Co基(Co,Fe)–(B,Si,P)块体非晶合金的制备及其性能研究

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软磁性Fe基和Co基非晶合金因其低矫顽力(Hc)、低铁损等优异的软磁性能而被应用于电力电子器件。其中,Co基非晶合金具有极低的Hc和磁致伸缩以及极高的磁导率,尤其是在高频条件下仍然具有高磁导率、低铁耗等特点,此外还具有高强度、高耐磨性等优异的力学性能,因此受到了广泛的关注。然而,Co基合金的非晶形成能力(GFA)差,既增加了制备难度,也限制了其应用范围。此外Co基非晶合金的饱和磁感应强度(Bs)较低,不利于电力电子器件的小型化。近年来,人们通过添加前过渡族元素(ETM)或稀土元素(RE)提高Co基合金的GFA并开发出了一系列Co基块体非晶合金(BMGs)。但这些BMGs添加了较多的ETM和RE而导致了Bs明显降低,并使合金成本提高。因此,开发出高Bs和低成本的Co基BMGs具有重要意义。Co-B-Si三元非晶系具有良好的软磁性能,但GFA较低,难以形成块体非晶。本文调查了P、Fe添加对该系合金热性能、GFA、磁性能及力学性能的影响,成功制备出兼具良好GFA、高Bs和优异力学性能的软磁性Co基(Co,Fe)–(B,Si,P)系BMGs,并讨论了该合金系高GFA和良好磁性能的机理。主要研究结果如下:1.P添加提高了Co75B15Si10-xPx(x=3–5)系合金的过冷液相稳定性并使其出现玻璃转变现象,x=3合金的ΔTx达到33 K最大值。虽然P元素导致合金的Bs小幅下降,但改善软磁性,x=3合金Hc最小为1.8 A/m。2.在Co75-xFexB15Si7P3(x=0–35)系非晶合金中,随着x的增加,合金的过冷液相稳定性变化不大,ΔTx在29–33 K之间,但GFA逐渐升高。x=15–35合金均可形成块体非晶,x≥30合金的GFA最大,非晶形成临界直径(dc)达到2.0 mm。3.Co75-xFexB15Si7P3(x=15–35)系BMGs具有较高的Bs和居里温度(Tc)。当x=35时,Bs和Tc分别为1.24 T和789 K,均高于已报道的Co基BMGs。该系合金具有优异的软磁性能,Hc和1 kHz下的有效磁导率(μe)分别在0.8–4.6 A/m和12700–18500之间。4.Co75-xFexB15Si7P3(x=15–35)系BMGs展现出良好的力学性能,压缩屈服强度(σc,y)、压缩塑性应变(εc,p)、维氏硬度(Hv)分别在3343–3590 MPa、0.2%–2.7%、1150–1175范围。5.通过提高(Co,Fe)–(B,Si,P)合金的(Co,Fe)含量,可在维持GFA同时进一步提高了Bs,(Co0.6Fe0.4)77(B0.6Si0.28P0.12)23 BMG的dc和Bs分别为2.0 mm和1.30T。
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