元素替换与等温退火对铁基非晶合金结构性能的影响

发布时间：2020-05-16 15:07

【摘要】：在本论文工作中,我们的焦点集中在解决非晶合金研究领域的难点,着重于从微观结构解释非晶合金形成能力于元素的关系、研发兼具优良玻璃形成能力与软磁性能的铁基非晶态合金。我们使用正电子湮灭技术对(Fe_(71.2)B_(24)Y_(4.8))_(100-x)Nb_x(x=3,4,5,6)大块金属玻璃中的原子排列结构与周围非晶基体空位环境进行探究。从本征正电子湮灭时间的变化趋势可以发现玻璃形成能力与非晶基体中Bernal hole关联不大而与Nb元素在纳米尺寸的空位中的扩散相关,这有助于我们进一步理解微观原子结构与玻璃形成能力之间的关系。此外,我们在确定了元素与非晶形成能力的关系后,还利用工业纯材料开发了Fe_(75)Co_(4-x)B_(13)Y_4Nb_4Ni_x与Fe_(75)Co_4B_(13)Y_4Nb_(4-x)Ni_x(x=0,0.5,1,2,3和4)系列非晶合金,并且系统的探究了Ni元素替换对于非晶合金软磁性能的影响。SQUID-VSM数据指出,饱和磁化强度(M_s)随着Ni含量增加呈现出规律性的上升趋势,从114个emu/g增加到180个emu/g。DSC(Differential Scanning calorimeter)测量结果显示,该系统在加热过程中有多步结晶。在保持优秀的非晶形成能力(amorphous-forming ability,AFA)的前提下,两个结晶峰之间的温度差扩大与Ni元素的添加量有关,宽的晶化峰区间有利于退火处理过程中α-Fe纳米晶的形成。这为该体系铁基非晶合金进行等温时效处理提供了条件并且创造了工业化应用的可能性。通过最佳温度的退火处理,该体系合金M_s达到199 emu/g,内禀矫顽力(jH_c)从50 Oe下降到33 Oe。退火温度和时间不仅影响纳米晶的析出,而且对控制晶粒尺寸有着很大的影响。因此,适当的退火工艺对于提高这些铁基纳米晶软磁材料的性能具有重要的意义。本论文的研究结果有助于我们了解非晶形成能力与微观结构的关系,并掌握元素替换和等温退火对铁基非晶态合金的微观结构和软磁性能的影响,在铁基非晶合金研究领域提供了大量可供参考的信息。
【图文】：

图 1.1 液体冷却时的时间-温度-结晶的“3T 曲线”Fig 1.1 The temperature-time-phase transition curve of liquid under cooling.1.2.3 非晶态合金形成的结构学影响因素随着对非晶体系的深入研究，科研人员尝试探讨在结构学上描述非晶态的形成。对于物质结构我们从化学键类型来看，离子键是不饱和键，且由其构成的结构具有密堆积排列、配位数高等特性，金属键特性与之相似。我们认为内部键型只含有离子键和金属键的物质就不易形成非晶态，但是结构中只有共价键也难以形成非晶态。只有当合金成分中具有离子-共价过渡的混合键型，使得合金既具备离子键容易变更键角容易形成不对称结构的趋势、又具备共价键键长和键角较为稳定的状态才最易形成非晶态。非晶合金的制备研究从简单的二元或三元金属玻璃体系发展至四元以上的多元体系；从使用贵金属铂、钯到使用较便宜的 Zr、Ni、稀土元素，，再延伸到大量使用工业上常见的 Fe、Cu 等元素。根据这些研究，Inoue等人提出了不同性质元素组合形成非晶态相关研究观点。大致可以分为 3 类：一是类金属元素又称弱金属元素与非金属元素的组合。二是准金属元素和金属元素

图 2.2 非晶制备技术发展历程[3]Fig.2.2 The development process of amorphous preparation technology.2.2.1 从气态制备非晶态合金Ⅰ. PVD 物理气相沉积物理气相沉积（PVD)指的是利用物理手段将物质热蒸发或使用粒子束轰击物质，目的是使该物质表面原子向外逸出，然后冷却附着在基体上的现象。该方法实现了物质从原物质到薄膜的可控的原子转移过程，且由于冷却速率的关系可以制备出非晶态结构的金属合金。蒸发法和溅射法是 PVD 技术中最为基本的两种方法，另外例如有离子束等方法。物理气相沉积法主要是三个步骤：1，从靶材材料中激发出该物质的粒子；2，将该物质粒子运输到基片；3，使粒子在基片上凝结堆积成膜。Ⅱ. CVD 化学气相沉积CVD 技术即化学气相沉积。可想而知我们制备合金薄膜使用的反应物为气态，通过气态原子、分子间化学反应的方式附着在基体上生成固态薄膜的技术[14]。CVD
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG156;TG139.8

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本文编号：2666921