因瓦效應(yīng)是指某些磁性合金在居里溫度以下或居里溫度附近具有異常低的熱膨脹系數(shù)的現(xiàn)象,最早在Fe_(65)Ni_(35)合金中發(fā)現(xiàn),是迄今為止唯一獲得諾貝爾物理學(xué)獎的冶金學(xué)成果。因瓦合金的低膨脹特性已獲得了廣泛應(yīng)用,但由于傳統(tǒng)因瓦合金均為面心立方結(jié)構(gòu),強度很低,僅500 MPa左右,在一些對強度要求較高的場合還是難以勝任。早期有很多Fe基非晶合金因瓦效應(yīng)的報道,但均為薄帶非晶,難以作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用。Fe基塊體非晶合金三維尺寸均達到毫米級,具有優(yōu)異的力學(xué)和耐腐蝕性能,強度多在3000MPa以上,熱穩(wěn)定性也優(yōu)于早期的薄帶非晶。本課題組之前發(fā)現(xiàn)(Fe_(71.2)B_(24)Y_(4.8))_(96)Nb_4具有明顯的因瓦效應(yīng),并研究了各種結(jié)構(gòu)變化對其的影響。本論文重在研究成分對Fe基塊體非晶合金的影響,發(fā)現(xiàn)了一些重要的并且具有普遍意義的規(guī)律,這對深入理解因瓦效應(yīng)的物理機制,以及進一步開發(fā)高強度低膨脹Fe基塊體非晶具有很好的指導(dǎo)意義。采用單輥甩帶和銅模噴鑄法制備Fe基薄帶樣品和直徑1 mm的Fe基塊體樣品,利用X射線衍射判定樣品是否為非晶,利用熱膨脹儀測試Fe基塊體非晶的熱膨脹行為,利用差熱分析測試表征結(jié)構(gòu)隨溫度的變化行為,利用綜合物性測試系統(tǒng)測試Fe基非晶的磁性能。研究了Fe_(76-x)Si_(3.3)P_(8.7)C_(7.0)B_(5.0)M_x、[(Fe_(1-x)Co_x)]_(75)B_(20)Si_5]_(96)Nb_4、Fe_(100-x)Ni_xP_(13)C_7和(Fe,Ni)MoPCB四個體系十余個磁性Fe基非晶的熱膨脹行為,發(fā)現(xiàn)它們均具有因瓦效應(yīng),由此推斷因瓦效應(yīng)是鐵磁性鐵基非晶的普遍性質(zhì),利用Bethe-Slater曲線結(jié)合非晶的結(jié)構(gòu)特點對此現(xiàn)象進行了較好的解釋。根據(jù)熱膨脹系數(shù)曲線的特征可將Fe基塊體非晶合金的因瓦效應(yīng)分為“凹坑型”和“臺階型”兩類,前者低膨脹僅發(fā)生在居里溫度附近一個很窄的溫度區(qū)間內(nèi),后者在居里溫度以下寬廣的溫度范圍內(nèi)均具有低膨脹特性,更具實用性。并且進一步發(fā)現(xiàn)具有“臺階型”因瓦效應(yīng)的成分的居里溫度和飽和磁化強度均偏低,即磁性能偏低,這與因瓦效應(yīng)成因的主流解釋相符。初步發(fā)現(xiàn)Co和Ni的加入會導(dǎo)致因瓦效應(yīng)的減弱,這是因為根據(jù)Bethe-Slater曲線,Fe元素具有正的自發(fā)體積磁致伸縮,而Co和Ni元素則具有負(fù)的自發(fā)體積磁致伸縮。研究了Fe_(72)B_(22)Y_4M_2(M=Al,Ti,Hf,Ta)的熱膨脹、熱流和磁性能,這些合金均具有“臺階型”因瓦效應(yīng),且它們因瓦效應(yīng)的強弱和飽和磁化強度與M元素的熔點呈負(fù)相關(guān),表征磁性相變的居里溫度和表征固液相變的熔點也與M元素的熔點呈負(fù)相關(guān),但玻璃轉(zhuǎn)變溫度和晶化溫度這兩個與非晶屬性有關(guān)的特征溫度與M元素的熔點無明顯關(guān)系。研究了[(Fe_(100-x)Co_x)_(71.2)B_(24)Y_(4.8)]_(96)Nb_4(x=0-60)、[(Fe_(100-x)Ni_x)_(71.2)B_(24)Y_(4.8)]_(96)Nb_4(x=0-20)、[(Fe_(100-x)Co_x)_(75)B_(20)Si_5]_(96)Nb_4(x=0-50)、[(Fe_(100-x)Ni_x)_(75)B_(20)Si_5]_(96)Nb_4(x=0-30)四個合金體系的熱膨脹,證實了用Co和Ni替代Fe元素均會導(dǎo)致因瓦效應(yīng)的減弱,且不管是用Co還是Ni來替代,替代量x相同時因瓦效應(yīng)減弱的程度也基本相同,說明Co和Ni加入后的主要影響是減少了Fe-Fe原子對的數(shù)目。另外還發(fā)現(xiàn)居里溫度與磁性相變結(jié)束后的熱膨脹系數(shù)呈反向變化,這與結(jié)構(gòu)弛豫導(dǎo)致的自由體積釋放有關(guān)。
【學(xué)位單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG139.8
【部分圖文】：

