工业纯原料制备Fe-基大块非晶及其性能研究

论文摘要

针对大块非晶合金研究中使用高纯原料的现状，以降低制备成本、实现大块非晶合金从实验室研究到大规模应用为目标，本研究采用工业纯原料制备Fe-基大块非晶合金：利用DTA研究工业纯原料Fe-基合金的非晶形成能力以及熔炼工艺和合金元素W／B对非晶形成能力的影响；利用XRD和TEM确定Fe60Co8Zr10Mo5W2B15大块非晶合金晶化相的结构和形貌；借助Kissinger方程和Delog-小泽丈夫方程研究了Fe-基大块非晶合金的热稳定性；采用压痕试验法和常规试验方法研究了Fe-基大块非晶合金的力学性能和摩擦磨损性能，并研究了热处理工艺对上述性能的影响；采用全浸法浸泡试验和X射线光电子技术，研究了Fe-基大块非晶合金在酸、碱、盐溶液中的腐蚀情况；使用振动样品磁强计和磁天平研究了Fe-基大块非晶合金的磁性能。 研究结果表明：使用工业纯原料成功制备了具有较强非晶形成能力和较高热稳定性的Fe60Co8Zr10Mo5W2B15大块非晶合金，其晶化相主要为松叶状和颗粒状的α-Fe以及具有正交或四方结构的Fe3B等块状析出物；工业纯原料Fe60Co8Zr10Mo5W2B15大块非晶合金的铸态力学性能与采用高纯度原料相当，热处理可以明显提高其断裂韧度、硬度和摩擦磨损性能；高度均匀的合金基体以及能迅速在表面形成以ZrO2为主的钝化膜，使铸态Fe60Co5Zr10Mo5W2B15大块非晶合金具有优良的耐蚀性；铸态Fe-基大块非晶合金表现出一定的软磁特性，完全非晶状态时热处理对其磁性能影响不大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 非晶合金的发展历史
• 1.2 合金的非晶形成能力
• 1.3 大块非晶合金的制备
• 1.3.1 感应加热
• 1.3.1.1 水淬法
• 1.3.1.2 金属模冷却法
• 1.3.2 电弧加热
• 1.3.2.1 金属（铜）模吸铸法
• 1.3.2.2 模压铸造法
• 1.3.3 其它方法制备大块非晶合金
• 1.3.3.1 定向区域熔炼法
• 1.3.3.2 悬浮熔炼法
• 1.4 大块非晶合金的性能特点和应用
• 1.4.1 力学性能和应用
• 1.4.2 粘滞流动性和应用
• 1.4.3 耐蚀性和应用
• 1.4.4 软磁性能和应用
• 1.5 Fe-基大块非晶合金的研究现状
• 1.5.1 主要研究成果
• 1.5.2 有待研究的主要问题
• 1.6 本课题的研究内容
• 2 实验条件和方法
• 2.1 合金原料及实验设备
• 2.1.1 合金原料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 试验样品制各及处理
• 2.2.1 样品制备
• 2.2.1.1 熔炼合金锭
• 2.2.1.2 感应加热吸铸法制备大块非晶合金
• 2.2.1.3 电弧加热吸铸法制备大块非晶合金
• 2.2.1.4 喷射成型法制备大块非晶合金
• 2.2.2 样品处理
• 2.2.2.1 样品热处理
• 2.2.2.2 样品研磨
• 2.3 检测手段和方法
• 2.3.1 结构特征
• 2.3.2 特征温度
• 2.3.3 硬度
• 2.3.4 压痕
• 2.3.5 压缩强度
• 2.3.6 耐磨性
• 2.3.7 磁性能
• 2.3.8 耐蚀性
• 2.4 数据处理
• 3 工业纯原料Fe-基合金非晶形成能力研究
• 3.1 Fe-Co-Zr-Mo-W-B合金的非晶特征
