机械合金化制备Fe基软磁材料的研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:guanshui6
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机械合金化(简写为MA)技术是新型的固态反应技术,由于可以制备非晶、纳米晶、过饱和固溶体等多种亚稳态材料,近年来受到材料研究者的普遍关注。本文研究了Fe基软磁材料的机械合金化制备,采用行星式球磨机制备了Fe-Ni-C系和Fe-Co-C系三元软磁合金粉末。并利用X射线衍射(XRD)和磁性测量仪(VSM)两种测试方法,对材料在MA过程中的固态相变、晶粒尺寸、微观应变以及磁性变化进行了研究。通过试验发现,Fe-Ni-C系、Fe-Co-C系合金粉末可以通过机械合金化法形成一定量的非晶相。其中Fe-Ni-C三元合金系得到的合金化产物为大量的非晶相与γ-Fe(Ni,C)固溶体、Fe3C的多相混合物。而Fe-Co-C三元合金系的合金化产物在高球磨能量下是大量的α-Fe(Co,C)固溶体及少量的富α-Fe相的非晶相以及Fe3C的混合物;在低球磨能量下为大量的非晶态与少量的晶态(包括α-Fe(Co,C)固溶体以及少许的碳化铁)的混合物。在整个球磨过程中,这两种合金体系没有实现完全的非晶化。机械合金化使粉末晶粒细化和晶界增加,这导致晶界扩散增强,扩散激活能下降,扩散系数增加,该扩散系数是单纯热激活扩散系数的1010倍,从而加快扩散。机械合金化过程的晶界、表面扩散模式为元素原子之间的低温扩散提供了必要条件。对Fe-Ni-C系合金粉末进一步研究发现,Fe-Ni-C三元合金系的机械合金化过程可以划分为四个阶段:物理破碎阶段,固溶扩散阶段,非晶化的形成阶段和碳化物析出阶段。Fe40Ni40C20的合金化过程中,15小时后晶粒尺寸达到37.17nm,随着球磨时间的延长,晶粒尺寸继续下降,40小时后达到4.14nm。然而继续球磨后,晶粒尺寸下降很慢,100小时后为2.69nm;在球磨过程中,Fe40Ni40C20粉末晶粒的微观应变先增大,15小时后达0.16%,70小时增加到1.2%;然后下降,100小时后降至0.9%。MA过程中Fe40Ni40C20的矫顽力主要受晶粒尺寸的影响,矫顽力的变化趋势为随时间的增加先增大后减小,并且100小时左右在本实验条件下球磨后材料的软磁性能最好。此外,Fe-Ni-C混合粉末在两种不同的球磨条件下(球料比分别为40:1和80:1),合金成分为Fe40Ni40C20的混合粉末的矫顽力最小,即损耗最小,软磁性能最好;不同原子配比的Fe-Ni-C三元合金系都满足球磨能量越高,软磁性能越好的规律。
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