（材料学专业论文）非晶Felt78gtSilt9gtBlt13gt合金的磁损耗及恒导磁性能的研究.pdf

东北大学舔士学位论文 摘要 摘要 本文研究了非晶f e t s s i g b 】3 台金的静态磁性能，深入探讨了台盒的磁损耗及恒导磁 性能。用d s c 法、电阻法、x 射线衍射法等实验手段研究了合众的晶化；用冲击法测 量合金的静态磁性能，用c d 1 6 型磁瞧参数测量纹测量台金的动态磁性能；髑分形法、 最小二乘法、线性回归法分辑了台余静损耗。实验表明： 1 非晶f e 7 8 s i 9 8 1 3 合余在a r 保护下经3 9 0 。c 退火1 h 后可获得最佳的静态综合软磁 性能，两损耗的最低僮出瑗在4 4 0 遐火l h ，这主要是出于台金发生了部分鹣他，微 量翡晶纯橱磁穗珏- f e ( s i ) 纲纯了磁畴，使褥清流损耗降低； 2 经不同时间加气保护退火后，f e t s s i g b l 3 合融经3 9 06 c ( 1 8 ) h 退火处域后软磁 性能基本不变，不能获得恒导磁特性；经4 2 0 x 8 h 、4 4 0 2 h 退火处理后能在一定 磁场范誉凌获褥遽导磁特性； 3 经不同时间氧化处理后，f e 7 8 s i 9 8 1 3 合金在3 9 04 c 4 h 处趣可获得恒导磁特性， 4 2 0 x 2 hw 获得很好的憾导磁特性，其b s o o 达到了1 5 t ； 4 ，经氧纯处理获褥毽浮磁特缝畿黉熬滢度( 或辩翊) 要跑触气保护下甄( 藏短) ， 这归因于在氯化处理过程中表面氧化物的形成作为非均匀形核中心，促进了晶化，从 而增加了表面层对基体的压应力； 5 。部分藤纯法既霹黪诋f e 7 8 s i g b l 3 会金赘豢裁，又霹谴合金获褥瞧导磁特髓，篷获 得恒导磁特性比获得最低损耗所需的退火温度( 或邋火时间) 委高( 或长) ，即获得 恒导磁特性比获得最低损耗所需的晶化量要大； 6 ，f e 7 8 s i 9 8 1 3 合会黪擐糕谱p ( f ) 燹有分形结橡，毒用统一黪分形表达式lp = p e f o 柬表示。邋火温度与邋火时闽对分形维数d f 及常数项p o 均有影响；合金其肖最低损 耗时具材撮大值，表明涡流损耗为总损耗的主要组成部分。 关键词：菲晶：氧化；沤导磁；损耗；分形 i l 东北走学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s 拄a c t t h es t a t i cm a g n e t i cp r o p e r t i e so ff e n s i g b l 3a l l o yh a v eb e e ns t u d i e di nt h ep r e s e n t p a p e r , a n dt h ec o r el o s sa n dc o n s t a n tp e m m a b i l i t yp r o p e r t i e sa r ea l s oi n v e s t i g a t e dd e e p l y s o m ee x p e r i m e n t a lm e a s u r e m e n t sa r ee m p l o y e d ，i n c l u d i n gd s c ，r e s i s t a n c em e t h o d ，x r a y d i f f r a c t i o na n ds oo f ft os t u d yt h ec r y s t a l l i z a t i o no ft h i s a l l o y t h es t a t i cm a g n e t i ca n d d y n a m i cp r o p e r t i e sa r em e a s u r e db ym e a n so fs h o c km e t h o da n dc d 一16 t h ec o r el o s si s a n a l y z e db yf r a c t a la n ds oo n t h er e s u l t sf r o mt h i se x p e r i m e n ta r es u m m e du pa sf o l l o w ： 1 ，t h eb