非晶纳米晶磁性材料制备及性能研究

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软磁材料是一类矫顽力低、磁导率高的重要功能材料。随着电力、能源、通信等领域的快速发展,市场对软磁材料的需求越来越大,对器件高频化、轻量化、小型化、高性能化、节能的要求也越来越高,传统的软磁材料越来越难以满足需求。铁基非晶合金软磁材料正是在这样的背景下研究出来的。铁基非晶合金是一类微观结构不同于晶体的新型软磁材料,具有低的矫顽力(Hc)、较高的饱和磁感应强度(Bs)、高的有效磁导率(μe)、高的居里温度(Tc)、良好的力学性能等特性。与传统的软磁材料硅钢相比,铁基非晶合金的优点是电阻率大、磁芯损耗小、能节约能源,用性能优异的铁基非晶合金做磁芯的变压器,可减少损耗约30%。经过数十年的研究,铁基非晶合金软磁材料取得了巨大的进步,但目前铁基非晶合金的研究和开发仍处于初级阶段,蕴藏着巨大的潜力,也存在着一些亟侍解决的问题。目前,已经开发出的铁基非晶合金的非晶形成能力非常有限,临界尺寸小,因而当前仅限应用于非晶合金薄带。尺寸小不但影响了制造工艺,而且减小了磁芯的填充系数,增加了激磁绕组的长度,降低了磁芯的效率。铁基非晶合金的饱和磁感应强度也低于传统的软磁材料硅钢,提高饱和磁感应强度非常迫切。解决合金退火后易变脆、改善合金的抗腐蚀能力、进一步降低成本都是具有重大实际意义的问题,发掘铁基非晶合金的内在潜力具有非凡的意义。本研究先根据实验现象、机理、经验等,设计预期性能优异的合金成分;依据成分,用高纯度的原料精确配制合金;然后在高纯度的氩气氛围中,反复熔炼合金原料成合金锭;在高纯度的氩气氛围中,用甩带机将合金熔融后制成薄的条带。在合适的条件下,将条带做退火处理。利用X射线衍射分析(XRD)、差示扫描量热分析(DSC)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)、维氏硬度(HV)、磁性材料特性测试仪(B-H仪)等表征手段,研究合金的微观结构、热稳定性、软磁性能、表面形貌及其力学性能等。本文首先研究四元合金Fe-B-Si-C,发现了对本合金体系而言,饱和磁感应强度很高(超过1.70 T)、矫顽力低、韧性良好等特性的非晶合金。然后,在合金Fe82B15Si2C1的基础上,利用元素替代法,用钴部分替代铁,能显著地提高合金Fe82B15Si2C1的饱和磁感应,提高抗腐蚀能力等。在合金Fe67Co15B15Si2C1的基础上,用铬、铌部分替代铁,发现铬、铌虽能明显提高Fe67Co15B15Si2C1合金的热稳定性、力学性能、抗腐蚀能力等。
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