【摘要】：鐵基非晶/納米晶合金,由于具備優(yōu)良的軟磁性能,如高的飽和磁化強(qiáng)度,低的矯頑力以及高的初始磁導(dǎo)率,可以普遍應(yīng)用于磁傳感器、變壓器、電子、電信設(shè)施以及航天、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域。而且,在電力系統(tǒng)中,是代替硅鋼片最理想的綠色材料,從而引起了相當(dāng)大的關(guān)注度。然而,相比于Zr基、Pt基、Ni基等合金,鐵基非晶合金的形成能力受到較大局限性,在成分上極其依賴于類金屬元素(B, Si, P等)的加入。有研究表明,鐵基非晶合金的軟磁性能和室溫脆性與類金屬元素的種類、含量及分布密切相關(guān)。因而,減少類金屬元素的含量和提高鐵磁性元素的含量,開(kāi)發(fā)出新型的、具備優(yōu)良軟磁性能的全金屬組元鐵基非晶合金具有很重要的應(yīng)用和學(xué)術(shù)意義。本文采用Inoue經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則、相似元素替代法和微量元素添加法進(jìn).行成分設(shè)計(jì)與優(yōu)..化,通過(guò)單輥甩帶工藝制備了一系列含少量類金屬元素Fe-(Zr,Hf)-(B,Si)系、Fe-M-Si-B系以及全金屬組元(Fe,Co,Ni)-TM-X系高鐵含量鐵基非晶合金薄帶。利用XRD、DSC、VSM以及軟磁直流測(cè)試儀等檢測(cè)手段對(duì)帶材的相結(jié)構(gòu)和軟磁性能進(jìn)行了測(cè)試和表征;通過(guò)微合金化技術(shù),研究了(Fe,Co)-Hf-Zr-B非晶合金在不同含量Cu摻雜后的相結(jié)構(gòu)和軟磁性能的變化規(guī)律。同時(shí)對(duì)制備的兩種全金屬組元高鐵含量Fe基非晶合金的形成能力(GFA)、晶化動(dòng)力學(xué)、晶化析出相以及退火前后的軟磁性能進(jìn)行了研究,并與同類型的含少量類金屬元素的鐵基非晶合金進(jìn)行了對(duì)比。主要開(kāi)展了以下實(shí)驗(yàn):1)在高鐵含量Fe90Zr7-xHfxB3(x = 0,1,2,3,4,5,6,7)合金中,研討了Hf元素逐步代替Zr元素對(duì)合金的GFA、熱穩(wěn)定性以及軟磁性能的影響。結(jié)果表明:Hf元素的逐步增加,合金形成了非晶態(tài)結(jié)構(gòu),兩級(jí)起始晶化溫度的差值A(chǔ)T具有增大的趨勢(shì),合金的熱穩(wěn)定性逐漸增加。Fe90Zr7-xHfxB3合金△T值的變化范圍在230 ～ 260 ℃之間,高于其他鐵基非晶合金系,具有更為優(yōu)異的熱穩(wěn)定性以及更寬泛的熱處理溫度區(qū)間。然而,此合金系在淬態(tài)下的軟磁性能比較差,可以通過(guò)適當(dāng)退火優(yōu)化其軟磁性能。2)在高鐵含量Fe90-xZr10Six (x = 1, 2, 3, 4, 5, 10)合金中,研討了 Si元素的變化對(duì)合金的GFA以及軟磁性能的影響。結(jié)果表明:不同含量Si元素的參與,合金的GFA具有明顯的差異�？傮w上合金的GFA較弱,依賴于Si元素的含量,當(dāng)Si含量為3at.%時(shí)才能形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。其△T=169.1℃,略低于Fe-(Zr,Hf)-B合金系,其熱穩(wěn)定性較Fe-(Zr,Hf)-B合金系要差,而軟磁性能比Fe-(Zr,Hf)-B合金系要好,Fe87Zr10Si3非晶合金在淬態(tài)下飽和磁化強(qiáng)度Ms= 111.4 emu/g,矯頑力Hc = 39.1 A/m。3)在高鐵含量Fe84M3B8Di5(M=Ti,Zr,Mo,Hf,Nb)合金中,研究了不同前過(guò)渡金屬元素M對(duì)GFA與軟磁性能的影響。結(jié)果表明:合金的GFA與M元素的種類關(guān)系密切,Mo和Hf元素的加入更有利于Fe84M3B8Si5非晶合金的形成。在Fe84Mo3B8Si5和Fe84Hf3B8Si5合金中,AT達(dá)到最大值約298 ℃,表現(xiàn)出最優(yōu)異的熱穩(wěn)定性�？傮w上,Fe84M3B8Si5合金表現(xiàn)出較好的軟磁性能,其中具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的Fe84Mo3B8Si5合金表現(xiàn)最優(yōu)異的軟磁性能,其Ms = 152.8emu/g,Hc=11.3A/m。在550～650 ℃之間退火時(shí),Fe84M3B8Si5 (M = Zr,Mo, Hf)合金的 Ms 可達(dá) 177.0 ～ 195.7 emu/g。