形貌
• 3.2.1 热处理制度
• 3.2.2 薄带热处理前后结构分析
• 3.2.3 薄带热处理前后组织形貌观察
• 3.3 非晶薄带及其晶化后的磁性能
• 3.3.1 非晶态薄带的磁性能
• 3.3.2 不同温度热处理薄带的磁性能
• 3.3.3 不同时间热处理薄带的磁性能
• 3.4 本章小节
• 第四章 FeZrB 非晶薄带晶化动力学研究
• 4.1 非晶晶化动力学的理论基础
• 4.2 特征温度及激活能
• 4.2.1 连续升温条件下特征温度的动力学效应
• 4.2.2 激活能计算
• 4.3 初晶α–Fe 相的晶化体积分数
• 4.3.1 连续升温条件下的晶化S 型曲线
• 4.3.2 等温条件下的晶化S 型曲线
• 4.4 初晶α–Fe 相的析出机制
• 4.4.1 连续升温条件下的析出机制
• 4.4.2 等温条件下的析出机制
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间所取得的成果
• 致谢