新型铁基非晶-纳米晶合金软磁性能与宽带材制备技术研究

摘要

Fe基非晶-纳米晶软磁合金具有非晶基体和纳米级晶粒的双相结构，是一种新型磁性功能材料，具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低矫顽力和低损耗等优异的软磁性能。特别是FINEMET合金体系（Fe-Si-B-Cu-Nb合金系），已在磁电子器件、航空航天、国防科技等领域展现出广泛的应用前景。然而，目前工业生产中的FINEMET合金含有过多的Zr、Hf及Ta等难熔、易氧化金属，影响了合金饱和磁化强度的提高，且生产成本较高，严重制约了Fe基非晶-纳米晶合金的推广应用。为解决上述问题，本文选择典型的FINEMET合金(Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3)作为研究对象，通过添加元素Y、V替代原成分中的Nb元素，得到新型铁基非晶纳米晶合金，研究其组织形态、热稳定性及软磁性能。此外，还初步探讨了铁基非晶宽带材的制备技术，制定了一系列在实际操作中的工艺参数，为非晶-纳米晶软磁合金的研究与应用提供一定的参考。
　　本文采用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、震动样品磁强计(VSM)、电子透射电镜(TEM)等分析了Y和V元素的添加对Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3非晶纳米晶合金的热稳定性与软磁性能的影响，实验结果表明:适量的Y元素的添加可以同时提高非晶合金的热稳定性与软磁性能。Y可抑制原子扩散，Y与O间较强的亲和力可有效吸附杂质、净化基体，从而抑制非均匀形核。以Y代Nb没有降低Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3合金的非晶形成能力，而且既增加合金的热稳定性，又提高饱和磁感应强度。其中Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb1Y2合金具有最佳的热稳定性，700℃退火10min时析出纳米晶尺寸约10nm，饱和磁感应强度达1.28T。适量的V元素的添加同样可以同时提高非晶合金的热稳定性与软磁性能。V元素与Nb元素原子核外电子分布情况相似，且V元素与组分中大多数元素有较大的负混合焓。其中，Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb1V1合金具有最佳的热稳定性，520℃退火10min时析出纳米晶尺寸约20nm，饱和磁感应强度达1.29T。采用单辊甩带法制备非晶合金宽带材。单辊法制备非晶宽带材的难点在于温度与喷嘴与滚面间的距离控制，由于增大带材的宽度，使得喷嘴的长宽比增大，喷嘴尺寸的改变使得喷嘴内合金熔液对壁面的冲刷，影响着最终合金熔液喷射的稳定性。除此之外，喷嘴尺寸的改变也使得冷却辊上熔池形状的改变，宽的熔池稳定性较差，易受辊子径向跳动、转速、熔池表面气流等影响，这两点是制备非晶宽带材的难点。经过实际操作反复试验，确定加热功率在30-40kw，喷嘴与滚面间距在2mm左右，可成功制备出20-50mm宽的非晶带材。

目录

声明

摘要

引言

第一章 绪论

1．1 非晶-纳米晶软磁材料特征

1．1．1 结构特征

1．1．2 热力学和动力学特征

1．1．3 软磁特征

1．2 非晶-纳米晶软磁材料的发展及存在的问题

1．2．1 非晶-纳米晶软磁材料的发展和应用

1．2．2 非晶-纳米晶软磁材料的技术问题

1．3 本文研究的内容与意义

第二章 实验方法

2．1 合金元素

2．2 样品制备

2．2．1 母合金制备

2．2．2 条带样品的制备

2．2．3 退火样品制备

2．3 结构和性能测试

2．3．1 样品尺寸

2．3．2 组织结构

2．3．3 性能测试

第三章 Y对FeSiBCuNb合金热稳定性和磁性能的影响

3．1 引言

3．2 Fe73．5Si13．5B9Cu1Nb3-xYx合金的结构和热稳定性

3．3 Fe73．5Si13．5B9Cu1Nb3-xYx合金的退火处理

3．4 Fe73．5Si13．5B9Cu1Nb3-xYx合金的软磁性能和结构

3．5 本章小节

第四章 V对FeSiBCuNb合金热稳定性和磁性能的影响

4．1 引言

4．2 Fe73．5Si13．5B9Cu1Nb3-xVx合金的热稳定性

4．3 Fe73．5Si13．5B9Cu1Nb3-xVx合金的软磁性能

4．4 本章小结

第五章 非晶-纳米晶宽带材制备技术

5．1 引言

5．2 非晶-纳米晶宽带材的制备技术难题及解决方法

5．3 非晶-纳米晶宽带材装备设计和制备技术研究

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