Fe-Co-B-Si-Nb-Cr软磁块体非晶合金的制备及性能

采用微合金化技术,用铜模铸造法制备Fe-Co-B-Si-Nb-Cr块体非晶合金。借助于XRD、TEM、DSC、DTA和VSM表征该玻璃合金系的玻璃形成能力和软磁性能;借助动电位极化、宏观压缩试验和纳米压痕技术测试该玻璃合金系的腐蚀和力学性能。结果表明:Cr元素的加入,尽管稍微降低了Fe-Co-B-Si-Nb玻璃合金的形成能力,但却明显改善了它的软磁性能、力学性能和腐蚀性能;用铜模铸造法,可获得最大直径为4mm的玻璃棒;这些块体非晶表现出高饱和磁感应强度(0.81～1.04T)、极低的矫顽力(0.6～1.6A/m)、200～215GPa的杨氏模量、约2%的弹性应变和0.7%的塑性应变,还拥有超高的断裂强度(3840～4043MPa);用深度敏感纳米压痕技术研究了{[(Fe0.6Co0.4)0.75B0.2Si0.05]0.96-Nb0.04}96Cr4块体非晶合金的室温塑性变形;该合金的纳米压痕变形行为与加载速率有关:在0.75～3mN/s加载速率下,发现了显著的锯齿流变;当增大到6mN/s时,锯齿流变逐渐消失。另外,当Cr含量(原子分数%,下同)从x=0增加到x=4时,该块体非晶合金在0.5mol/LNaCl...     

Ce基非晶合金制备及室温变形行为的研究

采用铜模吸铸法制备φ2 mm的Ce70Al10Cu20、Ce69Al10Cu20Co1和Ce69Al10Cu20Ag1合金棒材.利用X射线衍射(XRD)、示差扫描量热法(DSC)和纳米压痕法(Nanoindentation)研究添加元素Ag、Co对Ce基非晶合金形成能力、热稳定性及室温变形行为的影响.结果表明,添加Ag、Co能显著提高Ce基非晶合金的玻璃形成能力和热稳定性能.Ce70Al10Cu20和Ce69Al10Cu20Ag1合金在高加载速率下出现锯齿流变;而Ce69Al10Cu20Co1合金在实验加载速率下表现为连续塑性变形.此外,三种Ce基非晶合金在压痕保载段均出现明显的蠕变现象且蠕变量随加载速率增加而增大.     

纳米压入下镁基非晶合金的间歇性塑性流动

镁基非晶合金通常表现出显著的宏观脆性,因此用常规拉伸、压缩等方法对该合金的变形行为进行研究具有很大困难。本研究利用具有高时间分辨率和高空间分辨率的纳米压痕技术观察了不同加载速率下镁基非晶合金的锯齿流变行为。结果表明,低加载速率促进锯齿的形成,而高加载速率则抑制锯齿的形成。其原因是在低加载速率下,单一剪切带足以耗散外加应变;而在高加载速率条件下,由于单一剪切带不能将应变耗散掉,因此需要更多的剪切带参与变形。为了进一步解释这一锯齿流变行为,本研究采用遍历处理对每个锯齿的应变突变进行了统计分析。结果表明,在不同的加载速率下,小的应变突变服从幂律分布,且幂指数为1．45;而大的应变突变则呈现指数衰减规律。最后,借助硬度对应变速率的敏感性,估算了镁基非晶合金在纳米压人条件下剪切转变区的体积,为4．5nm^3。     

Zr基块体金属玻璃蠕变行为的纳米压痕研究

在本工作中,通过纳米压痕实验研究了加载速率和保载时间对(Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12)97.4Er2.6块体金属玻璃（BMG）的蠕变变形行为的影响。实验结果表明,合金试样的蠕变位移随着加载速率或保载时间的增加而增大。另一方面,合金样品的硬度（H）也随着加载速率或保载时间的增加而降低。合金试样在纳米压痕过程中具有尺寸效应,合金试样的硬度随着压痕深度的增加而降低。合金试样在纳米压痕过程中具有锯齿流动现象,并且该现象具有速率依赖性。具体而言,随着加载速率的减小,锯齿流动现象更加明显。合金试样的蠕变应力指数随着加载速率或保载时间的增加而减小。     

Fe合金化对Cu36Zr48Ag8Al8非晶合金的组织和力学性能影响

选择Cu36Zr48Ag8Al8BMG作为基体合金,研究Fe元素合金化对组织和力学性能的影响,分析了相分离非晶结构和纳米晶对合金力学行为的作用机理,并利用维氏硬度计考察了 Fe的掺杂对合金各相的相对硬度、塑性和压痕形貌的影响规律。结果表明,TEM衬度的眀相为富Fe相,暗相为富Cu、Ag相,由于具有不同的模量和硬度的相分离两相结构的存在,非晶合金在外力加载时呈应变硬化,而晶粒尺寸<5 nm的纳米晶起到弥散强化作用,使合金的强度进一步提高。维氏压头作用下使准脆性的非晶合金发生显著的塑性变形,非晶相硬度较高,其维氏压痕的周围形成了少量半圆型剪切带,且在同样的塑性变形量,塑性越好,剪切带的数量较多、间距较小。晶相硬度较低,其压痕周围没有裂纹出现     

