元素添加對鐵基非晶非晶形成能力、晶化及性能的影響.pdf

1、本文選擇鐵基非晶為研究對象，分別研究了Ni、Zr、Y等不同類別元素的添加對鐵基非晶非晶形成能力、熱膨脹行為、力學性能、磁學性能、耐腐蝕性能等的影響。此外，還研究了Ni和Y元素的添加對鐵基非晶等溫退火及快淬過程中初晶析出相的結(jié)構(gòu)、晶化析出機理、軟磁性能等的影響。主要研究內(nèi)容包括：
　　 ⑴利用X射線衍射儀(XRD)、差示掃描量熱儀(DSC)、振動樣品磁強計(VSM)和電化學工作站分析了鐵磁性元素Ni添加對Fe78Si9B13非晶合

2、金非晶形成能力、磁學性能和耐腐蝕性能的影響。研究表明，Ni的添加降低了Fe78Si9B13非晶合金的非晶形成能力和軟磁性能。分析認為，Ni的添加使Fe-Si-B-Ni合金由共晶點向過共晶點偏離；使Fe-Si區(qū)中的Si原子偏離Fe-Si區(qū)，從而促進了初晶α-Fe相的形成，降低了合金的非晶形成能力。Ni的添加提高了(Fe0.78Si0.09B0.13)100-xNix(x=0，2，3和5)非晶合金在酸性、鹽及堿性溶液中的耐腐蝕性能。合金鈍化

3、保護能力的提高是由于Ni的添加促進了Si原子向合金表面的擴散，在合金表面形成了穩(wěn)定且連續(xù)的Si氧化物保護膜的緣故。
　　 ⑵利用XRD、透射電子顯微鏡(TEM)、顯微硬度儀分析測試了Ni的添加對(Fe0.78Si0.0gB0.13)100-xNix(x=0，2和5)非晶合金等溫退火過程中的初晶析出相的結(jié)構(gòu)和析出機理的影響，以及(Fe0.78Si0.09B0.13)95Ni5合金不同快淬條件下力學性能的變化。結(jié)果顯示，F(xiàn)e-Si-

4、B-Ni合金在快淬和等溫退火晶化過程中的初晶析出相都是α-Fe(Si)固溶體；在等溫退火過程中，Ni的添加促進了初晶α-Fe的形核，抑制了殘余非晶基體的進一步分解。在(Fe0.78Si0.09B0.13)100-xNix(x=0，2和5)非晶合金的晶化過程中，初晶相α-Fe的晶格常數(shù)和晶粒尺寸隨退火時間的延長出現(xiàn)背離現(xiàn)象。這與α-Fe生長過程中結(jié)晶前沿Si的濃度隨α-Fe晶粒的長大而升高有關(guān)。經(jīng)快淬(Fe0.78Si0.09B0.13)

5、95Ni5合金所獲得的非晶和部分非晶條帶以及相應的條帶的輥面和自由面的顯微硬度值存在差異。條帶輥面的顯微硬度值要高于自由表面的硬度值；部分非晶條帶的輥面和自由表面的顯微硬度值都要高于相應的非晶條帶的硬度值。使用的制備設(shè)備以及不同的快淬條件所引起的析出相強化和晶界強化是造成這種差異的原因。
　　 ⑶利用XRD、DSC、熱膨脹儀(DIL)、VSM分析測試了前過渡族大原子元素Zr的添加對(Fe0.78Si0.09B0.13)100-x

6、Zrx(x=0，1，2)合金非晶形成能力、熱膨脹性能和磁學性能的影響。結(jié)果表明適量Zr的添加(1 at.％)可提高合金的非晶形成能力，但進一步增加Zr的含量則惡化了合金的非晶形成能力。這是由于適量Zr的添加使Zr與B原子在非晶合金中形成了骨架增強型結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定了合金的過冷熔體，抑制了初晶相的析出，提高了合金的非晶形成能力。另外，F(xiàn)e-Si-B-Zr非晶合金熱膨脹系數(shù)曲線與其DSC曲線具有對應關(guān)系，說明該合金的收縮階段主要是由合金的晶化所引

7、起的。熱磁曲線M-T上的居里轉(zhuǎn)變溫度Tc與DSC曲線和DIL曲線上的居里轉(zhuǎn)變溫度符合的很好，表明鐵基非晶的居里轉(zhuǎn)變可由此三種測試方式來表征。
　　 ⑷利用XRD、DSC、TEM測試分析了稀土元素Y的添加對工業(yè)級原材料Fe79.77M0.23B20(M為雜質(zhì)元素)合金非晶形成能力的影響。研究表明，添加Y能提高合金的非晶形成能力。Y的添加可以凈化合金熔體，改善合金中原子之間的錯配度，增強合金過冷熔體的穩(wěn)定性，抑制晶體相的析出，進而提

8、高了合金的非晶形成能力。利用XRD、TEM、VSM分析測試了Fe71.51M0.49Y6B22(M為雜質(zhì)元素)非晶合金等溫退火過程中磁學性能的變化。結(jié)果顯示，飽和磁化強度Ms和矯頑力Hc隨退火時間的延長呈背離趨勢。這是由于在等溫退火過程中，大原子Y和小原子B會被初晶α-Fe排斥出去，在α-Fe周圍的殘余非晶基體上分別形成不同的濃度梯度，引起初晶α-Fe晶粒的細化，導致飽和磁化強度Ms和矯頑力Hc出現(xiàn)背離現(xiàn)象。
　　 ⑸利用掃描電

9、子顯微鏡(SEM)和電化學工作站對Fe75.77M0.23Y4B20和Fe71.51M0.49Y6B22(M為雜質(zhì)元素)非晶合金的耐腐蝕性能進行了分析測試。結(jié)果顯示，在酸性、鹽溶液中，F(xiàn)e75.77M0.23Y4B20非晶合金的耐腐蝕性能要好于Fe71.51M0.49Y6B22合金。分析認為，大原子元素Y的添加會使(FeM)-Y-B(M為雜質(zhì)元素)非晶合金最近鄰原子距離發(fā)生改變，導致合金內(nèi)部應力及自由能態(tài)發(fā)生變化，進而使合金表面原子的電