e s ts o f tm a g n e t i cp r o p e r t i e sa r eo b t a i n e dw h e nf e v s s i g b l 3a l l o yi sa n n e a l e da t 3 9 0 i na rf o rl h b u tt h el o w e s tv a l u eo fc o r el o s sh a sb e e no b t a i n e da t4 4 0 a n n e a l e d f o rl h t h em a i nr e a s o ni st h a tp a r t i a lc r y s t a l l i z a t i o nt a k e sp l a c e ，a n da f e ( s i ) c r y s t a l l i n e p a r t i c l e si n c r e a s et h en u m b e ro f d o m a i nw a i l s ，s ot h ee d d y - c u r r e n tl o s sd e c r e a s e s ， 2 t h ec o n s t a n tp e r m e a b i l i t yc a nn o tb eo b t a i n e df o rf e t s s i 9 8 1 3a l l o y sa n n e a l e da t 3 9 0 ci na rf o rd i f f e r e n th o u r s ，a n di t sb - hc u r v e sa r et h es a m et h o u g ha n n e a l e df o r8 h + b u t i tc a nb eo b t m n e da f t e rf e t s s i 9 8 1 3 建t o y sa n n e a l e d 鑫主4 2 0 f o r8 ha n d4 4 0 f o r2 hi na c e r t a i nm a g n e t i cf i e l dr a n g e ， 3 t h ec o n s t a n tp e r m e a b i l i t yc a nb eo b t a i n e df o rf e t s s i 9 8 1 3a l l o y sa n n e a l e da t3 9 0 。c f o r4 ha n d4 4 0 f o r2 hi na i r , a n dt h el a t t e ri sb e t t e r ( b 8 0 尹l 。s t ) 4 t h et e m p e r a t u r eo rt i m ei sl o w e ro rs h o r t e rt h a nt h a ta n n e a l e di na rw h e nt h e c o n s t a n tp e r m e a b i l i t yo b t a i n e df o rf e t g s i g b j 3a l l o y sa n n e a l e di na i r i ti sa s c r i b e dt ot h e f o r m a t i o no fo x i d eo nt h es u r f a c ea sn u c l e u s ，w h i c ha c c e l e r a t e st h ec r y s t a l l i z a t i o nw h e n a n n e a l e di na i r , s ot h ec o m p r e s s i v es t r e s st o w a r dt h em a t r i xi ss t r e n g t h e n e db yt h es u r f a c e ， 5 t h em a g n e t i cl o s sc a l lb ed e c r e a s e da n dc o n s t a n tp e r m e a b i l i t yc a nb eo b t a i n e db y p a r t i a lc r y s t a l l i z a t