块体非晶合金剪切带的原子力纳米压痕行为

通过原子力显微镜(AFM)纳米压痕实验研究传统纳米压痕实验形成的Fe基非晶合金剪切带区域及未变形区域的变形;结合压痕形貌实时原位观测,探讨块体非晶合金塑性变形局域化的原因.结果表明最大载荷44.6μN下,材料的剪切带、剪切带间和未变形区域的AFM纳米压痕残余面积分别为3274.7、2976.5和2879.2nm2,对应的硬度分别为13.62、14.98和15.49GPa,剪切带区域的硬度值比未变形区域的硬度值降低了约10%,说明塑性变形过程中,过剩自由体积的产生使剪切带结构发生软化.     

玻璃态Cu_(29)Zr_(32)Ti_(15)Al_5Ni_(19)在纳米压入过程中的压痕尺寸效应及应变硬化现象（英文）

利用纳米压痕技术对高熵非晶合金Cu_(29)Zr_(32)Ti_(15)Al_5Ni_(19)分别在载荷控制模式、连续刚度模式和循环加载模式下进行了研究。该合金在纳米压入过程中会发生pop-in现象,且载荷大小比加载速率对pop-in现象的影响更大。当载荷超过40 mN时,即使采用高达5 mN/s的加载速率仍然可以观察到pop-in现象。该合金存在压痕尺寸效应,其测试纳米硬度随载荷的增大而下降,其Meyer指数(n)小于2。压入过程中的能量耗散分数(E_d)在54%～60%之间变化。循环加载测试结果显示该合金加工硬化效应明显。     

Zr基大块非晶合金的微区变形及力学性能

利用纳米压痕仪、扫描电镜等研究了Zr基大块非晶合金在纳米压痕条件下的变形及力学性能。Zr基大块非晶合金在纳米压头作用下以弹性-塑性方式变形，载荷-位移曲线及压痕周边多重剪切带(堆起或波纹状)的特征证明了塑性变形的存在。冷却速度、第二相及退火等因素影响非晶合金的压痕硬度HV和弹性模量E，冷却速度小的试样或部位(如试样中心)的HV，E值略高；离第二相(W丝)越近，HV，E值越高；退火处理提高非晶的HV，E值，同时退火与第二相还明显改变压痕周边的变形状态及塑性变形量的大小，退火显著减小塑性变形量，使压痕周边凹陷，而第二相使压痕堆起消失。对塑性变形机理进行了初步分析。     

玻璃态Cu29Zr32Ti15Al5Ni19在纳米压入过程中的压痕尺寸效应及应变硬化现象

利用纳米压痕技术对高熵非晶合金Cu₂₉Zr₃₂Ti₁₅Al₅Ni₁₉分别在载荷控制模式、连续刚度模式和循环加载模式下进行了研究。该合金在纳米压入过程中会发生Pop-in现象,且载荷大小比加载速率对Pop-in现象的影响更大。当载荷超过40mN时,即使采用高达5mN/s的加载速率仍然可以观察到Pop-in现象。该合金存在压痕尺寸效应,其测试纳米硬度随载荷的增大而下降,其Meyer指数(n)小于2。压入过程中的能量耗散分数(E_d)在54%-60%之间变化。循环加载测试结果显示该合金加工硬化效应明显。     

一种铈(镧)基块体金属玻璃纳米压痕蠕变行为的加载速率敏感性

通过球形压头纳米压痕蠕变实验研究了加载速率对{(Ce0.2La0.8)0.78Ni0.22}75Al25块体金属玻璃室温蠕变变形的影响。结果表明:该Ce(La)基块体金属玻璃的蠕变变形量随着加载速率的增加而增大。此外,根据经验幂律函数计算出了材料室温蠕变应变速率敏感系数m,当加载速率从0.8 m N/s增大到80 m N/s时,m从0.028逐渐增长到0.079,显示出显著的压痕加载速率敏感性。研究表明,这是由于高加载速率条件下,压头周围材料内部多重剪切带被激活并扩展导致材料软化引起的。另外,这些m值都远小于1,表明材料在室温下的纳米压痕蠕变行为是非均匀的。     

一种铁基块体金属玻璃纳米压痕蠕变行为的加载速率敏感性(英文)

