Fe_(97-x)Nb_3B_x铁基非晶合金的热学与磁学性能研究

为了研究B含量对Fe-Nb-B三元非晶合金的非晶形成能力和磁学性能的影响规律,采用单辊甩带法制备Fe_(97-x)Nb_3B_x(x=16,18,20)非晶薄带,利用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)和振动样品磁强计(VSM)对合金结构特征、热学性能以及软磁性能进行研究.结果表明:制备的Fe_(97-x)Nb_3B_x合金薄带均为非晶.增加B含量使得合金的非晶形成能力显著提高,Fe77Nb3B20合金具有高的热稳定性及良好的非晶形成能力,过冷液相区(ΔTx)、约化玻璃转变温度(Trg)和γ参数分别为44 K、0.584和0.291.该合金具有优异的软磁性能,饱和磁化强度为123~141 emu·g-1,低矫顽力为4.0~1 728.8 A·m-1.Fe_(97-x)Nb_3B_x(x=16,18,20)非晶合金具有高的非晶形成能力和优异软磁性能,有望作为一种新型软磁材料应用于工业领域.     

Ce-Al-Ni非晶合金制备及非晶形成能力研究

采用熔体旋淬法制备了Ce75Al25-xNix(x=4,8,16)和Ce68Al17Ni15,Ce73Al15Ni12非晶合金薄带,用X射线衍射(XRD)法表征了合金薄带的相结构,用差示扫描量热法(DSC)测量了合金薄带连续加热过程相变规律,研究了Ce-Al-Ni合金的非晶形成能力与合金成分及相应的非晶形成能力参数(ΔTx,Trg,γ,δ,β,ω)之间的关系.研究结果表明:当Ce的含量一定时,随着合金中Ni原子百分数的增加,合金的非晶形成能力降低;研究还发现Ce-Al-Ni体系具有非常特殊的非晶形成规律,计算评估的用来预测具有强的非晶形成能力的合金成分参数(ΔTx,Trg,γ,δ,β,ω)不能用来表征Ce-Al-Ni合金的非晶形成能力;根据非晶形成能力参数计算的预测具有强的非晶形成能力的合金成分,实验研究不能观察到更好的非晶形成能力.     

Fe_(71-x)Nb_9B_(20)W_x磁性非晶合金玻璃形成能力及热稳定性研究

为了研究W元素部分替代Fe元素对Fe基非晶合金热稳定性和软磁性能的影响规律,文中采用单辊旋淬法制备了Fe_(71-x)Nb_9B_(20)W_x(x=1,3,5)非晶合金带材,利用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)及振动样品磁强计(VSM)等手段测试Fe_(71-x)Nb_9B_(20)W_x非晶合金的热学性能和软磁性能。研究结果表明:Fe基非晶的晶化过程与W含量密切相关,随着W含量的增加,合金由两次晶化过程转变为一次晶化过程。添加W元素能够有效提高Fe基非晶合金的玻璃形成能力,改善合金的热稳定性。Fe_(66)Nb_9B_(20)W_5非晶合金具有优异的热稳定性和较高的非晶形成能力,过冷液相区宽度T_x和晶化起始温度T_(x1)分别高达58 K和928 K。合金的饱和磁感应强度M_s和矫顽力H_c分别为42～90 emu·g~(-1)和0.61～6.59 Oe,其中M_s随着W含量的增加而降低。     

Fe_(36)Co_(36)Si_4B_(20)Nb_4非晶合金条带软磁性能的研究

调整Fe_(36)Co_(36)Si_4B_(20)Nb_4非晶合金条带的制备工艺,对该合金成分条带进行DSC检测,以确定退火温度。分别对制备好的条带进行退火处理,对退火后的条带进行XRD检测,根据结果确定退火前后的条带为非晶条带。分别对退火前后的条带进行软磁性能的检测,结果表明:适当调整制备工艺,可以使未经退火的非晶条带的综合软磁性能得到明显提高。     

