鐵基非晶納米晶軟磁合金的晶化與力學，磁性能的研究

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1、摘要摘要鐵基非晶和納米晶軟磁合會是一種具有優(yōu)良軟磁性能的新型合金，其中的代表系列合金是FeSiB和FeCuNbSiB合金。對于FeSiB和FeCuNbSiB等鐵基非晶納米晶軟磁合金的形成機理、各元素的作用、析出相的結(jié)構(gòu)以及磁性能等前人已經(jīng)進行了大量的研究。但是在對鐵基非晶和納米晶軟磁合金的力學行為、高頻軟磁性能以及表面晶化等方面的研究較少，本文主要以合金的微組織為橋梁，進一步研究了微組織演變過程，特別增加了對表面晶化的分析，另外建立起了力學性能與軟磁性能之間的聯(lián)系。根據(jù)XRD和TEM的觀察顯示，F(xiàn)eCuNbSiB具有明顯的納米

2、晶化過程，且溫度區(qū)間較FeSiB合金大。且納米晶化過程中晶粒尺寸和晶化百分數(shù)容易控制。在560℃退火的FeCuNbSiB合金具有的納米晶粒尺寸為11．8rim，且分布均勻，晶化百分數(shù)為62．1％，Si則與從Q--Fe相中開始脫溶。熱晶化動力學分析顯示，F(xiàn)eSiB合金的納米晶化階段非常不穩(wěn)定，其晶化激活能普遍較小。FeCuNbSiB合金初始晶化階段的晶化激活能隨晶化分數(shù)變化不大。而二步晶化階段，晶化激活能也基本保持在280～300kJ／m01，在晶化分數(shù)較大時才逐漸增加，說明晶化接近飽和，晶化速度降低。由于熱處理使得晶界內(nèi)Nb元

3、素等抑制元素富集，形成了類似釘扎的效應，阻礙晶粒的正常長大，從而使得表面晶粒的形狀由于受到尺寸限制而發(fā)生形狀變化。據(jù)此可以大致判斷抑制元素富集的區(qū)域。表面晶化分析顯示，表面出現(xiàn)兩種不同的顆粒群，大顆粒是由于制備或處理過程中嵌入的雜質(zhì)，導致了異常形核，使得該區(qū)域的起始晶化溫度下降，加上大顆粒中沒有幾乎不含有Nb和Cu等成分，具有較大尺寸。小顆粒群基本與體內(nèi)的晶粒成分相同，其長大速度在500～560℃內(nèi)趨緩，這些晶粒可以被稱為表面納米晶。600。C開始，兩種顆粒群由于同時進行常規(guī)晶化而看不到差別。研究了FeSiB和FeCuNbSi

4、B非晶態(tài)合會薄帶自由面和貼輥面的壓痕尺寸效應。采用了Meyer模型和能量平衡模型分析了不同受荷時間下非品態(tài)合金壓痕尺寸和外加荷載的關(guān)系。求出了不同受荷時問下合金自由面和貼輥面發(fā)生不同壓痕尺寸效應的臨界荷載。求出了不同受荷時間下可獲得合金自由面和貼輥面真實硬度的最佳倚載值。要獲得真實的鐵齄非晶念合會的顯微硬度，要針對不同的材料和受摘要荷時間選擇合適的外加荷載。無論何種受荷時問，在560。C退火的FeCuNbSiB合金組織抵抗外力的能力最強，內(nèi)應力消除程度最大，并得到最低的殘余應力指數(shù)。通過顯微硬度分析中的壓痕尺寸效應分析計算可以

5、找到最佳退火溫度。隨著溫度的變化，標志顯微硬度與納米晶粒尺寸關(guān)系的H—P模型存在兩種趨勢，一種是正比關(guān)系，一種是反比關(guān)系，對于FeCuNbSiB合金，這兩種關(guān)系的臨界尺寸是70nm。在納米晶化階段，材料符合反常的H—P關(guān)系，而二步晶化階段符合正常的H—P關(guān)系。在納米晶化階段，保溫不同時間的合會仍然符合反常的H—P關(guān)系。對于合金的動態(tài)力學分析顯示，F(xiàn)eSiB合金的動態(tài)彈性模量值要大于FeCuNbSiB合金，尤其是儲存模量是FeCuNbSiB合金的10倍以上；FeSiB合金的儲存模量峰值出現(xiàn)在350℃左右，而FeCuNbSiB的儲

6、存模量峰值出現(xiàn)在400"C；FeSiB合金的損失模量在200"--'250℃以下較小，且變化不大；而FeCuNbSiB合金較小的損失模量能夠保持到300℃左右，且數(shù)值小于FeSiB合金。對于退火態(tài)鐵基納米晶合會，各種Bm下的磁導率隨測試頻率的升高而降低，laa以及分解得到的實部磁導率u’和虛部磁導率u”與頻率f皆呈乘方關(guān)系。建立一個磁導率頻率衰減指數(shù)毗，可得出磁導率衰減程度。對于FeCuNbSiB合金，在560。C退火后的磁導率衰減指數(shù)最小。各種Bm下的矯頑力隨測試頻率的升高而升高，Hc與頻率f皆呈乘方關(guān)系。建立一個矯頑力頻率

7、遞增指數(shù)mH。，可得出矯頑力遞增程度。對于FeCuNbSiB合金，560℃退火后的矯頑力遞增指數(shù)最小。各種Bm下的鐵損隨測試頻率的升高而升高，Ps與頻率f皆呈乘方關(guān)系。建立一個鐵損頻率遞增指數(shù)Kps，可得出鐵損遞增程度。對于FeCuNbSiB合金，在560。C退火后的鐵損遞增指數(shù)最小。建立了交流情況下矯頑力和鐵損與Bm和頻率f之間的直接三維擬合方法，獲得較以往最小二乘法更好的效果和更小的誤差。關(guān)于力學性能與磁性能的聯(lián)系，通過動態(tài)力學分析可以得到FeCuNbSiB合金具有優(yōu)于FeSiB合金的非晶基體組織，從而使得晶化以后晶粒間磁

8、性耦合可以在消耗較小內(nèi)能的情況下進行，也就是交換的可能性更大，因此得到較好的軟磁性能。通過顯微硬度分析得到的結(jié)論，在560。C退火的FeCuNbSiB合金組織抵抗外力的能力最強，內(nèi)應力消除程度最大，并得到最低的殘余應力指數(shù)，可以減小應力各向異性，所以得到了最佳的軟磁性能。關(guān)鍵