通过纳米压痕蠕变实验研究了加载速率对{[(Fe0.6Co0.4)0.75B0.2Si0.05]0.96Nb0.04}96Cr4块体金属玻璃室温蠕变变形的影响。结果表明,该铁基块体金属玻璃的蠕变变形随着加载速率的增加而增大。此外,根据经验幂率函数计算得到了材料室温蠕变应力指数,当加载速率从1mN/s增加到50mN/s时,应力指数从28.1逐渐下降到4.9,显示出显著的压痕加载速率敏感性。最后,基于自由体积理论和剪切转变区理论对该铁基块体金属玻璃的纳米压痕蠕变行为进行了探讨,并对实验结果和分析结果提供了半定量的解释。     

Cr effects on magnetic and corrosion properties of Fe–Co–Si–B–Nb–Cr bulk glassy alloys with high glass-forming ability

Effects of the Cr addition on glass formation, magnetic and corrosion properties of {[(Fe_0.6Co_0.4)_0.75B_0.2Si_0.05]_0.96Nb_0.04}_100−xCr_x (x = 1, 2, 3, 4 at.%) alloys have been investigated. It was found that the addition of Cr element slightly decreases the glass-forming ability (GFA), but is very effective in increasing corrosion resistance and improving soft magnetic properties for this Fe–Co–B–Si–Nb bulk glassy alloy within the composition range examined. The Fe–Co–B–Si–Nb–Cr alloys exhibit high GFA. Full glassy rods with diameters up to 4 mm can be synthesized by copper mold casting. The Fe-based bulk glassy alloys (BGAs) exhibit a high saturation magnetization of 0.81–0.98 T as well as excellent soft magnetic properties, i.e., extremely low coercive force of 0.6–1.6 A/m and super-high initial permeability of 26,400–34,100. Furthermore, corrosion measurements show that corrosion rate and corrosion current density of these Fe-based BGAs in 0.5 M NaCl solution decrease from 7.0 × 10⁻¹ to 1.6 × 10⁻³ mm/year and 3.9 × 10⁻⁶ to 8.7 × 10⁻⁷ A/cm², respectively, with increasing Cr content from 0 to 4 at.%. The success of synthesizing the new Fe-based BGAs exhibiting simultaneously high GFA as well as excellent good soft magnetic properties combined with high saturation magnetization and enhanced corrosion resistance allows us to expect future progress as a new type of soft magnetic materials.     

净化对非晶态合金热稳定性的影响

研究了预先净化处理对于非晶态合金的热稳定性的影响。ＤＳＣ示差热分析结果表明，（Ｎｉ＿（０．５３）Ｆｅ＿（０．３３）Ｃｏ＿（０．１４））＿（７３）Ｂ＿（１７）Ｓｉ＿８Ｎｂ＿２非晶态合金本身具有较高的热稳定性。净化使该性能进一步提高，并保证较大体积的非晶态合金保持一定的热稳定性。证明了深过冷快淬工艺是制取大体积非晶态合金并提高其使用性能的有效方法。     

Fe_(78)Si_9B_(13)非晶合金的高温变形性能

通过高温拉伸及胀形实验,研究了Fe78Si9B13非晶合金的塑性变形性能。高温拉伸的温度范围为430℃~530℃,初始应变速率为1.67×10-4s-1~1.67×10-3s-1。利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对高温变形后的微观组织进行了分析。高温拉伸的延伸率随温度的升高先增大后减小,450℃时达到最大;在450℃,初始应变速率为8.33×10-4s-1时延伸率为40%。在450℃胀形得到半径为5mm、高4mm的近半球试件,显示了Fe78Si9B13非晶合金具有良好的高温变形性能。高温塑性变形过程中伴随着非晶的晶化,使塑性流动应力增大,影响了Fe78Si9B13非晶合金的高温变形性能。     

Microstructures and properties of Fe-Co-B-Si-Nb coating prepared by laser cladding and remelting

High power laser cladding of [(Fe0.5Co0.5)0.75B0.2Si0.05] 95.7 Nb4.3 powder mixture afier-remelting was performed to fabricate Fe-based metallic glass coating on the surface of steel of China Classification Society:Grade B (CCS-B).Scanning electron microscopy (SEM),X-ray diffraction (XRD),transmission electron microscopy (TEM)with energy dispersive spectrometer (EDS),Vickers hardness tester and corrosion resistance tester were employed to characterize microstructures and evaluate properties of this coating.According to the results of SEM ,XRD and TEM ,the cladding coating consisted of nanocrystalline embedded in amorphous phase.EDS data indicated that Nb segregated in the amorphous matrix.The results of hardness test revealed that the hardness of the top layer was higher than that of the inner layer of the coating.The coating exhibited excellent corrosion resistance in a 3.5% NaCl solution.     

