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富铁非晶/纳米晶合金,由于具备优良的软磁性能,如高的初始磁导率(μi)、低的矫顽力(Hc)、高的饱和磁化强度(Ms)及低的功率损耗(W),可以普遍应用于制作电抗器、变压器、逆变电源、传感器、滤波器、互感器等器件。在电力系统中,是代替硅钢片最为理想的绿色材料,从而引起了广泛的关注。然而,由于其具有相当高的铁含量(83at.%以上),富铁合金的非晶形成能力受到较大的局限,同时,由于缺少大尺寸的金属元素,增加了热处理过程中的析出α-Fe相的调控难度。因而,α-Fe相晶化的过程中容易发生其它化合物如Fe-B与Fe-(B,P)的析出,导致了晶化后的基体组织的磁性能难以达到最佳状态。因此,在保障Fe含量的前提下,引入少量的大尺寸的金属元素和少量的小尺寸的类金属元素,采用微合金化的方法优化富铁合金的非晶成形能力,调控晶化过程的α-Fe相的形成,抑制其它相的析出,开发出新型的、具备优良软磁性能的富铁非晶/纳米晶合金具有很重要的学术和应用意义。本文采用Inoue经验准则、相似元素替代法及微合金化法进行富铁非晶合金的成分设计,通过单辊快淬法制备了一系列具有优异软磁性能的富铁非晶合金。利用X射线衍射技术(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)和振动样品磁强计(VSM)等测试方法分别研究了含少量Hf添加对Fe-B-Cu系、Si添加对Fe-B-Cu-Hf系、P添加对Fe-B-Cu-Hf系以及Si添加对Fe-B-P-Cu-Hf系富铁合金的非晶形成能力(GFA)、热稳定性、晶化行为、晶化析出相以及磁性能等的影响。得出了如下主要结论:(1)在Fe86B13Cu1成分中,Hf元素的添加有效提高了合金的非晶形成能力和非晶态的热稳定性,Fe86B13Cu05Hf0.5和Fe86B13Cu0.4Hf0.6淬态带材均获得完全非晶态,表现为双级晶化,且具有较大的α-Fe相和Fe-B相晶化峰初始温度区间。在Fe86+a(B13Cu0.5Hf0.5)14-a 和 Fe86+b(B13Cu0.4Hf0.6)14-b 合金中,随着 Fe 元素含量的增加,Fe86.2(B13Cu0.5Hf0.5)13.8 和 Fe86.8(B13Cu0.4Hf0.6)13.2 淬态带材仍具有完好非晶态,且Fe86B13Cu0.4Hf0.6非晶合金具有比Fe86B13Cu0.5Hf0.5更好的非晶形成能力。(2)经Ta=798K×10min热处理时,Fe86B13Cu0.5Hf0.5非晶合金开始出现了 Fe-B相,而Fe86B13Cu0.4Hf0.6非晶合金则继续保持α-Fe相的晶化过程的进行。二者淬态非晶合金的Ms较低,热处理后,Ms值呈现了先增加而后减小的趋势,经Ta=723K×10min热处理后,Fe86B13Cu0.5Hf0.5和Fe86B13Cu0 4Hf0.6合金的Ms分别获得了最大值206.3emu/g和208.2emu/g;经二次磁场处理后(1000Gs/673K),获得了较低的Hc分别为2.8A/m和2.3A/m。Fe86B13Cu0.4Hf0.6非晶合金表现出更好的析出α-Fe相的晶化过程的可调控性及好的磁性能。(3)在Fe86B13-cSicCu0.4Hf0.6合金中,当c=0.25,0.5,0.75时,淬态带材具有完整非晶态,合金有较高的非晶形成能力。加少量Si后,α-Fe相晶化峰朝着更高的温度方向移动,Fe-B相晶化峰却往低温方向移动,两个晶化峰的温度区间减小,而Si元素含量的进一步增加有效地扩大两个晶化峰的温度区间。淬态非晶合金的Ms值随着Si元素含量的增加而增加,热处理后,Ms随呈现了增的趋势,并在Tp1附近到了最大值分别为 207.3emu/g、208.5emu/g 和 207.7emu/g;经二次磁场处理后(1000Gs/673K),Hc 值分别为 2.3A/m、2.5A/m 和 2.2A/m。(4)在Fe86B13-dPdCu0.4Hf0.6合金中,当d=0.5,1.0时,淬态带材为完全的非晶态,α-Fe相和Fe-B相晶化峰的晶化温度区间分别为143K,146K。随着P元素替代B元素的增多,合金析出Fe-(B,P)相的晶化温度往更低的温度变化。淬态非晶带材的Ms随着P元素的增加呈现了先下降而后上升的变化,热处理后,Ms随呈现了增加的趋势,并在Tp1附近到了最大值分别为208.1emu/g和206.3emu;经磁场二次处理后(1000Gs/673K),Hc 值分别为 3.1A/m 和 3.7A/m。(5)在Fe86B12SieP1-eCu0.4Hf0.6合金中,当e = 0.25,0.5,0.75时,淬态带材均为完整的非晶态。添加少量Si后,析出α-Fe相的晶化峰出现往低温方向移动的趋势,而析出Fe-(B,P)相的晶化峰则有往高温方向移动的趋势。随着Si的进一步增加,α-Fe相和Fe-(B,P)相的晶化区间却保持比较稳定约160K。由Kissinger方程获得Fe86B12SieP1-eCu0.4Hf0.6非晶合金的表观激活能显示,Fe-(B,P)相的晶化峰表观激活能约是α-Fe相的2倍。淬态非晶带材的Ms随着Si含量的增加呈现了先下降而后上升的变化,热处理后,Ms值升高,并在Tp1附近达到了最大值分别为212.3emu/g、214.2emu/g和 214.9emu/g;经二次磁场处理后(1000Gs/673K),Hc值分别为 2.9A/m、2.5A/m 和2.4A/m。(6)在新开发的一系列富铁非晶/内米晶合金中,具有好的α-Fe相晶化过程可调控性的各体系的最佳合金成分为:Fe86B13Cu0.4Hf0.6、Fe86B12.5Si0.5Cu0.4Hf0 6、Fe86B12.5P0.5Cu0.4Hf0.6和 Fe86B12Si0.75P0.25Cu0.4Hf0.6。根据合金的非晶形成能力、α-Fe 相的晶化过程可调控性以及磁性能比较,Fe86B12Si0.75P0.25Cu0.4Hf0.6合金的具有最佳的综合性能,最佳Ms值为214.9emu/g,经二次磁场处理后(1000Gs/673K),H。值为2.4A/m。