低成本Fe基非晶纳米晶合金形成能力和软磁性能研究

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铁基非晶纳米晶具优异的软磁性能而被各国学者不懈研究,如牌号为Finemet的铁基非晶纳米晶已经实现了工业生产并运用到了人们生活中。但是其饱和磁化强度不高,这对仪器轻量化、小型化不利;且其成本高,这限制了其发展。本文以降低原材料成本和工业生产难度为思路,研究了Fe BCu系铁非晶纳米晶合金,为获得非晶形成能力、软磁性能更优异,成本更低廉的铁基非晶纳米晶材料。本文使用真空感应熔炼炉,真空甩带机,X射线衍射仪(XRD),高温差示扫描量热仪(DSC),振动样品磁强计(VSM),纳米压痕仪等仪器,制备并研究了铁基非晶纳米晶合金,得到主要结果如下:(1)没有经过去应力和结晶退火的淬态非晶态合金具有优异软磁性能是铁基非晶纳米晶合金具有优异的软磁性能的一个重要的前提。用Co元素微量替代Fe元素,制备出Fe83.2-xCoxB10C6Cu0.8(x=0,4,6,8,10 at.%)完全非晶条带,测试结果显示Fe77.2Co6B10C6Cu0.8非晶形成能力好、热稳定性高,其饱和磁化强度最大值为184.07 A·m~2·kg-1,矫顽力为13.55 A·m-1。(2)为降低合金成本,利用P元素取代了贵金属Co。用小原子B元素微量替代Fe元素,通过等温退火方式,制备出Fe78.8P14-xBxC6Cu1.2(x=0,7 at.%)非晶纳米晶合金。其中Fe78.8P7B7C6Cu1.2非晶形成能力好、热稳定性高,经过433 oC退火并保温5 min后,其饱和磁化强度为154.63 A·m~2·kg-1,矫顽力3.22 A·m-1。B元素的添加能有效抑制合金的退火脆性。(3)为进一步降低成本和退火脆性,首先用工业纯铁引入铁元素,并用熔点更低的Si元素取代了C元素,其次降低冷却速率,直接制备出非晶纳米晶双相结构。通过Si元素和P元素之间相对含量的改变,制备出Fe83.5Si8-xB8PxCu0.5(x=2,3,4,5 at.%)非晶纳米晶合金。其中Fe83.5Si5B8P3Cu0.5非晶形成能力好、热稳定性高,其饱和磁化强度为195.26 A·m~2·kg-1,矫顽力为24.86 A·m-1。
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