激光诱导Fe基非晶合金表面纳米晶化

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脉冲激光辐照Fe基非晶带材料是一种激光非晶表面纳米化的新技术,激光诱导Fe基非晶纳米化是目前激光固相法制备纳米材料研究领域的前沿课题。本文使用脉冲激光辐照Fe75Si2B16Ni4Mo3、Fe78Si9B13非晶带,诱导其表面产生晶化相,形成纳米晶化相加非晶相的双相组织,以改善材料的综合磁性能。主要利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、穆斯堡尔谱、静态磁性能测量仪、差示扫描量热分析仪、显微硬度仪等分析手段,系统研究了激光辐照纳米晶化后样品的晶化相组织结构、形貌、大小数量、表面显微硬度和磁性能之间的关系,并探讨了脉冲激光诱导Fe基非晶纳米化的机理。 实验结果表明,脉冲激光在一定的优化工艺条件下,辐照非晶Fe75Si2B16Ni4Mo3、Fe78Si9B13材料能够产生表面晶化,形成纳米晶化相加非晶相的双相组织结构。通过控制激光工艺参数,可以得到不同数量、结构的纳米晶化相。在激光辐照Fe78Si9B13非晶的实验中,选择脉冲激光电流I=100A,频率f=30HZ,波长λ=1.064μm,光斑直径d=10mm,扫描速度v=10mm/s、激光脉宽在0.3-0.7ms较低激光能量下,生成内磁场约为130kOe的α-Fe(Si)亚稳固溶体;当脉宽为0.8和0.9ms较高激光能量作用和激光处理两遍的工艺条件下,样品产生内磁场较大的(220-300kOe)D03结构的α-Fe(Si)纳米相,晶化相不仅晶化率增加,而且晶粒尺寸也明显增大,大小在10-30nm之间。 脉冲激光辐照后样品的晶化率随着激光扫描速度的增加而降低,随着激光脉宽、电流和扫描次数的增加而增加。脉冲辐照后样品表面的显微硬度增加,随着激光扫描速度的增加而降低,随着激光脉宽、电流的增加而增加。对较低能量激光辐照后(脉宽0.5ms)晶化率较低的Fe78Si9B13非晶样品进行静态磁性能检测,初始磁导率减小、最大磁导率增加,剩磁比增加、矫顽力略有增加,磁性得到了改善。 纳米晶化相分布在Fe基非晶带的表层,晶化层的厚度在0.01-10μm之间,随着激光能量和扫描次数增加而增大。晶化层之外部分仍为非晶,因而激光表面晶化具有较好的韧性,不易脆裂。激光加热的能量密度高、冷凝速度快,并且对非晶表面有应力作用,这促使非晶材料表面原子扩散重排,形成了新的Fe-Fe富集,B原子从间隙位置中析出,产生空位,从而加速了非晶表面中原子的扩散形核,生成为α-Fe(Si)纳米相或亚稳相,同时抑制了对磁性有害Fe-B化合物的析出。 通过控制激光脉宽、电流、扫描速度和扫描次数等工艺参数,可以在常温常压下,快速、可控地利用激光晶化法制备出铁基非晶纳米晶合金。
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