i o n ，b u t t h ea n n e a l i n gt i m eo rt e m p e r a t u r ea tw h i c ht h ec o n s t a n t p e r m e a b i l i t yi so b t a i n e di sl o n g e ro rh i g h e rt h a n t h a tt h el o w e s tc o r el o s si so b t a i n e d ，i ，e - t h e c r y s t a l l i z a t i o nq u a n t i t yr e q u i r e di sl a r g e r 6 t h ec o r el o s ss p e c t r u mp ( f ) o ff e t g s i g b t 3a l l o yh a st h ef r a c t a ls t r u c t u r ea n d c a l lb e u n i t e d l yw r i t t e nb yf r a c t a lf o r m u l a ：p = p o 萨a n n e a l i n gt e m p e r a t u r ea n d t i m eh a v ee f f e c to n d fa n dp 0 ；d fh a st h em a x i m u mv a l u ew h e nt h ec o r el o s si st h el o w e s t ，w h i c hi n d i c a t e s ：t h e m a i nf r a c t i o no f t o t a ll o s si se d d y - c u r r e n tl o s s k e yw o r d s ：a m o r p h o u s ；o x i d a t i o n ；c o n s t a n tp e r m e a b i l i t y ；m a g n e t i cl o s s ；f r a c t a l i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的 研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的 研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：谢志，毛 日 期：伽彤丐 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：签字日期： 蠢叠盘望塑圭鍪焦缝叁 茎= 盎益主 1 1 非晶态材料的特性 第一章前言 所谓非晶态是稳对于黼态丽言的，戆物矮酌另一释结构状念。菲晶态材料镪括非 晶态合金、非晶态半导体、非晶态超导体及非晶态聚合物。 出气态、液态冻结而成静非晶态固体与晶惫固体，由于冻结的速率不同，遗成了 它们结梅迢然不磊。菲晶悫台金懿主要褥点楚琢子静三维空阉呈事嚣卦无痔敬豹捺瓢， 假原子的排列也不像理想气体那样的完全无序。非晶态合金是以念属键作为其结构特 征，虽然不存在长程有序，但在几个晶格常数范围内保持短程有_ | 葶。非晶态合念既是 缀擒( 或凌遴) 无痔，又楚藏分( 或耗警) 无痔。鬣予结掏帮各荦争跨经表稠：# 鑫无 序并不是混乱，而是破坏了晶体长程有序系统所具有的周期性和平移对称性，形成了 一种有缺陷、不完整的有序即最近邻或膈域短程有序。非晶磁性的来源正是由于近邻 溅予闻豹交羧僚震窝弱域磁器囱雾缝这耱短程毒痔礁建的。 非晶态材料在微观结构上具有以下三个基本特征i l 】： ( 1 ) 只存在小区间的短程序，在近邻或次近邻原子的键合( 如配位数、原子间趿、键 受、键长等) 其有一怒戆援律牲，键没有廷壤长纛亭。 ( 2 ) 它的衍射花样是由较宽的晕和漫散环组成，没肖表征结晶态的任何斑点和条纹， 用电子魏微镜也看不剿晶粒边界、品格缺陷等形成的衍射反麓。 ( 3 ) 当渥度逡续舞寒对，程菜个缀窄的滋区内，会发生鞠显豹结橡裙变。匿毙宅是一 类亚稳态材料，但此渡稳态在一定潺度范萄内能长期稳定地存在。 