Fe-B-Si系非晶/纳米晶合金的成分设计及性能研究

发布时间：2024-02-28 05:33

　　Fe-B-Si系非晶和纳米晶合金是一类重要的软磁材料,广泛应用于电力、电子等工业领域。但Fe-B-Si系非晶合金存在成分区窄且非晶形成能力弱等不足；相关非晶、纳米晶合金的成分特征也不明晰,这都不利于该类材料的制备与应用。针对以上问题,本文基于“团簇加连接原子”模型,构建了金属一类金属型Fe-B和Fe-B-Si非晶团簇式,在此基础上引入不同种类的合金化组元,设计出高非晶形成能力的块体软磁非晶合金；同时提出“双团簇”模型,解析了Fe-B非晶和Finemet纳米晶合金的成分特征,并设计、优化出性能更优的Fe-B-Si系纳米晶磁性合金。论文主要内容与研究成果如下：1、Fe-B-Si三元非晶团簇式的构建：基于与非晶形成相关的Fe2B相的局域结构,筛选出[B-B2Fe8]主团簇,运用“团簇加连接原子”模型,结合理想非晶合金的电子浓度与密堆性判据,建立了[B-B2Fe8]Fe二元非晶团簇式；引入Si替代中心原子B可增强团簇结构稳定性,由此获得[Si-B2Fe8]Fe三元非晶团簇式。实验证实Fe-B和Fe-B-Si中团簇式成分(即Fe75B25和]Fe75B16.67Si8.33)处的非晶合金具有最优...

【文章页数】：178 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
    1.1 非晶合金的形成
        1.1.1 玻璃态转变温度
        1.1.2 非晶形成能力
    1.2 非晶合金形成的影响因素
    1.3 非晶合金的结构特征
        1.3.1 非晶合金的结构描述
        1.3.2 非晶合金结构的研究方法
        1.3.3 非晶合金结构的不均匀性
    1.4 非晶合金的成分设计方法
    1.5 Fe基非晶和纳米晶合金的研究
        1.5.1 Fe基非晶带材
        1.5.2 Fe基非晶丝材
        1.5.3 Fe基块体非晶合金
        1.5.4 Fe基纳米晶合金
        1.5.5 Fe-B系非晶和纳米晶合金的晶化行为
    1.6 论文立题依据与主要内容
2 实验内容及方法
    2.1 原料
    2.2 样品制备
        2.2.1 母合金锭
        2.2.2 块体及条带样品
        2.2.3 退火处理
    2.3 材料表征与性能测试
        2.3.1 X射线衍射(XRD)
        2.3.2 透射电子显微镜(TEM)
        2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)
        2.3.4 光学显微镜(OM)
        2.3.5 热学参数测试
        2.3.6 力学性能测试
        2.3.7 磁性能测试
3 Fe-B二元与Fe-B-Si三元非晶团簇式
    3.1 Fe-B二元非晶团簇式的建立
    3.2 Fe-B二元非晶的实验结果分析
    3.3 Fe-B二元非晶的微观结构模型
    3.4 Fe-B-Si三元非晶团簇式的建立
    3.5 Fe-B-Si三元非晶的实验结果分析
    3.6 本章小结
4 Fe-B-Si-ETM/REM四元系非晶的成分设计及性能研究
    4.1 Fe-B-Si-ETM/REM四元非晶团簇式的建立
    4.2 Fe-B-Si-ETM/REM非晶的形成
        4.2.1 Fe-B-Si-Zr四元块体非晶的形成
        4.2.2 Fe-B-Si-Hf四元块体非晶的形成
        4.2.3 Fe-B-Si-Nb四元块体非晶的形成
        4.2.4 Fe-B-Si-Ta四元块体非晶的形成
        4.2.5 [Si-B₂Fe_7.6REM_0.4]Fe四元非晶的形成
    4.3 Fe-B-Si-ETM/REM四元非晶形成的实验结果分析
        4.3.1 [Si-B2_Fe_8-xETM_x]Fe非晶形成的实验结果分析
        4.3.2 [Si-B₂Fe_7.6ETM_0.4/REM_0.4]Fe非晶形成的实验结果分析
    4.4 Fe-B-Si-ETM/REM非晶合金的性能研究
        4.4.1 Fe-B-Si-ETM块体非晶合金的力学性能
        4.4.2 Fe-B-Si-ETM/REM四元非晶合金的软磁性能
    4.5 本章小结
5 高B_s和GFA Fe-B-Si系块体非晶合金的研究
    5.1 Fe-B-Si-Zr/Hf块体非晶合金B_s的提升
        5.1.1 高B_s块体非晶合金的成分设计
        5.1.2 高Fe含量Fe-B-Si-Zr块体非晶的实验结果
        5.1.3 高Fe含量Fe-B-Si-Hf块体非晶的实验结果
        5.1.4 实验结果分析
    5.2 Fe-B-Si-Nb块体非晶合金GFA的提高
        5.2.1 Fe-B-Si-Nb块体非晶合金的成分优化
        5.2.2 Fe-B-Si-Nb非晶形成的实验结果与分析
        5.2.3 Fe-B-Si-Nb块体非晶的力学性能
    5.3 结论
6 Finemet纳米晶合金的成分特征与新合金的设计
    6.1 Finemet纳米晶合金的成分特征与优化
        6.1.1 α-Fe(Si)固溶体团簇式成分设计
        6.1.2 Fe-B-Si-Nb团簇式成分设计
        6.1.3 双团簇非晶合金的成分设计
    6.2 Finemet非晶合金的制备和热参数分析
    6.3 Finemet非晶合金结晶动力学研究
        6.3.1 变温结晶动力学
        6.3.2 等温结晶动力学
    6.4 Fe₇₄B_7.33Si_15.23Nb_2.67Cu_0.77纳米晶合金的软磁性能研究
        6.4.1 Fe₇₄B_7.33Si_15.23Nb_2.67Cu_0.77非晶的晶化处理
        6.4.2 Fe₇₄B_7.33Si_15.23Nb_2.67Cu_0.77纳米晶的磁性测量结果与分析
    6.5 总结
7 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 展望
参考文献
附录A Fe-B二元平衡相图
附录B Fe-Si二元平衡相图
附录C 原子对间的混合焓
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介



本文编号：3913542