新型软磁性铁基块体非晶合金的制备和性能研究

发布时间：2020-04-17 05:19

【摘要】：铁基块体非晶合金因其优异的软磁性能在高性能磁性功能材料领域具有广阔的应用前景。然而多数铁基块体非晶合金中均含有Al、Ga、Nb、Mo、Y等非晶形成元素,它们的存在有效地提高了合金的非晶形成能力(GFA),但也降低了合金的饱和磁感应强度,增加了合金的原料及制备成本。因此,开发不含上述元素且兼具高GFA和优异软磁性能的新型“Fe-类金属”型铁基块体非晶合金具有重要意义。高熵块体非晶合金的发展为块体非晶合金的设计提供了新思路。最近,我们首次成功研制出具有良好软磁性能和极高强度的Fe-Co-Ni-(P,C,B)及Fe-Co-Ni-(B,Si)系高熵块体非晶合金,但其GFA较低。因此,发展具有更高GFA的新型软磁性高熵块体非晶合金依然是一个值得研究的课题。本工作以Fe_(75)P_(10)C_(10)B_5非晶合金为基础,通过相似元素替代的方法分别制备了具有高GFA的新型软磁性Fe-P-C-B-Si系块体非晶合金和Fe-Co-Ni-(P,C,B,Si)系高熵块体非晶合金,并考察了合金成分与热性能、GFA、软磁性能和力学性能间的关系,同时分析澄清了合金GFA提高的机理。主要结论如下:1.添加Si可提高Fe-P-C-B系合金的GFA。其中Fe_(75)P_(10)C_4B_5Si_6和Fe_(75)P_(10)C_2B_5Si_8合金的非晶形成临界直径(d_c)达到4 mm,在“Fe-类金属”型非晶合金中为最大值。2.Fe-P-C-B-Si系块体非晶合金具有优异的软磁和力学性能。它们的饱和磁感应强度(B_s)、矫顽力(H_c)、压缩屈服强度(σ_y)和塑性变形(ε_p)分别在1.37-1.40 T、0.62-2.80 A/m、3145-3668 MPa和2.7-6.1%的范围。3.在Fe-P-C-B-Si块体非晶合金的基础上,通过提高Fe含量及优化合金成分,研制出了B_s值最高的Fe基块体非晶合金,其B_s值达到1.64 T。4.研发出新型TM(P,C,B,Si)_(25)(TM=Fe_(25)Co_(25)Ni_(25))系高熵块体非晶合金,该合金在宽的成分范围TM(P_(0.4-0.5)C_(0.1-0.3)B_(0.2-0.3)Si_(0.1-0.3))_(25)内可形成块体非晶,其中,TM(P_(0.4)C_(0.2)B_(0.2)Si_(0.2))_(25)和TM(P_(0.5)C_(0.1)B_(0.2)Si_(0.2))_(25)合金的d_c达到2.0 mm。5.TM(P,C,B,Si)_(25)系高熵块体非晶合金具有良好的软磁和力学性能,其中TM(P_(0.4)C_(0.2)B_(0.2)Si_(0.2))_(25)合金的B_s、H_c、σ_y和ε_p分别为0.85 T、0.8 A/m、3076 MPa和1.9%。6.通过解析合金冷却凝固后的组织结构,澄清TM(P,C,B,Si)_(25)合金GFA提高的机理:即高熵合金中具有复杂面心立方结构的(Fe,Co,Ni)_(23)(C,B)_6相与(Fe,Co,Ni)_3B和(Fe,Co,Ni)_3P三相同时竞争形成,使结晶过程更加困难,进而提高了高熵合金的GFA。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG139.8

【参考文献】