高饱和磁感应强度Fe76Si13B8Nb2Cu1纳米晶合金掺P掺Mo研究

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随着电子元器件发展趋势越来越迈向小型化、高频化和节能化,Fe基纳米晶合金在具有更高饱和磁感应强度(Bs)的条件下,要求具有优异的高频特性;另一方面,探索采用工业原料产业化制备Fe基纳米晶材料软磁材料是其应用的必由路径。为此,本文选取利用高纯原料制备具有高Bs的Fe76Si13B8Nb2Cu1纳米晶作为研究对象,探索利用工业原料制备对合金性能的影响;为了提高该纳米晶合金的高频性能,对Fe76Si13B8Nb2Cu1合金进行了掺杂P、掺杂Mo实验,研究了掺杂合金的高频特性;最后选择性研究了掺杂Mo合金的微观结构随退火温度的演化规律,主要工作和结论概括如下:首先,研究了工业原料和工业制备对Fe76Si13B8Nb2Cu1纳米晶合金的热物性、非晶形成能力(AFA)、工艺性和磁性能的影响。研究发现,利用工业原料可制备出表面质量良好的宽幅带材。DSC结果表明其自由面微晶化对于该合金的晶化行为没有太大影响,此外,工业原料制备的合金仍具有与高纯原料制备合金相当的软磁性能:矫顽力Hc=3.5A/m,1kHz下磁导率μe=2.88×104,损耗P1T,1kHz=0.91W/kg和P0.5T,10kHz=5.3W/kg,饱和磁感应强度Bs>1.39T,相比Finemet合金的Bs=1.24T,本文采用工业纯原料制备的Fe76Si13B8Nb2Cu1的饱和磁化强度有显著的提高。其次,为了优化采用工业纯原料制备的Fe76Si13B8Nb2Cu1软磁性能,关键是提高纳米晶合金的高频性能,在实验室分别对合金进行了高纯P、Mo元素掺杂,研究结果表明,掺杂P、掺杂Mo合金均具有良好的AFA和宽的热处理温度区间,软磁性能和高频性能显著改善,其中Bs提高到大于1.38T,Hc从1.9A/m优化为0.60.7A/m,100kHz下的高频磁导率从0.9×104增加到1.5×104。最后,本文从微观结构演化的角度解释了高Bs的高纯Mo掺杂Fe76Si13B8Nb1.5Cu1Mo0.5纳米晶合金具有优异软磁性能和高频特性的原因。其淬态样品完全为非晶结构,存在不规则的宽畴和细畴,软磁性能差;当退火温度TA增到开始晶化温度时,开始析出α-Fe纳米晶晶粒,且析出量随TA的升高而增加,重要的是掺杂合金纳米晶晶粒均匀长大。当TA=580℃时,α-Fe晶粒细小,平均粒径尺寸为12-13nm,均匀地分布在非晶基体上,出现宽而直的180°条纹畴,此时软磁性能最佳;当TA继续升高,硬磁相析出使畴壁钉扎且磁性能恶化。对合金的动态磁化过程研究,发现可以从磁畴随外场变化的角度去解释μe随外场的变化。
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