铁基非晶_纳米晶合金的制备与磁学性能研究

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1、密级无分类号TG139.8XI’ANTECHNOLOGICALUNIVERSITY硕士学位论文题目:铁基非晶/纳米晶合金的制备与磁学性能研究作者：陶鹏指导教师：朱满副教授申请学位学科：材料加工工程2018年5月7日铁基非晶/纳米晶合金的制备与磁学性能研究学科：材料加工工程研究生签字指导教师签字摘要Fe基非晶合金兼具力学、磁学等良好的综合性能，已广泛应用于电机铁芯和变压器等工业领域，具有重要的理论研究价值和潜在的工程应用背景。本文采用单辊旋淬法制备(Fe,Co)-Nb-B、Fe-Co-(Mo,Ni)-Nb-B及Fe

2、-Nb-B-Cu一系列多组元Fe基非晶合金。采用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、振动样品磁强计(VSM)、四探针电阻率测试仪等手段分析了合金热力学、磁学和电阻率等性能。为了制备高非晶形成能力的铁基非晶合金，采用Co元素部分替代Fe元素制备(Fe1-xCox)67Nb6B27(x=0-0.5)非晶合金，并揭示Co元素对玻璃形成能力(GFA)、优化软磁性能及电阻率的影响规律。同时，研究了过渡族元素Mo、Ni对(Fe0.5Co0.5)68-xNb6B26Mox和(Fe0.5Co0.5)64Nb6-xB

3、30Nix非晶合金的玻璃形成能力及软磁性能的影响规律。此外，制备得到Fe81-xNb5B14Cux(x=0,0.25,0.5,0.75,1;at%)和Fe83-xNb3.5B13.5Cux(x=0,0.5,1,1.5;at%)合金带材，揭示Cu元素对提高玻璃形成能力、优化软磁性能及电阻率的内在机理。并采用等温晶化工艺制备FeNbBCu纳米晶合金，研究其晶化机制及其与合金软磁性能的内在联系。取得的主要研究结论如下：Co元素对(Fe1-xCox)67Nb6B27非晶合金的玻璃形成能力具有重要影响。随着Co含量的增加，

4、合金的GFA得到显著改善。当x=0.5时，合金具有最好的玻璃形成能力，其ΔTx=140K、Tx=956K和Trg=0.568。适量Co元素替换Fe元素有利于增加合金饱和磁感应强度，过量添加Co元素反而会恶化合金的磁学性能，这主要是Co元素与Fe元素之间交换耦合作用改变了合金平均原子磁矩。当x=0.15时，合金饱和磁感应强度Ms达到最大值112emu/g。Co元素添加显著提高了合金的室温电阻率，当x=0.5时，合金的室温电阻率达到最大值为230μΩcm。研究结论表明，(Fe1-xCox)67Nb6B27合金的室温电

5、阻率与玻璃形成能力的的变化规律具有一致性。Mo元素提高了(Fe0.5Co0.5)68-xNb6B26Mox非晶合金的玻璃形成能力，合金成分为(Fe0.5Co0.5)66Nb6B26Mo2的合金具有最佳的玻璃形成能力，其ΔTx=104K和Trg=0.605。然Mo元素添加恶化了合金的软磁性能，合金的饱和磁感应强度Ms由81emu/g低降至59emu/g，而矫顽力并未显著提高。(Fe0.5Co0.5)64Nb6-xB30Nix非晶合金的GFA与合金成分有关，微量Ni元素的添加有助于增加合金的GFA，但是过量添加会降低

6、合金的GFA。含1%Ni合金的GFA最佳，其ΔTx=115K、Trg=0.604和γ=0.413。合金的饱和磁感应强度和矫顽力分别为65~86emu/g和0.02～0.06Oe。Cu替换Fe元素能提高Fe-Nb-B合金的玻璃形成能力，并且提高了合金软磁性能。研究表明，适量Cu元素添加可有效抑制(200)晶面α-Fe晶体相的生成，提高合金的玻璃形成能力；但是添加过量Cu元素反而会促进(110)晶面α-Fe晶体相的析出，降低了合金的玻璃形成能力。同时，合金的饱和磁感应强度也得到明显提高，Cu含量越高合金的磁性能越好。

7、Fe-181-xNb5B14Cux的饱和磁感应强度和矫顽力分别为104~115emu·g和0.05~0.18Oe，Fe-183-xNb3.5B13.5Cux的饱和磁感应强度和矫顽力分别为76~114emu·g和0.10～0.22Oe。等温退火研究表明，Fe80Nb5B14Cu1和Fe82Nb3.5B13.5Cu1非晶合金的晶化过程为：非晶→非晶+α-Fe→α-Fe+Fe2B+Fe3B。在晶化过程中，Cu元素能起到细化晶粒尺寸的作用，归结于Cu原子团簇在晶化过程中提供了大量的形核点加剧了晶粒间的竞争长大，因之生成的

8、大量纳米级别的铁磁性α-Fe晶粒产生剧烈的磁耦合交换作用，提高了合金的磁学性能。Fe-182Nb3.5B13.5Cu1纳米晶合金的饱和磁感应强度高达171emu·g，矫顽力为0.19Oe，具有优异的软磁性能。关键词：Fe基非晶合金；非晶形成能力；软磁性能；等温退火；晶化行为StudyonthefabricationandmagneticpropertiesofFe-bas