成分對 Fe 基塊體非晶合金因瓦效應(yīng)的影響研究用因瓦合金制作相比與用傳統(tǒng)合金可以達到更高程度的清晰度。另外也可以用屬片的被動層，熱雙金屬片主要用于溫度測量、溫度控制、溫度補償器件和各制設(shè)備中的熱敏元件，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域，如圖 1.1 所示。因瓦以用作電子元器件的封接材料，一般這種封接材料都是用鉑做的，成本很高，瓦合金代替鉑在很大程度上降低了材料成本，更重要的是可以使電子元器件的。另外，因瓦合金在對環(huán)境中溫度變化時而要求器件尺寸幾乎不隨溫度波動而變中也有廣泛的應(yīng)用，如精密儀表儀器中的元部件，標(biāo)準(zhǔn)鐘上的擺桿和擺輪，精臂，長度標(biāo)尺，大地測量基準(zhǔn)尺，微波通訊的波導(dǎo)管，標(biāo)準(zhǔn)頻率發(fā)生器，各種腔，等等。

瓦合金代替鉑在很大程度上降低了材料成本，更重要的是可以使電子元器件的。另外，因瓦合金在對環(huán)境中溫度變化時而要求器件尺寸幾乎不隨溫度波動而變中也有廣泛的應(yīng)用，如精密儀表儀器中的元部件，標(biāo)準(zhǔn)鐘上的擺桿和擺輪，精臂，長度標(biāo)尺，大地測量基準(zhǔn)尺，微波通訊的波導(dǎo)管，標(biāo)準(zhǔn)頻率發(fā)生器，各種腔，等等。圖 1.1 (a) 因瓦合金制作的顯像器蔭罩圖；(b) 美國 ABB 公司生產(chǎn)的熱雙金屬片[9]

成分對 Fe 基塊體非晶合金因瓦效應(yīng)的影響研究煉徑為 18 mm 的石英管感應(yīng)加熱熔煉合金。由于硼粉密度然后根據(jù)成分再依次放入碳粉和 Fe-P 合金，最后放入硅到真空急冷裝置 ( 日本真壁技研公司 VF-RQT50 真空急冷Pa 后充入 0.09 MPa 的高純氬氣，然后通過感應(yīng)加熱方式圓錠放置到電弧爐(日本真壁技研公司 VF-AMP30 電弧爐)素也一同放置到電弧爐中，抽真空至 4 10-3Pa 后充入 0.07吸收殘余氧氣，然后將合金熔煉四次獲得成分均勻的母合感應(yīng)熔煉和電弧熔煉過程中質(zhì)量損耗合計不超過 0.01 g。
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 胡強;曾燮榕;錢海霞;謝勝輝;盛洪超;;鐵基塊體非晶合金玻璃形成能力與特征自由體積的關(guān)系[J];金屬學(xué)報;2012年11期

2 陳昀;李明光;張艷紅;張明霞;;因瓦合金發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J];機械研究與應(yīng)用;2009年04期

3 鮮于澤，盧志超;因瓦效應(yīng)與中子散射[J];東北大學(xué)學(xué)報;1995年03期

4 盧志超，鮮于澤，沈保根，呂曼祺;Fe基非晶和納米晶合金的熱膨脹[J];材料研究學(xué)報;1995年01期

5 盧志超，鮮于澤，李際周，葉春堂，李竹起，康健,沈保根，呂曼祺;非晶態(tài)Fe_（90－x）Co_xZr_（10）合金的Invar效應(yīng)研究[J];金屬學(xué)報;1994年15期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 盧志超;鐵基非晶及納米晶合金的因瓦效應(yīng)研究[D];東北大學(xué);1994年

本文編號：2835799