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纳米晶软磁合金由非晶基体和分布在基体上的纳米晶粒组成,一般由非晶合金部分晶化而得到。由于兼具较高的饱和磁感应强度Bs、高有效磁导率μe、低矫顽力Hc、低的高频损耗P等优异性能,逐渐成为科学研究的热点之一。经过三十多年的研究发展至今,纳米晶软磁材料主要发展成以下四个体系:FINEMET合金、NANOPERM合金、HITPERM合金以及NANOMET合金。其中NANOMET合金由于具有高饱和磁感应强度和较为优异的综合软磁性能,同时具有低成本这一突出优势,而成为近年来纳米晶合金的研究热点,但其非晶形成能力有限,同时晶化窗口相对较窄,纳米晶化过程要求严格,综合软磁性能难以进一步改善。因此探索具有较好非晶形成能力,同时兼具优异综合软磁性能及宽晶化窗口,制备工艺简单的软磁材料至关重要。本文研究内容包含两个体系:(1)FeSiBPCCu合金系和(2)高Cu含量的Fe(Co)SiBPCu合金系;两种退火方法:(1)普通热处理和(2)纵向磁场热处理。首先,本工作以Fe83.3Si4B8P4Cu0.7系合金为基础,研究C原子替代P原子对FeSiBPCCu合金非晶形成能力、晶化行为、热稳定性、微观结构和软磁性能的影响。FeSiBPCCu纳米晶合金通过普通高温短时间晶化退火制备。研究结果表明,C元素的添加抑制了合金的表面晶化行为,淬态带材临界厚度的增加和熔化熵ΔSm的降低证明提高了非晶形成能力。晶化体积分数Vcry的增加使Bs得到提升,而Hc呈现先降低后升高的趋势。其中Fe83.3Si4B8P2C2Cu0.7纳米晶合金临界厚度可达35μm,Bs高达1.84 T,Hc低至4.8 A/m,有效磁导率μe达到13540,晶粒尺寸为22±0.5nm;过量C的添加虽会恶化软磁性能,但却有较好的抗直流叠加特性。其次,在上述工作的基础上,我们以低Si和低C含量的Fe83.3Si2B13C1Cu0.7合金为研究对象,探究P元素的添加对合金非晶形成能力、微观结构和软磁性能的影响。研究结果显示,适量P元素的添加可以降低液相线温度导致向共晶点的靠近,从而提高非晶形成能力。显微结构显示P元素的加入可以促进退火过程中α-Fe相的均匀析出,有利于形成均匀的纳米结构。纳米晶合金的Bs随P含量的增加而线性增大,Hc则逐渐降低。其中Fe83.3Si2B9P4C1Cu0.7纳米晶合金条带临界厚度为36±1μm,Bs可达1.78 T,Hc低至4.6 A/m,有效磁导率μe为15100,因而兼具良好非晶形成能力和优异软磁性能。最后,在适用于高温长时间退火的高Cu含量FeSiBPCu体系中,研究了 P/Cu比例对合金非晶形成能力的影响以及磁场热处理工艺对合金结构和性能的影响,证明了高Cu含量FeSBPCu合金由于P元素与Cu元素的共同作用而具有宽的晶化退火温区和长的时间窗口,具有广泛的工业应用价值。研究结果表明,对于高Cu体系,适量P的存在对非晶形成至关重要,P/Cu比例在2.5-4.5之间为最佳;纵向磁场晶化热处理后随炉冷却的工艺由于改变了合金内部磁畴结构使合金具有优异的软磁特性,随着Co元素含量的增多,合金Bs逐渐增加,Hc逐渐降低,其中Fe66.3Co15 Si4B8P5Cu1.7纳米晶合金Bs可达1.79 T,Hc低至4.8 A/m,并且该纳米晶合金在中频(1 kHz)和高频(20kHz)下损耗可同比非晶合金分别降低 3 5%和 54%。综上所述,本文探索制备了兼具较高非晶形成能力、优异且可控的综合软磁性,同时制备工艺简单,价格低廉的Fe(Co)SiP(C)Cu系列纳米晶软磁合金,有望拓展高饱和磁感应强度纳米晶合金的工业化应用。