Fe-Si-B-P-C合金熔体粘度和表面张力的研究
发布时间：2020-10-22 10:14
铁基非晶合金因其优异的软磁性能和低廉的价格在配电变压器领域得到了广泛的应用。近年来,具备高饱和磁感应强度及强非晶形成能力的铁基非晶软磁合金成为国内外的研究热点之一。本文以其中的Fe-Si-B-P-C合金系为研究对象,研究了其熔体的结构敏感物性(粘度和表面张力)随温度及成分的变化规律,分析了高温下熔体的结构特性,进一步探讨了熔体粘度和表面张力与非晶薄带厚度及表面质量的相关性,以期为新成分开发及快速凝固技术制备非晶带材工艺参数的优化提供理论和实验指导。采用高温振荡杯法研究了Fe-Si-B-P-C合金系熔体粘度随类金属含量及温度的变化规律。通过测量Fe_(85-x)(C_1B_(11)Si_2P_3)_((15+x)/17)(x=0,2,4,6,8 at.%)合金熔体的粘度,发现该合金系在升温过程中,粘度在1350-1400°C温度区间发生了异常减小,在随后的降温过程中,粘度出现滞后现象,表明熔体在此温度区间出现了结构转变。随着类金属总含量的增加,熔体的粘度呈增大趋势;而固定类金属总含量为17 at.%,分别改变类金属元素Si/P比例和P/C比例,合金熔体的粘度在实验误差范围内并没有显著的变化。采用坐滴法研究了P和C元素含量及温度对Fe-Si-B-P-C合金系熔体表面张力的影响规律。结果表明,Fe_(83)B_(11)C_1Si_(5-x)P_x(x=0,1,2,3,4 at.%)和Fe_(83)B_(11)Si_2P_(4-x)C_x(x=0,1,1.5,2,2.5 at.%)这两个合金系在熔点至1400°C温度区间内,表面张力均随温度的升高先减小,在1325°C附近达到最小值,随着温度的进一步升高,表面张力异常增加。接触角在整个温度区间内随着温度的升高而单调减小。P和C元素的添加在一定程度降低了合金熔体的表面张力,C含量的增加有助于改善熔体与基底之间的润湿性。基于粘度测量结果,确定了Fe_(85-x)(C_1B_(11)Si_2P_3)_((15+x)/17)(x=0,2,4,6,8 at.%)合金系中粘度随温度变化敏感性差异最大的两个合金。采用平面流工艺分别制备了这两种合金的非晶薄带,分析了薄带的厚度和贴辊面表面质量随熔体温度的变化规律,探讨了粘度/表面张力与薄带厚度/贴辊面表面质量的相关性。结果表明,非晶薄带的厚度随熔体温度的升高而近似线性减小;对于熔体粘度对温度不敏感的合金来说,熔体温度变化对薄带厚度的影响也相对较小;薄带贴辊面的凹坑平均长度随熔体温度的升高先减小后增大。最后,分别从粘度及表面张力对熔潭的影响角度对实验结果进行了分析。
【学位单位】：钢铁研究总院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG139.8
【部分图文】：
和非晶形成能力之间的关系的形成能力与粘度的大小及熔点以下，粘度随温度下降增加的[24]。粘度越大，熔体粘度随温度降低增大的速率越大，非晶形成对非晶带材厚度的影响材制备工艺过程中，熔化后的母合金在一定压力作用下，经一冷却铜辊上，直接凝固形成厚度仅为 0.02～0.03mm 的薄带。轮间隙熔潭的形成与稳定直接决定了制带的成败，粘度和表面的两个重要因素。一方面，粘度的大小决定了熔体在熔潭中的的速度分布可用下图表述（图 1-1）[25]。粘度越大，各层的钢层带走，最终影响带材的厚度。另一方面粘度对温度的敏感性择范围的宽窄。如果一个合金成分其熔体粘度随温度变化不敏艺参数的选择范围相对就宽松，这无疑对于降低工艺控制难度重要意义。
不仅组元简单，而且非晶形成能力强，非常适合了 Fe-B（15-25 at.%）非晶合金中铁原子的分布， Fe3B 金属间化合物的化学短程序，从而使得该合在 Gilman[31]对一些铁基共晶合金熔体的结构研究统研究了 Fe-B（Fe85B15、Fe83B17、Fe80B20和 Fe7内，降温过程中其粘度和表面张力随温度及成分。发现粘度和表面张力等温线均在 17 at.% B，越高，粘度值越小。共晶点处粘度值最小这一情现[31]。表面张力的极大值在 25 at.% B 即 Fe3B 成性随成分的变化与液态非晶合金中团簇的效应一e-B 合金中，粘度随温度的变化表明液态中这些原上现象可以归因为降温过程中团簇间的 Fe 原子的
