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非晶态合金与晶态合金相比,具有一系列独特的优良性能,如高强度、高硬度、耐腐蚀和耐磨损等。近年来,一系列大块非晶合金体系的发现、发展,更为其注入了新的活力,成为目前材料科学的热点领域之一。铁磁性材料是应用最为广泛的一种功能材料,具有铁磁性的大块非晶合金的研究也倍受关注。本论文对几种铁磁性大块非晶合金的磁性和晶化行为做了较为深入的研究,希望通过研究能够尽可能的提高合金的非晶形成能力和磁性能。本文重点研究了铁磁性大块非晶合金在铸态下的微观结构和磁性能的关系以及分析了铁磁性大块非晶合金的晶化过程及晶化后合金的微观结构和磁性能的变化规律。特别是对于晶化后能够获得硬磁性的合金,探索了其晶化过程中磁性能与相组成和微观结构的相应变化关系。希望能够找出提高合金(铸态或晶化后)磁性能的方法,进而制备出高性能的块体磁性材料,这将为铁磁性大块非晶合金尽快走向实际应用打下良好的理论基础。主要实验结果和结论如下:1.在Fe67-xCo10Nd3YxB20(x=0,2,6,10)合金中,适量Y(2at%~6at%)的添加可以有效地提高合金的非晶形成能力。其中,Fe61Co10Nd3Y6B20合金中含有大量非晶相。铸态Fe61Co10Nd3Y6B20合金表现为软磁性,在948K退火30min后,由软磁性变为硬磁性,合金的矫顽力为101 kA/m,剩磁为46Am2/kg。利用真空甩带法,在8m/s的快淬速度下得到的合金为完全非晶态结构,在948K晶化退火后,矫顽力达到165kA/m,剩磁达到54 Am2/kg。相比具有不完全非晶结构的块体晶化后的结果,完全非晶态结构的合金晶化后具有更好的硬磁性能。2.在Fe75-xZrxY4B21(x=0,1,2,3)合金中,合金的非晶形成能力对Zr元素的含量相当敏感,适量的Zr(1at%~2at%)可以有效地提高合金的非晶形成能力。其中,Fe73Zr2Y4B21合金是一种具有很好非晶形成能力和较好软磁性能的新的Fe基大块非晶合金。3.在Fe73-xNdxZr2Y4B21(x=0,2,5,7)合金中,合金的非晶形成能力和晶化行为对Nd元素的含量变化非常敏感。少量Nd元素的变化会使合金的非晶形成能力和晶化行为也随之变化。适当的Nd元素(5at%)的添加,可以使合金保持较好的非晶形成能力。4.Fe68Nd5Zr2Y4B21大块非晶合金晶化后,合金由软磁性变为硬磁性,晶化后的合金中既含有软磁相α-Fe和Fe3B相,也含有硬磁相Nd2Fe14B相,且其晶粒尺寸都为纳米量级,即获得了一种具有较好硬磁性能的块体纳米晶复合永磁材料,磁性能为:Ms=86Am2/kg,Mr=49Am2/kg,iHc=380kA/m,(BH)max=43kJ/m3。这为今后制备高性能的块体永磁材料提供了一条新的途径。5.利用3DAP技术,观察到铸态Fe68Nd5Zr2Y4B21大块非晶合金中存在着Fe原子和B原子的偏聚与贫化的现象。其中,富B区的Fe:B约为1:1,贫B区的Fe:B约为8:1,其他区域的Fe:B约为7:2。根据3DAP和HRTEM的结果,提出了在Fe68Nd5Zr2Y4B21大块非晶合金晶化时,富B区可能形核、结晶为非磁性相NdFe4B4、B3Fe3Nd相,而贫B区则形核、结晶形成硬磁相Nd2Fe14B的观点。6.在Nd60-xDyxFe30Al10(x=0,2,5)合金中,Dy元素的添加使合金的非晶形成能力出现先降低后升高的现象。铸态Nd55Dy5Fe30Al10合金中存在着两种磁性相,一种为硬磁相,一种为软磁相,但没有产生交换耦合作用,获得的磁滞回线出现一种缩颈现象。利用Co替代Nd-Fe-Al大块非晶合金中的部分Fe后可以提高的合金的非晶形成能力,且显著提高合金的居里温度。7.在Nd60Fe20Co10Al10合金的DSC曲线上,在600K~750K之间存在一个宽的平缓的放热峰,加入2-5 at%的B后该放热峰消失,这是由于在样品铜模吸铸制备过程中,熔融状态合金中少量的成分起伏在急冷凝固过程中部分形核、结晶,从而使合金中剩余的非晶相的成分更加均匀的缘故。8.Nd60Fe20Co10Al10-xBx(x=0,2,5)大块非晶合金的内禀矫顽力随着B含量的增加而显著增加,而对应的微观结构中原子团簇的结构和数量都明显发生了变化,合金晶化过程的研究进一步说明了Nd基大块非晶合金的硬磁性能是来源于非晶基体中原子团簇之间的交换耦合作用。