基于團(tuán)簇理論的Fe-B基塊體非晶合金形成規(guī)律.pdf

1、大塊體非晶合金是一種亞穩(wěn)態(tài)多組元合金材料，具有如高彈性、超塑性變形能力等多種獨(dú)特性能，具有重要的應(yīng)用前景。近年來(lái)，F(xiàn)e基塊體非晶合金以其良好的軟磁性能引起人們的關(guān)注，尋找新的Fe基塊體非晶一直是非晶研究中重要的課題。本文將我們課題組提出的團(tuán)簇線判據(jù)和微合金化原則，應(yīng)用于Fe-B-Y基四元體系中進(jìn)行成分設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)了一系列新的塊體非晶合金，用(團(tuán)簇)<,1>(膠粘原子)<,1>非晶結(jié)構(gòu)模型分析了它們的形成，并對(duì)該模型在Fe-B基三元塊體非晶

2、合金成分設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了初步嘗試。 Fe基塊體非晶合金的玻璃形成能力較弱，除了Fe-B-Y三元體系能夠得到直徑2 mm的塊體非晶以外，大多數(shù)Fe基塊體非晶都含有五個(gè)或五個(gè)以上組元。這些Fe基塊體非晶不但對(duì)成分敏感，而且形成區(qū)域非常窄。在Fe-B二元富Fe處的晶體相中存在兩種類型的Fe-B團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，一種是CN10阿基米德反棱柱Fe<,8>B<,3>，另一種是CN9三棱柱Fe<,8>B<,2>和Fe<,9>B，它們都是以B原子為心

3、的。在Fe<,62>B<,14>Y<,3>三元晶體相中存在以Fe原子為心的Fe<,12>Y二十面體團(tuán)簇。以這些團(tuán)簇為出發(fā)點(diǎn)，在Fe-B-Y三元體系中連接第三組元，得到四條團(tuán)簇線：Fe<,8>B<,3>-Y、Fe<,8>B<,2>-Y、Fe<,9>B-Y和Fe<,12>Y-B，團(tuán)簇線的交點(diǎn)分別為Fe<,68.6>B<,25.7>Y<,5.7>、Fe<,75>B<,18.8>Y<,6.1>和Fe<,83.7>B<,9.3>Y<,7>。以三個(gè)

4、交點(diǎn)成分為基礎(chǔ)成分，再添加少量的M(1-5 at％)，其中M=Ti、Hf、Nb、Mo、Ta、Ag。采用氬弧熔煉，由銅模吸鑄法制備直徑3 mm的合金棒。熱分析結(jié)果表明，微量的Nb、Mo、Ta的添加提高了Fe-B-Y系的玻璃形成能力。其中，(Fe<,68.6>B<,25.7>Y<,5.7>)<,97>Nb<,3>、(Fe<,68.6>B<,2.7>Y<,5.7>)<,97>Mo<,5>、(Fe<,68.6>B<,25.7>Y<,5.7>)<

5、,97>Ta<,3>分別具有最大的玻璃形成能力，其3 mm完全非晶棒的長(zhǎng)度分別為22 mm、20 mm和12 mm。 Fe<,8>B<,3>團(tuán)簇在塊體非晶形成中起著決定性的作用。加入微量的Nb、Mo、Ta提高了該團(tuán)簇的堆積密度，從而提高了其玻璃形成能力；這些塊體非晶合金(Fe<,68.6>B<,25.7>Y<,57>)<,100-x>Nb<,x>、(Fe<,68.6>B<,25.7>Y<,5.7>)<,100-x>Mo<,x>、

6、(Fe<,68.6>B<,25.7>Y<,5.7>)<,100-x>Ta<,x>(x=3-5 at．％)都具有一個(gè)近似的成分表達(dá)式：(Fe<,8>B<,3>)<,1>(Y，Nb)<,1>、(Fe<,8>B<,3>)<,1>(Y，Mo)<,1>、(Fe<,8>B<,3>)<,1>(Y，Ta)<,1>，即一個(gè)Fe<,8>B<,3>團(tuán)簇和Y與M(M=Nb、Mo、Ta)的組合連接起來(lái)。因此，最佳塊體非晶成分都具有相同的成分表達(dá)：(團(tuán)簇)<,1>