块体(Zr0.6 Cu0.2 Ni0.1 Al0.1)100-xTix非晶合金熔体玻璃形成能力

以合金元素掺杂法考察了Ti质量分数对(Zr0．6Cu0．2Ni0．1Al0．1)100-xTix(x=1．5，3，…，7．5)块体非晶合金玻璃形成能力的影响．结果发现，随着Ti质量分数的增加，非晶合金的过冷液相区温差△Tx逐渐减小，而约化玻璃温度Trg逐渐增加，对应的楔形试样中非晶区的最大厚度(dm)逐渐增加，表明Ti的加入可以明显的提高非晶形成能力．在Ti含量为6％时(对应成分：Zr56.4Cu18.8Ni9.4Al9.4Ti6)合金具有最好的玻璃形成能力．以上结果预示着Zr56.4Cu18.8Ni9.4Al6Ti16合金具有良好的玻璃形成能力．     

Ta元素对Ni_(68.6)Cr_(8.7)Nb_((3-x))P_(16.5)B_(3.2)Ta_x非晶合金性能的影响

利用XRD、DSC、电化学工作站和SEM方法研究了不同含量的微量元素Ta的添加对Ni_(68.6)Cr_(8.7)Nb_((3-x))P_(16.5)B_(3.2)Ta_x(x=0、0.1、0.3、0.5、0.7、1,at%)合金的非晶形成能力、热稳定性和耐腐蚀性能的影响。研究表明,当x=0.5时,直径为1.5mm的Ni_(68.6)Cr_(8.7)Nb_(2.5)P_(16.5)B_(3.2)Ta_(0.5)合金棒为完全非晶结构,而x为其他值时,则有晶态相析出;适量Ta元素的添加提高了该Ni基非晶合金体系的热稳定性能,当x=0.5时合金的热稳定性能最好,之后热稳定性能开始下降;在1mol/L H_2SO_4溶液环境下,随Ta元素含量的增加,Ni基非晶薄带的耐腐蚀性逐渐增强,当x=0.5时非晶薄带的耐腐蚀性能最强。     

富镁Mg70(Ni3RE)30非晶合金的玻璃形成能力研究

玻璃形成能力(GFA)是判断合金非晶态结构形成的重要指标.利用甩带快冷技术制备了Mg70(Ni3RE)30(RE=La、Ce、Pr、Nd、Y)非晶合金条带(宽5mm,厚0.2mm),通过差示扫描量热技术(DSC)表征了合金条带的非晶结构转变及其热稳定性.从原子尺度,对合金的原子尺寸参数(δ)、电负性差(Δx)以及原子结构参数(λ)进行了计算和分析.实验数据和理论分析结果表明:RE=Pr时,相应合金的玻璃形成能力最大,RE=Y的最小,其大小次序为:Mg70(Ni3Pr)30> Mg70(Ni3la)30> Mg70(Ni3Ce)30> Mg70(Ni3Nd)30>Mg70(Ni3Y)30,影响Mg70(Ni3RE)30非晶合金玻璃形成能力的主要因素是电负性差,原子尺寸参数和原子结构参数的作用次之.     

Fe对Zr55Al10Ni5Cu30非晶形成能力及力学性能的影响

为了进一步提高锆基大块非晶合金的玻璃形成能力及力学性能,采用铜模吹铸法制备了（Zr0.55Al10Ni0.05Cu0.30）100-xFex（X=1,5,10）系列合金,通过X射线衍射（XRD）、差示扫描量热法（DSC）以及压缩实验和SEM进行材料分析。研究表明：微量Fe有助于改善非晶合金在压缩变形时剪切带内的应力分布,提高材料的综合性能,当Fe添加量为1％时,塑性应变εp达到5．9％,强度达到1．89GPa,同时,随着Fe添加量的增加,过冷温度区间ΔTx减小,热稳定性减小,非晶形成能力降低。     

Ti-Cu-Ni-Zr块体非晶合金形成能力及其压缩性能

采用铜模铸造法制备了不同直径的Ti40Cu34+xNi16-xZr10(x=0,2,4,5,6)系列合金,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、差氏扫描量热仪(DSC)研究了合金的相结构、显微组织、热稳定性.结果表明:只有Ti40Cu39Ni11Zr10合金成分可制备出2 mm的全非晶结构,增加制备尺寸到3 mm、4 mm后,有TiCu晶体相析出;玻璃转变温度Tg、晶化温度Tx分别为665 K和712 K,过冷液相区ΔTx为47K.压缩实验表明:Ti40Cu39Ni11Zr10块体非晶合金具有高达1 931 MPa的屈服强度,并伴有0.3%左右微量压缩变形量,塑性变形以锯齿形式出现;Ti40Cu34Ni16Zr10合金具有1.3%的压缩变形量,TiCu相的析出提高了该合金压缩变形量.     

