Fe-Co-Ni-Al-(Si,Mn,Ga)高熵合金的组织调控与软磁性能研究

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高熵合金作为近些年的热点研究方向,与传统合金相比有许多优异的性能。高熵合金已在硬度、压缩、拉伸、锯齿行为、疲劳和纳米压痕等力学性能方面有所研究且表现优异,此外其还具有优良的功能特性:电学性能(包括超导)、磁性能、电化学性能和储氢性能等,展现出了广阔的应用前景。与目前最广泛应用的软磁材料硅钢相比,软磁高熵合金具有较高的电阻率,可减少变电过程中的能量损耗;相对于非晶和纳米晶软磁材料,软磁高熵合金更容易制造,并且成分范围和磁性参数范围可调性更广。然而,磁性高熵合金的性能参数相比于传统硅钢尚需要进一步的优化,目前研究的磁性高熵合金的矫顽力仍比较高,大约100到30000A/m。且软磁高熵合金的高频行为方面的研究较少。本研究设计了几种不同体系的高熵合金,在CoFeNi三元合金的基础上,加入Al、Si、Mn、Ga等金属和类金属元素制备五元高熵合金,合金均采用熔炼铸造的方法制备。通过对合金成分的调控,研究了高熵合金的微结构演化规律,并分析其对各合金性能的影响。(Co30Fe45Ni25)1-x(Al40Si60)x体系高熵合金的饱和磁感应强度较高且矫顽力较低,其中(Co30Fe45Ni25)0.8(Al40Si60)0.2高熵合金具有单相体心立方(BCC)结构,压缩屈服强度为1636 MPa。该磁性高熵合金还具有良好的电学和磁性能的组合:电阻率(R)为68.0μΩ·cm,饱和感应强度(Bm)为1.24 Tesla,矫顽力(Hc)为59.7 A/m。本文除研究高熵合金的静态磁性能外,还研究了高熵合金的饱和磁感、工作频率以及总功率损耗之间的关系,以了解静态磁滞损耗、经典涡流损耗和剩余损耗对总功率损耗的贡献。结果表明,(Co30Fe45Ni25)0.8(Al40Si60)0.2高熵合金在200 Hz以上的工作频率下功率损耗优于含3 wt%Si元素的Fe-Si合金;在频率为50~150 Hz时,x=0合金的总功率损耗为最低,频率为150~1000 Hz时,x=0.2合金的总功率损耗最低,而频率大于1000 Hz时,x=0.15合金的总功率损耗最低,这主要是由于静态磁滞损耗、经典涡流损耗和剩余损耗共同作用的结果。
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