Co基非晶态合金的制备与性能研究

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近年来,人们成功地发现了一系列新型铁磁性非晶合金,这些合金无论是μm尺度还是mm尺度,都有一个共同特点,即具有大的过冷液相区(SLR),同时兼具良好的软磁性能,这些非晶合金由于其令人瞩目的应用前景而备受关注。Co基非晶合金,不仅具有磁导率高矫顽力低,电阻率高,磁致伸缩系数接近于零等特点,而且由于非晶态合金的硬度高,耐磨性好,使用寿命长,因而具有很大的研究开发价值和广阔的市场前景。本次研究工作主要是利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热计(DSC)、显微硬度仪和B—H分析仪等分析检测手段,通过研究单辊旋淬法制备出的Co基非晶态合金的非晶形成能力,热稳定性及其力学、磁学性能,为寻找和制备同时具备强非晶形成能力、大过冷液相区和优异性能的Co基块体非晶合金提供重要依据。得到了以下主要结论:1)用单辊旋淬工艺制备了完全非晶结构的Co45Fe25-xZrxNb10B20(x=0,2,3,4,5,6)合金薄带。考察了冷却铜辊线速度对合金形成非晶的影响。铜辊线速度越大,即产生的冷却速度越大,合金越易形成非晶态。2)研究了Zr元素含量对Co-Fe-Zr-Nb-B五元系合金的母合金铸态组织结构、合金体系的非晶形成能力和热稳定性的影响。其中Zr元素含量为4 at.%时,合金具有相对最均匀细小的铸态组织、最强的非晶形成能力和最高的热稳定性,并用熔体微观结构竞争机制进行了讨论。3)研究了Y元素对Co-Fe-Zr-Nb-B合金的非晶形成能力和热稳定性的影响。同时与Nd、Pr等稀土元素比较,发现Y的添加使Co-Fe-Zr-Nb-B合金的非晶形成能力和热稳定性有很大程度的提高。主要原因有Y原子对氧有很强的亲和力,大大减少了氧对合金非晶形成能力的消极影响;另一方面,Y有很大的原子半径,它的添加增加了合金原子的错配度,获得拓扑密堆结构,阻碍原子迁移扩散,有利于形成非晶。4)对具有很强非晶形成能力和很高热稳定性的(Co45Fe21Zr4Nb10B20)96Y4非晶合金的晶化动力学展开研究,发现其具有很高的晶化激活能。通过分别采用Kissinger法和Ozawa法对(Co45Fe21Zr4Nb10B20)96Y4合金的晶化激活能进行计算,得到其晶化激活能值分别为988 kJ/mol和955 kJ/mol。这在之前人们对Co基或其它基体非晶合金晶化激活能的研究中还鲜见报道。5)分析检测了不同状态下非晶薄带的显微硬度,同时研究了在不同铜辊线速度时制得的Co基合金薄带的显微硬度。发现这些硬度值相差较大,随着铜辊线速度的增大,所得合金薄带的显微硬度减小。引用自由体积模型和缺陷浓度进行了讨论。6)把制备的非晶薄带研磨成粉末,在低于晶化温度的条件下,经热压成型制得非晶环,并对其磁性能进行了检测。发现具有大的过冷液相区的合金成分同时具有良好的软磁性能。
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