• 3.2 Fe-Co-Zr-Mo-W-B大块非晶合金的热力学特征值
• 3.3 Fe-Co-Zr-Mo-W-B合金的非晶形成能力
• 3.3.1 合金非晶形成能力的内在因素
• 3.3.2 合金非晶形成能力的外在因素
• 3.3.3 合金的非晶形成能力及成分对其的影响
• 60Co₈Zr₁₀Mo₅W₂B₁₅大块非晶合金制备实例'>3.4 工业纯原料Fe₆₀Co₈Zr₁₀Mo₅W₂B₁₅大块非晶合金制备实例
• 3.5 本章小结
• 4 Fe-基大块非晶合金热稳定性研究
• 60Co₈Zr₁₀Mo₅W₂B₁₅大块非晶合金的晶化现象'>4.1 Fe₆₀Co₈Zr₁₀Mo₅W₂B₁₅大块非晶合金的晶化现象
• 60Co₈Zr₁₀Mo₅W₂B₁₅大块非晶合金的晶化激活能'>4.2 Fe₆₀Co₈Zr₁₀Mo₅W₂B₁₅大块非晶合金的晶化激活能
• 4.2.1 非晶合金的晶化激活能以及与特征值之间的关系
• 60Co₈Zr₁₀Mo₅W₂B₁₅大块非晶合金的DTA曲线'>4.2.2 Fe₆₀Co₈Zr₁₀Mo₅W₂B₁₅大块非晶合金的DTA曲线
• 60Co₈Zr₁₀Mo₅W₂B₁₅大块非晶合金的表观晶化激活能'>4.2.3 Fe₆₀Co₈Zr₁₀Mo₅W₂B₁₅大块非晶合金的表观晶化激活能
• 60Co₈Zr₁₀Mo₅W₂B₁₅大块非晶合金的阶段晶化激活能'>4.2.3 Fe₆₀Co₈Zr₁₀Mo₅W₂B₁₅大块非晶合金的阶段晶化激活能
• 60Co₈Zr₁₀Mo₅W₂B₁₅大块非晶合金的晶化'>4.3 Fe₆₀Co₈Zr₁₀Mo₅W₂B₁₅大块非晶合金的晶化
• 4.4 本章小结
• 5 Fe-基大块非晶合金的机械性能研究
• 5.1 断裂韧度
• 5.1.1 试样准备和试验方法
• 60Co₈Zr₁₀Mo₅W₂B₁₅大块非晶合金的断裂韧度'>5.1.2 Fe₆₀Co₈Zr₁₀Mo₅W₂B₁₅大块非晶合金的断裂韧度
• 5.1.3 热处理对Fe-基大块非晶合金断裂韧度的影响
• 5.2 压缩强度、硬度和摩擦磨损性能
• 5.2.1 试样准备和试验条件
• 5.2.2 压缩强度
• 5.2.2.1 压缩试验结果
• 5.2.2.2 热处理对Fe-基大块非晶合金压缩强度的影响
• 5.2.3 硬度
• 5.2.3.1 硬度试验结果
• 5.2.3.2 热处理对Fe-基大块非晶合金硬度的影响
• 5.2.4 摩擦磨损性能
• 5.2.4.1 Fe-基大块非晶合金的磨损率
• 5.2.4.2 退火温度对Fe-基大块非晶合金磨损率的影响
• 5.2.4.3 保温时间对Fe-基大块非晶合金磨损率的影响
• 5.3 本章小结
• 6 Fe-基大块非晶合金的耐蚀性能研究
• 6.1 Fe-基大块非晶合金的腐蚀
• 6.1.1 试验方法和试样
• 6.1.2 碱和盐中的腐蚀
• 6.1.3 硫酸中的腐蚀
• 6.1.4 硝酸中的腐蚀
• 6.1.5 盐酸中的腐蚀
• 6.2 Fe-基大块非晶合金的耐蚀机理
• 6.2.1 合金的均匀性
• 6.2.2 钝化
• 6.3 本章小结
• 7 Fe-基大块非晶合金的磁性能研究
• 7.1 试样准备和试验方法
• 7.2 退火温度对Fe-基大块非晶合金磁性能的影响
• 7.3 保温时间对Fe-基大块非晶合金磁性能的影响
• 7.4 本章小结
• 8 全文总结
• 8.1 本研究的主要内容和结论
• 8.2 本研究工作的创新点
• 8.3 本研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文