论文部分内容阅读
非晶合金由于其短程有序而长程无序的特殊原子排布结构,具有有别于其晶体材料的特殊物理和化学性质,从而受到科学界广泛的关注。铁基软磁非晶合金具有高饱和磁感应强度(Bs)、低损耗和低矫顽力(Hc)等优异的磁学性能,加之低廉的成本,目前已在电力和电子等领域取得了广泛的应用。随着科技的快速发展和低能耗要求的提高,电磁器件趋于向小型化和高效化的绿色节能方向发展,这对铁基非晶软磁合金的Bs和非晶形成能力提出了更高的要求。
目前提高铁基合金非晶形成能力的途径主要是调整成分,一般是添加某些大原子尺寸的金属元素,但是这些金属大部分为非铁磁元素,它们的添加势必会导致合金Bs的降低。因此,如何克服铁基合金非晶形成能力的不足和目前工艺性的限制,更深入地研究其非晶形成能力的机理,解决非晶形成能力与磁性能之间的矛盾是当前该领域待解决的难点和研究热点。本文通过添加P元素开发出了磁能优异的FeSiBP软磁合金,并且利用非惰性气氛O2、N2、Air替代Ar作为铸造气氛,在不恶化合金磁性能的前提下成功的提高了FeMoBSiPC和FeSiBP合金的非晶形成能力,并对其机理作了相应的研究,同时建立了铸造气氛、非晶形成能力和合金成分三者之间的联系,下面将本论文的工作介绍如下:
1.通过单一控制P含量的变化和后期的热处理工艺,开发出了低矫顽力和高磁导率的FeSiBP的非晶合金。其中(Fe76Si9B10)95/97P3合金的Bs为1.55T,Hc在0.9A/m左右,1kHz和10kHz下的磁导率分别达到17×103和14×103。并且综合考虑了粘度、晶化驱动力和界面张力对合金非晶形成能力的影响。
2.以(Fe76-xSi9B10)(100-x)/95Px合金系为研究对象,阐明了非惰性气氛提高铁基合金非晶形成能力的机理。通过控制P含量的变化系统研究了P元素对该合金系非晶形成能力、热力学参数、粘度和表面张力的影响。研究结果表明,O2和Air能提高Fe76Si9B10P5合金的非晶形成能力,且其热力学性能、体成分和磁性能保持不变。Ar、Air和O2中制备的合金棒,其表面P元素的含量依次降低。P含量的升高会使合金的粘度增大、吉布斯自由能差呈现先下降后升高的趋势,表面张力下降且先快后慢。研究结果认为,非惰性气氛提高FeSiBP合金非晶形成能力的主要原因是表层P含量的降低使合金的表面张力增大,和合金表层微弱的O/N元素渗入造成的。
3.利用非惰性气氛成功提高了Fe79-xMoxB4Si4P10C4合金系的非晶形成能力。O2对合金非晶形成能力的提升作用最明显。且不同铸造气氛下制备的非晶棒材,其热力学参数和磁性能基本保持不变。通过分析发现非惰性气氛在铸造过程中没有对合金的体成分造成影响,而合金的表层成分在不同气氛下变化剧烈。同时以不含P的合金FeCoBSiNb和含C不含P的FeSiBC合金对上述结果做了验证,实验结果表明,非惰性气氛不能够使这两种合金的非晶形成能力提高,充分证明非惰性气氛提高铁基合金非晶形成能力与P元素的偏析相关。
目前提高铁基合金非晶形成能力的途径主要是调整成分,一般是添加某些大原子尺寸的金属元素,但是这些金属大部分为非铁磁元素,它们的添加势必会导致合金Bs的降低。因此,如何克服铁基合金非晶形成能力的不足和目前工艺性的限制,更深入地研究其非晶形成能力的机理,解决非晶形成能力与磁性能之间的矛盾是当前该领域待解决的难点和研究热点。本文通过添加P元素开发出了磁能优异的FeSiBP软磁合金,并且利用非惰性气氛O2、N2、Air替代Ar作为铸造气氛,在不恶化合金磁性能的前提下成功的提高了FeMoBSiPC和FeSiBP合金的非晶形成能力,并对其机理作了相应的研究,同时建立了铸造气氛、非晶形成能力和合金成分三者之间的联系,下面将本论文的工作介绍如下:
1.通过单一控制P含量的变化和后期的热处理工艺,开发出了低矫顽力和高磁导率的FeSiBP的非晶合金。其中(Fe76Si9B10)95/97P3合金的Bs为1.55T,Hc在0.9A/m左右,1kHz和10kHz下的磁导率分别达到17×103和14×103。并且综合考虑了粘度、晶化驱动力和界面张力对合金非晶形成能力的影响。
2.以(Fe76-xSi9B10)(100-x)/95Px合金系为研究对象,阐明了非惰性气氛提高铁基合金非晶形成能力的机理。通过控制P含量的变化系统研究了P元素对该合金系非晶形成能力、热力学参数、粘度和表面张力的影响。研究结果表明,O2和Air能提高Fe76Si9B10P5合金的非晶形成能力,且其热力学性能、体成分和磁性能保持不变。Ar、Air和O2中制备的合金棒,其表面P元素的含量依次降低。P含量的升高会使合金的粘度增大、吉布斯自由能差呈现先下降后升高的趋势,表面张力下降且先快后慢。研究结果认为,非惰性气氛提高FeSiBP合金非晶形成能力的主要原因是表层P含量的降低使合金的表面张力增大,和合金表层微弱的O/N元素渗入造成的。
3.利用非惰性气氛成功提高了Fe79-xMoxB4Si4P10C4合金系的非晶形成能力。O2对合金非晶形成能力的提升作用最明显。且不同铸造气氛下制备的非晶棒材,其热力学参数和磁性能基本保持不变。通过分析发现非惰性气氛在铸造过程中没有对合金的体成分造成影响,而合金的表层成分在不同气氛下变化剧烈。同时以不含P的合金FeCoBSiNb和含C不含P的FeSiBC合金对上述结果做了验证,实验结果表明,非惰性气氛不能够使这两种合金的非晶形成能力提高,充分证明非惰性气氛提高铁基合金非晶形成能力与P元素的偏析相关。