混合稀土基大块非晶合金的制备及力学性能

用铜模铸造法成功制备出直径为3 mm以混合稀土金属Mm(Mischmetal)为基的成本较低的Mm55Al25Ni10Cu5Co5大块非晶合金。利用XRD和DSC等手段对该合金的形成能力及热稳定性进行了分析。结果表明,该合金具有很好的非晶形成能力及热稳定性(明显的玻璃转变温度Tg、宽的过冷液相区ΔTx(=Tx-Tg)>60 K及高的约化玻璃转变温度Trg(=Tg/Tm)>0.67).同时,该合金的压缩断裂强度(σf)为676 MPa,比La55 Al25Ni10Cu5Co5大块非晶提高94 MPa.     

元素Ce对Y基合金非晶形成能力和热稳定性的影响

采用铜模吸铸法成功制备出直径为3 mm的Y56Al24Ni20和直径为5 mm的Y36Ce20Al24Ni20大块非晶合金,用X射线衍射法和差示扫描量热法对其非晶形成能力及热稳定性进行了分析。结果表明:Y36Ce20Al24Ni20大块非晶合金存在明显的玻璃转变温度Tg,其过冷液相区温度宽度ΔTx=63 K,约化玻璃转变温度Trg=0.70 K。这说明稀土元素Ce可以改善Y56Al24Ni20合金的非晶形成能力及热稳定性。     

合金非晶形成能力影响因素探讨

分析了Zr-Al-Co合金系中玻璃转变温度(Tg)、晶化温度(Tx)和约化玻璃转变温度(Tg/Tm)与电子浓度值(e/a)、原子尺寸判据(λn)、混合焓(ΔHchem)和混合熵(ΔS)的关系.结果表明:可以用多元回归的方法研究Tg、Tx和Tg/Tm与e/a、λn、ΔHchem和ΔS的关系,回归结果都是显著的;通过F-检验,剔除e/a和λn,仅用ΔHchem和ΔS足以解释响应变量Tg、Tx和Tg/Tm,简化模型的方法是可行的;只用ΔS或ΔHchem解释响应变量Tg、Tx和Tg/Tm是不可靠的,在某些文章中只用ΔH来判断非晶形成能力的方法是不可靠的.     

添加微量稀土钇对铜基合金非晶形成能力的影响

针对铜基非晶合金玻璃形成能力问题,分析了添加微量稀土元素Y对合金的玻璃形成能力、热稳定性的影响,利用铜模吸铸法制备出Cu-Zr-Al-Y9mm非晶合金.研究结果表明：制备的9mm铜基非晶合金试样（Cu45Zr47Al8）97Y3,在过冷液相区ΔT和约化玻璃转变温度Trg分别是79.42K和0.775 3.随着稀土元素Y含量的增加Trg值变小,合金的非晶形成能力降低,通过Trg值变化可以判别该合金的非晶形成能力.     

原子尺寸因素对块体非晶形成能力的影响

块体非晶的研究无论在理论上还是在应用上都有重要意义,而非晶形成能力是决定非晶制备的关键因素之一.通过研究原子尺寸分布对非晶形成能力的影响,计算了原子尺寸差函数与合金非晶形成能力间的关系,系统地分析了其机理,并对其合理性进行了验证.结果表明,原子尺寸差函数可以估计合金体系的非晶形成能力.相同合金体系中,非晶形成能力与基元素的原子百分含量存在线性关系.     

工业原料制备Zr-Cu基非晶合金及其压缩断裂行为研究

采用工业原料制备了Φ4 mm的Zr55Cu30Ni5Al10非晶合金棒材,利用XRD,DSC,SEM分析了该合金体系玻璃形成能力及压缩断裂行为.结果表明:Zr55Cu30Ni5Al10非晶合金棒材在10,15,20 K/s的升温速度下,过冷液相区△Tx分别为71.2,72.4,68.1 K,具有较大的玻璃形成能力.该非晶合金棒材抗压强度达到1 702 MPa,断口微观形貌为典型的脉络状花纹,在断口与试样连接处发现大量的剪切带存在,同时还产生了局部熔化现象.     