Fe-B 合金系表面张力随 B 含量（15-33.4 at.%）的变化曲ion variation of composition in Fe-B system: 15-33.4 at.% B1723 and 1773 K (lines are drawn as guided to eyes)[33].4]还系统研究了一些铁基非晶合金（FeB，FeNiPB，现与纯铁相比，这些合金熔体在熔点附近的粘度现了粘度的最小值。由此证实了这个假设：共晶成优先形成团簇构型，导致粘度的减小。系统地对更的熔体粘度的研究以及理论计算是有必要的，来确速凝固形成的产品结构的影响。]研究了 Fe85B15合金在加热和随后的冷却过程中一磁导率）和温度的关系。得到的粘度随温度的变化典型特征：（1）加热和冷却过程中获得的粘度曲线在高温段（1450Co 以上）重合；（3）粘度的加热曲此温度比该成分的液相线温度约高 100Co 。
【参考文献】
本文编号：2851465
【学位单位】：钢铁研究总院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG139.8
【部分图文】：
和非晶形成能力之间的关系的形成能力与粘度的大小及熔点以下，粘度随温度下降增加的[24]。粘度越大，熔体粘度随温度降低增大的速率越大，非晶形成对非晶带材厚度的影响材制备工艺过程中，熔化后的母合金在一定压力作用下，经一冷却铜辊上，直接凝固形成厚度仅为 0.02～0.03mm 的薄带。轮间隙熔潭的形成与稳定直接决定了制带的成败，粘度和表面的两个重要因素。一方面，粘度的大小决定了熔体在熔潭中的的速度分布可用下图表述（图 1-1）[25]。粘度越大，各层的钢层带走，最终影响带材的厚度。另一方面粘度对温度的敏感性择范围的宽窄。如果一个合金成分其熔体粘度随温度变化不敏艺参数的选择范围相对就宽松，这无疑对于降低工艺控制难度重要意义。
不仅组元简单，而且非晶形成能力强，非常适合了 Fe-B（15-25 at.%）非晶合金中铁原子的分布， Fe3B 金属间化合物的化学短程序，从而使得该合在 Gilman[31]对一些铁基共晶合金熔体的结构研究统研究了 Fe-B（Fe85B15、Fe83B17、Fe80B20和 Fe7内，降温过程中其粘度和表面张力随温度及成分。发现粘度和表面张力等温线均在 17 at.% B，越高，粘度值越小。共晶点处粘度值最小这一情现[31]。表面张力的极大值在 25 at.% B 即 Fe3B 成性随成分的变化与液态非晶合金中团簇的效应一e-B 合金中，粘度随温度的变化表明液态中这些原上现象可以归因为降温过程中团簇间的 Fe 原子的
Fe-B 合金系表面张力随 B 含量（15-33.4 at.%）的变化曲ion variation of composition in Fe-B system: 15-33.4 at.% B1723 and 1773 K (lines are drawn as guided to eyes)[33].4]还系统研究了一些铁基非晶合金（FeB，FeNiPB，现与纯铁相比，这些合金熔体在熔点附近的粘度现了粘度的最小值。由此证实了这个假设：共晶成优先形成团簇构型，导致粘度的减小。系统地对更的熔体粘度的研究以及理论计算是有必要的，来确速凝固形成的产品结构的影响。]研究了 Fe85B15合金在加热和随后的冷却过程中一磁导率）和温度的关系。得到的粘度随温度的变化典型特征：（1）加热和冷却过程中获得的粘度曲线在高温段（1450Co 以上）重合；（3）粘度的加热曲此温度比该成分的液相线温度约高 100Co 。
【参考文献】
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本文编号：2851465
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