Fe-Co-B-P-C非晶纳米晶软磁合金的制备及性能研究

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本文通过使用工业原材料以及利用单辊甩带法和非晶晶化法制备出了Fe Co BPC系铁基非晶/纳米晶合金。利用差示扫描量热法(DSC)并结合X射线衍射(XRD)表征了非晶态软磁合金的热稳定性、晶化动力学以及纳米晶合金的结构。此外,还测量了非晶合金及具有非晶纳米晶双相结构的合金磁性能以及纳米压痕力学行为,详细研究了原料元素种类及不同退火工艺对合金内部结构及综合性能的影响。并与商用的Finemet(Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3)合金的热稳定性、软磁性能和力学性能进行对比研究。相关实验结果表明:(1)Fe85-xCoxB11P2C2(x=11、13、15、17、19、21)合金系具有较强的非晶形成能力,在铜辊转速为35 m/s条件下可以制备出完全非晶结构的淬态合金条带。热分析结果表明当Co含量为15 at.%和19 at.%时的两种非晶合金具有较大的晶化激活能。其中淬态Fe70Co15B11P2C2非晶条带具有最高饱和磁化强度202emu/g,与淬态Finemet非晶条带饱和磁化强度135 emu/g相比,饱和磁化强度提高约1/3。但两类非晶条带的内禀矫顽力大小分别为26.5 Oe及28.1 Oe,差别不明显。(2)热处理结果表明,Fe70Co15B11P2C2非晶条带与Finemet非晶条带在退火过程中,均析出纳米晶α-Fe相。Fe70Co15B11P2C2非晶条带的最佳退火工艺是:在703 K温度下保温30分钟。纳米晶粒尺寸为18.3 nm,饱和磁化强度为221 emu/g,并且矫顽力降低至14.9 Oe,与退火态Finemet合金相比,饱和磁化强度高出68emu/g,具有更广阔的应用前景。(3)纳米压痕的测试结果表明,淬态Fe70Co15B11P2C2非晶条带具有最低的硬度和弹性模量,表现出良好的韧性。退火态条带由于纳米晶的析出,条带的硬度和弹性模量均有明显提高,材料脆性增大。淬态和退火态合金条带压痕的保载段存在蠕变平台,淬态非晶条带的蠕变速率和蠕变深度均大于退火态条件下的条带值。
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