4)研究了 Co 替代部分 Fe 對(duì) Fe85-xCoxHf8Zr1B6 (x = 0, 10,20, 30, 40)合金 GFA、熱穩(wěn)定性與軟磁性能的影響。結(jié)果表明:10～30 at.%的Co添加提高了該合金系的GFA和熱穩(wěn)定性.。淬態(tài)Fe85Hf8Zr1B6合金帶材的Ms僅為59.2.emu/g,Hc為2.9A/m。添加Co后,淬態(tài)合金的Ms大幅度提高,在Co含量為20 at.%時(shí)達(dá)到最大值124.0 emu/g。5)研究了微量Cu摻雜對(duì)最優(yōu)成分Fe65Co20Hf8Zr1B6非晶合金的晶化析出相及退火前后軟磁性能的影響。結(jié)果表明:淬態(tài)下Fe64.5Co20Hf8Zr1B6Cu0.5非晶合金表現(xiàn)出最佳的軟磁性能,Ms = 116.4 emu/g,Hc = 6.9 A/m。然而,在550℃退火后,Fe63Co20Hf8Zr1B6Cu2非晶合金表現(xiàn)出最佳的軟磁性能,Ms達(dá)到最大值139.2emu/g,而Hc依然保持低值,約為7.8 A/m。6)在先前探索的基礎(chǔ)上制備了全金屬組元(Fe1-x.yCoxNiy)72Cr15Zr10W3(x = 0, 0.25,y = 0, 0.25)非晶合金。研究表明:當(dāng)x = 0.25、y = 0.25時(shí)形成了完全非晶態(tài)結(jié)構(gòu),其Hc為5.0 A/m。采用Kissinger模型和Ozawa模型計(jì)算出的初始晶化激活能和晶化峰值激活能分別為Ex(K) = 331.8 kJ/mol和 Ep(K) = 255.5 kJ/mol; Ex(O) = 329.7 kJ/mol 和 Ep(O)=246.9 kJ/mol,通過(guò)兩模型所計(jì)算的激活能值非常接近。并且,該非晶合金的晶化體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系曲線呈規(guī)則的“S”型,隨著加熱速率的增加,關(guān)系曲線明顯向高溫處移動(dòng)。7)成功制備了全金屬組元高鐵含量Fe89Hf7Zr1Al3非晶合金,并與含少量類金屬元素的Fe89Hf7Zr1B3合金進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:全金屬組元Fe89Hf7Zr1Al3合金與含3 at.%類金屬元素B的Fe89Hf7Zr1B3合金能夠形成完全非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。兩種非晶合金的DSC曲線上均呈現(xiàn)出兩個(gè)明顯的放熱峰,而Fe89Hf7Zr1Al3非晶合金的AT值為50.7 ℃,明顯低于Fe89Hf7Zr1B3非晶合金的△T值200.8 ℃。表明X從非金屬元素向金屬元素轉(zhuǎn)變,非晶合金熱穩(wěn)定性有降低的趨向。8)對(duì)Fe89Hf7Zr1A13和Fe89HfZr1B3非晶合金的晶化動(dòng)力學(xué)和軟磁性能進(jìn)行了分析和對(duì)比,結(jié)果表明:采用Kissinger方程和Ozawa方程計(jì)算出來(lái)的Fe89Hf7Zr1B3和Fe89Hf7Zr1A13非晶合金的晶化激活能都呈現(xiàn)出Ep2 Ex2 Ep1 Ex1的變化規(guī)律。在淬態(tài)下,Fe89Hf7ZriA13非晶合金表現(xiàn)出十分優(yōu)異的軟磁性能,其Ms=165.1emu/g,Hc = 4.3 A/m,Tc = 336.6 ℃;而Fe89Hf7Zr1B3非晶合金的軟磁性能相對(duì)較差,其Ms = 65.8 emu/g,Hc = 17.4 A/m, Tc = 326.8 ℃。Fe89Hf7Zr1A13非晶合金在375 ℃低溫退火時(shí)具有最優(yōu)異的軟磁性能,Ms=165.3emu/g,Hc = 3.5A/m;而Fe89Hf7Zr1B3非晶合金比較依賴高溫退火處理來(lái)優(yōu)化其軟磁性能。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG139.8

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 王國(guó)太;微合金化對(duì)鐵基非晶合金的形成、抗氧化及耐腐蝕性能影響的研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2018年

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本文編號(hào)：2554869