FE-B-Si系非晶-納米晶合金的成分設(shè)計(jì)及性能研究.pdf

1、Fe-B-Si系非晶和納米晶合金是一類重要的軟磁材料，廣泛應(yīng)用于電力、電子等工業(yè)領(lǐng)域。但Fe-B-Si系非晶合金存在成分區(qū)窄且非晶形成能力弱等不足;相關(guān)非晶、納米晶合金的成分特征也不明晰，這都不利于該類材料的制備與應(yīng)用。針對以上問題，本文基于“團(tuán)簇加連接原子”模型，構(gòu)建了金屬-類金屬型Fe-B和Fe-B-Si非晶團(tuán)簇式，在此基礎(chǔ)上引入不同種類的合金化組元，設(shè)計(jì)出高非晶形成能力的塊體軟磁非晶合金;同時(shí)提出“雙團(tuán)簇”模型，解析了Fe-B非晶

2、和Finemet納米晶合金的成分特征，并設(shè)計(jì)、優(yōu)化出性能更優(yōu)的Fe-B-Si系納米晶磁性合金。論文主要內(nèi)容與研究成果如下:
　　1、Fe-B-Si三元非晶團(tuán)簇式的構(gòu)建:基于與非晶形成相關(guān)的Fe2B相的局域結(jié)構(gòu)，篩選出[B-B2Fe8]主團(tuán)簇，運(yùn)用“團(tuán)簇加連接原子”模型，結(jié)合理想非晶合金的電子濃度與密堆性判據(jù)，建立了[B-B2Fe8]Fe二元非晶團(tuán)簇式;引入Si替代中心原子B可增強(qiáng)團(tuán)簇結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，由此獲得[Si-B2Fe8]Fe三元

3、非晶團(tuán)簇式。實(shí)驗(yàn)證實(shí)Fe-B和Fe-B-Si中團(tuán)簇式成分(即Fe75B25和Fe75B16.67Si8.33)處的非晶合金具有最優(yōu)的熱穩(wěn)定性和非晶形成能力。
　　2、[Si-B2Fe8]Fe非晶團(tuán)簇式的合金化效應(yīng):引入與Si有大的負(fù)混合焓的第四組元，構(gòu)建了[Si-B2Fe8-xETMx]Fe和[Si-B2Fe7.6REM0.4]Fe團(tuán)簇式（ETM=Zr、Hf、 Nb和Ta;REM=Y、Dy、Ce、Nd、Pr、Sm和Gd）。實(shí)驗(yàn)表明

4、:含ETM合金可形成塊體非晶，其最高臨界尺寸為2.5mm，這些非晶具有優(yōu)良的力學(xué)與軟磁性能;為進(jìn)一步提高非晶合金的飽和磁化強(qiáng)度，基于含Zr、Hf合金的最佳非晶成分的團(tuán)簇式，通過增加連接原子Fe的個數(shù)，設(shè)計(jì)得到[Si-B2Fe7.6Zr0.4]Fex(x=1.0-3.5)和[Si-B2Fe7.7Hf0.3]Fex(x=1.0-3.0)系列合金成分，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)得到的合金均可形成塊體非晶，且具有較高的飽和磁化強(qiáng)度(＞1.5T)和較低的

5、矯頑力(＜3.0A/m)。以[Si-B2Fe7.6Nb0.4]Fe合金成分為基礎(chǔ)，考慮到團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的密堆性，設(shè)計(jì)并制備出[(Si1-yBy)-B2Fe8-xNbx]Fe系列高非晶形成能力的塊體非晶合金，且力學(xué)性能優(yōu)異。含REM的合金無法形成塊體非晶。合金化效應(yīng)機(jī)理研究顯示:團(tuán)簇間原子的相互作用對非晶的玻璃轉(zhuǎn)變溫度和形成能力起決定作用，而團(tuán)簇內(nèi)部的原子的相互作用則決定了非晶合金的熱穩(wěn)定性。
　　3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本論文所涉及合金在涵蓋

6、團(tuán)簇式成分的一定區(qū)間內(nèi)均可形成非晶合金。結(jié)合該事實(shí)，基于相關(guān)非晶的晶化行為，構(gòu)建出Fe-B基非晶的“雙團(tuán)簇”模型，合理解釋了Fe-B基非晶合金的成分區(qū)間。類似的，提出了Finemet合金的“雙團(tuán)簇”結(jié)構(gòu)模型”?；赱(Si1-yBy)-B2Fe8-xNbx]Fe和[Si-Fe14](Cu1/13Si12/13)3兩團(tuán)簇式，將它們等比例混合，設(shè)計(jì)并制備出多個成分合金。其中，成分為Fe74B7.33 Si15.23Nb2.67Cu0.77非