Fe-Nb-B-(Cu,Ni,Co)多组元铁基非晶合金的制备及性能研究

作     者：蔡萌萌 

作者单位：西安工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱满

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：Fe基非晶合金 非晶形成能力 软磁性能 电阻率 晶化动力学 

摘      要：Fe基非晶合金具有优异的力学性能和软磁性能等特点,已广泛用于电子电力领域,制备兼具高非晶形成能力和优异软磁性能的Fe基非晶合金具有重要的理论和实际应用价值。本文采用单辊甩带法制备多组元Fe-Nb-B-Cu和Fe-(Co,Ni)-Nb-B-Cu非晶合金。利用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、振动样品磁强计(VSM)及四探针测试仪检测其结构、热学性能、磁学性能和电阻率,揭示了合金性能与成分之间的关系;并且研究了FeNbBCu非晶合金的晶化动力学效应,揭示其形核与长大机制。本文取得的主要研究成果有:制备得到的FeNbBCu(x=0.0,0.5,1.0,2.0)非晶合金具有高的热稳定性,其T≥913 K,然而其非晶形成能力却随Cu含量的增加呈现先增大后减小的变化规律。合金的饱和磁感应强度为860 emu·g,矫顽力为0.02.86 Oe。合金电阻率?随Cu含量的增加先增大后减小。FeNbBCu合金的非晶形成能力和电阻率最佳,其?T、T和?分别为45 K、0.585和138μΩcm。采用DSC手段研究了FeNbBCu非晶合金的非等温晶化动力学。利用Kissinger方法计算得到该合金的E和E分别为558±7和693±2 kJ mol,用Ozawa方法计算得到的E和E分别为543±9和680±2 kJ mol,可以发现两种方程计算出的E值均小于E,这意味着形核过程比晶粒长大过程更容易。Avrami指数n(x)随晶化体积分数x变化,这表明晶化过程中存在不同的晶化机制。当0.05x0.2时,n(x)在1.0.5之间,表明该阶段为具有初始体积的颗粒的生长;当0.2x0.8时,n(x)在0.5.0之间,该阶段主要是大量预存晶核的生长。用Co元素部分替换Fe元素制得FeNbBCuCo(x=1,2,3,4)非晶合金,研究了Co元素添加对其热稳定性、非晶形成能力、软磁性能及电阻率的影响。结果表明,该合金的热稳定性和非晶形成能力随Co含量的增加呈现先增加后减小的变化规律。当x=3时,合金的热稳定性和非晶形成能力最佳,其T和T分别为747 K和0.544。合金的饱和磁感应强度随Co含量的增加呈先增大后减小的趋势,当x=2时,合金的饱和磁感应强度M达到最大值105 emu·g。合金电阻率为12850μΩcm,随着Co含量的增加,合金电阻率呈先增加后减小的变化规律。研究了Co、Ni元素同时加入对FeNbBCuCoNi(x=2,y=2;x=2,y=3;x=3,y=2;x=3,y=3)非晶合金的热稳定性、非晶形成能力、软磁性能及电阻率的影响。研究发现,当x=3且y=3时,合金具有最高热稳定性和非晶形成能力,其T和T分别为754 K和0.550。合金软磁性能优异,其饱和磁感应强度M为9301 emu·g,矫顽力H为0.04.37 Oe。合金的电阻率介于12163μΩcm之间。