Crystallization kinetics of （Ni0.75Fe0.25）78-xNbxSi10B12 （x = 0, 5） amorphous alloys

Amorphous ribbons of （Ni0.75Fe0.25）78-xNbxSi10B12 （x = 0, 5） were prepared by a single roller melt-spinning technique in air atmosphere. The crystallization kinetics of the alloys were investigated by means of continuous heating, and the activation energies of the alloys were calculated using Kissinger plot method and Ozawa plot method on the basis of differential thermal analysis data. The crystallization products were analyzed by X-ray diffraction. After the （Ni0.75Fe0.25）78Si10B12 amorphous alloy was annealed at the temperatures 715 and 745 K, a single phase of γ-（Fe, Ni） solid solution with grain sizes of about 10.3 and 18.5 nm, respectively, precipitates in the amorphous matrix. The crystallized phases are γ-（Fe, Ni） solid solution, Fe2Si, Ni2Si, and Fe3B after annealing at 765 K. The （Ni0.75Fe0.25）73NbsSi10 B12 amorphous alloy was annealed at 720, 750, and 800 K; and the crystallization phases, γ（Fe, Ni） solid solution, （Fe, Ni）23B6. Ni31Si12 and Nb2NiB0.16 form simultaneously.     

Nb对Fe-Co基合金非晶形成能力及磁性能的影响

利用铜模吸铸法制备(Fe0.5Co0.5)71-xNbxZr3Nd4B22(x=0~10)系块体合金,研究合金元素Nb的添加对该体系合金非晶形成能力(GFA)和磁性能的影响。结果表明,适当Nb的添加能有效提高合金的非晶形成能力。当Nb含量为5at%时,可获得具有完全非晶结构的块体非晶合金,该合金呈现典型的软磁性能,饱和磁化强度(Ms)为79 Am2/kg;合金的晶化温度(Tx)为957 K,晶化激活能E为538.30 kJ/mol。     

HIGH-TEMPERATURE AC MAGNETIC PROPERTIES OF NANOCRYSTALINE FINEMET ALLOYS WITH Co ADDITION

High-temperature AC magnetic properties for (Fe0.5Co0.5)73.5Cu1Nb3Si13.5B9 alloy annealed at various temperatures have been investigated using an impedance analyzer. Annealing temperature Ta has obvious effects on high-temperature AC magnetic properties of the alloy. The Hopkinson peak appears only in the amorphous alloy when Ta ≤ 703K. As Ta increases above 733K, the real part of the complex initial permeability μi' descends gradually, μi' decreases more slowly with temperature in the high temperature range. The high-temperature (about 750K) AC initial permeability for the alloy annealed at Ta=763K has been found to maintain a stable high value of 950 up toa frequency of～ 1 × 105Hz Partial substitution of Co for Fe in the Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9 alloy leads to an increase of around 110K of the Curie temperature of the amorphous phase, much higher than Ge-containing Finemet alloy.     

铁基非晶及纳米晶合金在NaOH溶液中的耐蚀性比较

冶炼制备了纳米晶Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1和非晶带材Fe78Si13B9。在电化学工作站上测试了两种合金在不同浓度的NaOH碱溶液里的极化曲线。随着NaOH溶液浓度的不同,非晶Fe78Si13B9和纳米晶Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1合金极化曲线具有相似的变化规律,且纳米晶合金比非晶合金的腐蚀电位要高,耐腐蚀性要好。     

Fe41Co7Cr15Mo14C15B6Y2块体非晶合金在HCl溶液中的腐蚀行为

采用电化学极化曲线和电化学阻抗(EIS)测试方法研究Fe_(41)Co_7Cr_(15)Mo_(14)C_(15)B_6Y_2块体非晶合金在0.5,1,2以及4 mol/L HCl溶液中的腐蚀行为,并比较了1 mol/L HCl溶液中非晶合金和不锈钢的腐蚀行为.极化曲线测试结果表明,Fe_(41)Co_7Cr_(15)Mo_(14)C_(15)B_6Y_2块体非晶合金在各种浓度的HCl溶液中都具有很好的耐蚀性,阳极极化曲线表现出明显的钝化特征.随着HCl溶液浓度的增大,其耐蚀性能逐渐下降.在1 mol/L HCl溶液中,非晶合金的自腐蚀电位高于不锈钢,自腐蚀电流密度比不锈钢小1个数量级.EIS结果显示,在开路电位下,Fe_(41)Co_7Cr_(15)Mo_(14)C_(15)B_6Y_2非晶合金和不锈钢的Nyquist图均由单一的容抗弧构成,但非晶合金的电化学转移电阻Rt比不锈钢的大2个数量级,这一结果与极化曲线结果一致,说明非晶合金在HCl溶液中的耐蚀性能优于不锈钢.