熔体过热度对Fe_(78)Si_9B_(13)非晶条带磁性能的影响

为了研究合金熔体过热度和退火温度对Fe_(78)Si_9B_(13)非晶条带磁性能的影响,在180、200和230℃3个不同合金熔体过热度下利用单辊法制备了宽142 mm、厚23μm的非晶条带.在350~370℃范围内选取5个退火温度对非晶条带进行纵向磁场退火,并利用硅钢测试仪对退火后的非晶条带进行磁性能测试.结果表明,随着合金熔体过热度的增大,非晶条带的激磁功率和损耗均呈下降趋势.随着过热度和退火温度的降低,非晶条带的磁性能分布区间变窄,但其稳定性增强.适当提高过热度和热处理温度有助于获得具有最佳磁性能的非晶条带.     

稀土元素对Cu基非晶合金形成能力和力学性能的影响

通过铜模铸造法成功制备出直径分别为5 mm和3 mm的三元Cu45Zr48Al7和四元Cu45Zr45Al7Y3大块非晶合金。采用甩带法制备了Cu42Ni8Ti48Sm2、Cu42Ni8Ti48Y2、Cu42Ni8Ti48Gd2三种条带非晶;其中,Cu42Ni8Ti48Y2合金的非晶形成能力最强。三种非晶的玻璃转变温度Tg不十分明显,在冷却过程中存在着一定浓度的初晶相预存核,过冷液相区ΔTx不能反映该合金系非晶形成能力的差异。Cu47Zr42Al6Y5和Cu47Zr42Al6Er5合金组织基本由非晶相组成;Cu47Zr42Al6La5合金组织含有较多的晶态相,其压缩断裂强度较低;压缩断裂机理为解理 穿晶。     

Fe-B-Nb-Er块状非晶合金的形成能力及热稳定性研究

采用工业原料通过铜模喷铸法制备了(Fe7.2B24Nb4)100-x Er x(x=3.0、4.0、4.5、5.0、6.0、7.0)块状非晶合金系,采用X射线衍射仪、DSC差示热量扫描仪研究了稀土元素Er对该非晶合金系热稳定性、玻璃形成能力的影响.结果表明:稀土元素Er的添加明显提高了样品的非晶形成能力,Er含量(摩尔分数)为5.0%时成功制备出直径为5 mm的(Fe72B24Nb4)95Er5块状非晶,该非晶合金具有较高的热稳定性,抗晶化能力较强,其晶化激活能分别达到382.8、539.5、680.8 kJ/mol.     

Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3-xMox（x=1,2,3）非晶合金的晶化动力学研究

采用单辊熔体快淬法在大气环境中制备Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3-xMox（x=1,2,3）非晶合金薄带,利用差示扫描量热分析和X射线衍射分析进行非晶合金的晶化动力学研究,计算出Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3-xMox（x=1,2,3）非晶薄带的晶化激活能分别为349、262、332 kJ/mol,其Avrami指数分别为1.95、2.14和2.00。结果表明,随着升温速率的提高,Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3-xMox（x=1,2,3）非晶薄带的起始晶化温度和晶化峰值温度相应升高;以Mo部分替代Nb降低了非晶合金的晶化激活能;-αFe（Si）软磁相具有扩散控制的低维形核和生长的晶化机制,且形核率逐渐减小。     

FeSiCP系软磁非晶合金的研究

具有良好软磁性能及高非晶形成能力(AFA)的Fe基非晶合金由于其广泛的应用前景,已成为国际上竞相研究的热点.设计研发了具有共晶成分的Fe80Si3C5-xP12+x(x=0%,1%和2%)合金系,研究其AFA、热稳定性和磁学性能.结果表明:Fe80Si3C3P14非晶合金具有高的AFA,尤其是优异的软磁性能.其过冷液相区宽度ΔT可达42 K,饱和磁感应强度Bs高达1.35 T,初始磁导率μi达到6 960和矫顽力Hc低至2.82 A/m.