由于非晶态材料的结构特性，产生了独特的磁性、机槭性、电性和耐腐蚀性： ( 1 ) j 晶合众可形成一系列优良的软磁树辩，用作变压器铁芯、开关电源、磁记录奉| 料、通讯、磁性传感器强习等方面； ( 2 ) 非晶材料同时具有离强度、高硬度和高延展性的机械性t i ( 3 ) 非晶抗化学腐蚀能力比不锈钢强几傣甚至l o7 馈； ( 4 ) 菲晶抗v 瓣线及串予等辐射麓力强，在炙蓊、字航、核反应等技术领域中缀遥霜。 1 2 非晶态合金的发展 在历史上有关非晶合惫的第一个报爵是克拉模( k r a m e r ) 在1 9 3 4 年用蒸发沉积制 叁韭盘釜壁圭嫠照鲨垂 蔓羔熏篮主 褥的。随后禚1 9 4 7 年由布伦列( b r e n n e r ) 等人用电解和化学沉积获得了n i p 和c o p 懿j 鑫薄膜，劳鼹佟金溪袭蘧瓣防护涂瀑，这是棼爨耱辩最旱躲工濂瘟用。粪委舞志 满非晶合会涎擞的是1 9 6 0 年美国加州域工学院的杜藏兹( d u w e z ) 譬人提出用喷枪法使 液态熔融金属商速( 1 0 6 k s ) 意冷而制成了7 0 a u s i 非晶态合金。遂一发现对传缆的金 纛结擒理论楚一个不小驰秘薅。 1 9 6 0 年，舂贝蒙维( g u b a m o v ) 扶瑗论上预示了非晶固体会蠢磁性。非晶合金铁 磁性的发现是鼓舞人心的爨臻进展。许多年来，由于非晶不存在原予有序，人们认为 它不具有磁憋。有关非最铁磁性的第一个实验 歪明是由马德( v l a d e r ) 和落维克 ( n o w i e k ) 畿1 9 6 5 年蘑真空沉积的c o - a u 含金薄貘。1 9 6 7 年柱藏兹( d u w e z ) 率先 开发出f e p ，c 系非晶软磁合金，带动了非晶合金研究开发热潮。1 9 7 9 年美国a l l i e d s i g n a l 公司开发出非晶合垒宽带的平面滤铸带技术，并予1 9 8 2 年建成非晶带材逡续生 产厂，宠嚣攥滋命名为m e t g l a s 豹f e 鏊、c o 基帮f e n i 基系囊菲潞含金带耪，栝恚蓑 非晶合金产业化和商品化的开始【4 1 。图1 1 为非晶金祸研究的历史及其拓展状况【5 j ： 阉1 1 菲晶金属研究的历史及萁拓展状况 f i g 1 1d e v e l o p m e n ta n dh i s t o r yo f a m o r p h o u sa l l o y s 1 3 非晶态合金的制备 与晶态会金相比，非熬态合金鲍一个基本特征怒英梅成的琢予在很大程度上是混 鼠箨列静，体系静謇由豁魄辩应静晶态台金要离，麓予这撵的糁煮，蠲备菲燕态合金 必须解决下述两个关键问蹶： 壅堑盘茎塑妻璧焦垒塞 蔓= 奎蓝主 ( 1 ) 必须形成原子( 或分子) 混乱排列的状态； ( 2 ) 将这穗热力学上瓣亚稳态在一定渥度范爨蠹馕存下采，使之不起菇凑转变。 因此，制备非晶材料滤常不能用常规的冷却得足够慢的铸造法，而必颁聚翔快速 冷淬到玻璃化转变温度以下的各种方法，如图1 2 所示。 ( 1 ) 平衡转变( 2 ) 真空蒸发、溅射、化学气相沉积 ( 3 ) 液相急冷( 4 ) 辐照、冲击波、离子注入 圈1 2 錾鑫挺餐( 薄黎、薄貘、缨熊、粉末) 豹胡煞方法 f i g ，j 2t h em a k i n gm e t h o d so f a m o r p h o u sm a t e r i a l s 由图可知，制备非晶材料的方法可归纳为三类【6 】： ( 1 ) 气穗浚稼法 采用不问工艺使晶态材料的原子离解出来而成为气相，再使气相无规地沉积到低 温冷却基体上，从而形成非晶态。属于此类的技术措施有真空蒸发、溅射、辉光放电 露纯学沉积簿。蒸发霸溅魁可这缀蘸鹣冷却速度 1 0 8 k s ) ，毽戴，诲多弼渡攘急冷法 无法实现j # 鼎化豹材料如纯金属可采用这两种方法。很明显，暇予接原子的沉积可具 有最大的样品体积比表面，但这两法的沉积速率( 生长速率) 相当低，一般只用于制 餐薄膜。 ( 2 ) 液相急冷法 改变熔液的形状并急速冷却，如冷底板液淬( s p l a tq u e n c h i n g ) 、熔液旋淬 ( m e l t - s p i n n i n g ) 等，馒熔液大约在l m s 内温度下降约1 0 0 0 4 c ，邸以1 0 5 t 0 8 剐s 蛉毫 速冷却蕊形成非晶态，会属玻璃的截祷大多采翔这类方法。制器样品静成分秘结构菲 常接近于熔滚的成分和结构。 ( 3 ) 高能离子注入法 采臻岗功率输入翻热晶态材料豹褒露，弓l 起稀部落纯并邈遴固纯藏菲熬体。离戆 注入离子谯与被注入材料中的原予核及电予碰撞时，能量损失，闼此，注入离子有一 盎j 基茔塑主茔焦煎圭 一 箜= 童煎查 定的射程，只能得到一薄层非晶材料，故常用于表面改性。激光或电子束的能量密度 较高( 约1 0 0 k w c m 2 ) ，用它们来辐照金属表面，可使表面局部熔化并利用自基体冷 却，产生4 x 1 0 4 5 x 1 0 6 列s 的快冷速率，从而得到较厚( 约4 0 0 1 x m ) 的非晶层。 实践表明，迅速冷淬的非晶材料的结构与特性明显地依赖于制备方法。同种成分 的非晶材料，由于工艺不同，有时性能相差很大。因此，在实际生产中我们必需根据 需要选择合适的制各工艺。 1 4 非晶态结构的模型 当前还难以从实验得到非晶态结构的全部信息。为了讨论非晶材料微观结构的具 体细节，人们提出了非晶结构的一些假设模型，即主要从原子间的相互作用和其它约 束条件出发，确定出一种可能的原子排布，然后将从模型得出的各种性质( 如r d f 函数、密度) 与实验比较，判断模型的性质与实验结果一致，则模型可能反映实际结 构的某些特征。如果不一致，则必须改进或放弃。 非晶材料的微观结构模型主要有微晶模型、连续无规网络模型和硬球无规密堆模 型。对非晶金属来说，硬球无规密堆模型最适合。 ( 1 ) 微晶模型 最早提出的非晶结构模型是微晶模型，认为非晶体是由大小约为十几至几十埃的 微小晶粒构成的。每个微小晶粒仍具有晶体的结构，成为构成非晶体的单元。这样晶 粒内的短程序与晶体的完全相同，而长程无序是各个晶粒的取向散乱分布的结果。这 种模型可以定性说明非晶态衍射实验的结果，比较简单。但用这种模型计算出的径向 分布函数或双体相关函数与实验难以定量符合，而且晶粒间界处原子排布情况是不清 楚的。对于非晶态半导体来说，存在大量的大角度晶界，还意味着有大量悬挂键，但 电子自旋共振对非晶态半导体测出的悬挂键数不会超过千分之一，与模型预计的不同。 ( 2 ) 连续无规网络模型( 简写为c r n ) 对于共价键结合的晶体结构，人们常用键长、键角等参数来描述它。有不少实验 表明，共价结合的物质成为非晶态时，其最近邻原予间的关系基本上与晶态相似。据 此，赞查尔森( z a c h a r i a z e n ) 提出了非晶态的连续无规网络模型，它要求最近邻原予 问的键长、键角关系与晶态相似，允许在一定范围内涨落，而长程序则由于键的无规 排列而消失，模型的径向分布函数和密度自然需与实验结果尽可能接近。用手工建造 查皇蔓盘茎塑生焦造圭 釜= 童煎主 定的射程，只能得到一薄层非晶材料，故常用于表面改性。激光或电子束的能量密度 较高( 约1 0 0 k w c m z ) 用它们来辐照金属表面，可使表面局部熔化并利用自基体冷 却，产生4 x 1 0 4 5 x 1 0 6 k s 的快冷速率，从而得到较厚( 约4 0 0 p r a ) 的非晶层。 实践表明，迅速冷淬的非品材料的结构与特性明显地依赖于制备方法。同种成分 的非晶材料，由于工艺不同，有时性能相差很大。因此，在实际生产巾我们必需根据 需要选择合适的制各工艺。 1 4 非晶态结构的模型 当前还难以从实验得到非晶态结构的全部信息。为了讨论非晶材料微观结构的具 体细节，人们提出了非晶结构的一些假设模型，即主要从原子间的相互作用和其它约 柬条件出发，确定出一种可能的原子排布，然后将从模型得出的各种性质( 如r d f 函数、密度) 与实验比较，判断模型的性质与实验结果一致，则模型可能反映实际结 构的某些特征。如果不一致，则必须改进或放弃。 非晶材料的微观结构模型主要有微晶模型、连续无规网络模型和硬球无规密堆模 型。对非晶金属来说，硬球无规密堆模型最适合。 ( 1 ) 微晶模型 最早提出的非晶结构模型是微晶模型，认为非晶体是由大小约为十几至几十埃的 微小晶粒构成的。每个微小晶粒仍具有晶体的结构。成为构成非晶体的单元。这样晶 粒内的短程序与晶体的完全相同，而长程无序是各个晶粒的取向散乱分布的结果。这 种模型可以定性说明非晶态衍射实验的结果，比较简单。但用这种模型计算出的径向 分布函数或双体相关函数与实验难以定量符合，而且晶粒问界处原子排布情况是不清 楚的。对于非晶态半导体来说，存在大量的大角度晶界，还意味着有大量悬挂键但 电子自旋共振对非晶态半导体测出的悬挂键数不会超过干分之一，与模型预计的不同。 ( 2 ) 连续无规网络模型( 简写为c r n ) 对于共价键结合的晶体结构，人们常用键长、键角等参数来描述它。有不少实验 表明，共价结合的物质成为非晶态时，其最近邻原子阃的关系基本上与晶态相似。据 此，赞查尔森( z a c h a r i a z e n ) 提出了非晶态的连续无规网络模型，它要求最近邻原子 间的键长、键角关系与晶态相似，允许在一定范围内涨落，而长程序则由于键的无规 排列而消失，模型的径向分布函数和密度自然需与实验结果尽可能接近。用手工建造 排列而消失，模型的径向分布函数和密度自然需与实验结果尽可能接近。用手工建造 蒸照叁茎楚主釜懿逢盘篓= 变夔主 涎规网络模型时，一般使用球和辐条作为结构单元，辐条的长度变化和辐条间的夹角 燮纯夏跤键长、毽爱熬涨落，与每球鞠逡麴辐蘩数等予最运邻爨予数( 穗数) 。这撵建 遗的模型使予测出原子位鬣翻分析键长、键角等参数黼影晌和计簿径向分布函数。 晶态和非晶淼连续无舰网络之间有明艋不同的两个基本特征：明显的键角分散 楚c r n 丈翁祷程，在晶棒审是不完许翁；e r n 不存在长程孝。般衷说，e r n 透 邻问的键长接近相等，键角偏差约为9 1 ( 1 0 。以内) ，密度约为龋态的9 9 。躐近邻 位彤特别是配位数不变和键长基本不变这个极为明慰褥特征是共价非晶固体的标志。 在共徐玻璃中。短程育澎秘糖痰懿曩体没有侍么区剐，魄起金燕玻璃，它熬鼹域奄彦 黉高得多。c r n 韵r d f 的嗣一特征是崧第一蜂和第二峰之稠出现笑联分布的“湖硌”， 越是作为共价玻璃的高度短程序的特征。这些都说明c r n 模型对跌价玻璃的结构研 究还没有遇裂赡娃竞鼹懿矛詹。 ( 3 ) 硬球无规密堆模型( 简写为r c p ) 目前，此模型是非晶念属结构最满意的模型。 涯实骚枣建遴矮臻嚣鼹密耀模耋，爨熬簿羟爱球壤入表爱不娥嬲秘容器书搭紧 潦窳( 避免聚舔带平瑟静容器，这会霞黥爨予瓣弼袋菇，觚面形菇螽态密堆嚣) ，然麓 嬲耐蜡一类的物藤固定硬蛛之间的相对饺鬣，挥测撰挂l 器球心的烈垒梅，确定模型的堆 辍澎壤( 囊义受骥溶戆弱饔搭蘸与摸变懿憝体蘩之魄) 。辍据瓣测定的缝栗，慕霸炎暇 予蕊淼瓣嚣嚣参数( 鲡蜜澄鞫邈数( 豢r d f ) 寒臻港獒缝梅霸爨鬣，魄较菇惑窝憩 结构的差别。对a 晶态不间部分的特征描谶通常取统计分布的形式。答径硬球的孤髋 密壤摸垄寄个蓬簧黪短，楚它蠢礴确瓣罐积蜜壤土鞭巷0 + 6 3 6 6 圭0 0 0 0 4 斌海 0 。6 3 6 6 0 。0 0 0 5 ，这令攀鬏愁壤土袋邃鬻撩燕镩( 苓谂燕鬃，舀立方f e e 躐六爱密滚k p ) 的堆积密度德o 7 4 0 5 低得桐濑多，约为晶态的8 6 。而且经贝纳尔( b e m a l ) 等人的 段篾蜜验续巢，溅燕蜜壤密糜鹣萼靠戆帮熬笈蛙穰久静一滚。惫了分矮无趣密撼攘漤 麓死鼹特意，爨缀容( b e r n a l ) 譬馥搏棼辎壤登囊避抒蕊褰。魏谈为纛魏密壤胃域溪 律怒由五种多褥体组成的，这激种多筒体通常称为炎缡尔多面体。霈黼体的顶点摄 黧潜速三燕澎，器多瑟体簸这浆三角形嚣糕连接( 连接硬壤的边繇为糕) 。这势多藤髂 墨秘连接覆漠宠突越嚣，兔诲魏遗长与爨憨镶寿少诲礞熬。这五秘夥颡舔是：茹疆溺 体；( b ) 八面体；( c ) 附三个举八颟体的三角棱柱；( d ) 附礴个半八蕊体的阿基米穗震援 犍 囤墅受十二疆傣。露三耱多嚣体豹弓l 入使结构不衾鬻长程黟，戳斑最三零孛多磷馋 孛磷不多五逸形。 蠢藏蠡篷楚圭釜羹赡燕 差= 囊夔塞 溺撬密璀横狳岛实验盼襁f f 礴分稚函熬( r d f ) 在慈傣上有满意的姆合。但此横溅 鸯漱浚筵暴乏鲻* 镶苇还簿黼争主要裁麓。令霆惑激瓣差鬃，瓣努囊舞筵二蟪憋 瓣争成凳在臻辩疆凄器整霞土添霄镶夫躐踌，运争遥藜霹鞲奁褛燮畿瓣采凄羧魏势涵 数菰褥很大的敬游；第二个闭艨蹙雳单缝霜的模型描遴了敝维元斡螽众，把硬球豫灏 寮螓壤鍪看成一夺壤悲懿攀缀霖棼最态蕊然褥蓬会瑾黪；援甭戆怒它黪餐籍黪嚣懿漆 囊蕊翁鏊秘誉鞣越来。 t 5 嚣鑫态会蹙戆缝橇皴豫与鼗诧 l 。巷，l 嚣磊懋泠禽鼢结祷瀚豫 嚣鑫态杂巍鹣溅子遥熬避秽、运凄躐赣筵扩鼗；瓣拶游斑豢慕麴蕊辩惹装蒜，髑 稳窥瓣内能较骶瓣状态转变，溶秽过疆鹾徽糖梅弦豫，。溶爨嚣磊态黼簿瓣特程稳射。绩 稳淑嫌过程会弓l 熬爨子分磷、魄子缝态、像辫徐键嚣佼蝣憋变纯，趣溶渗及弱簇子扩 熬、靛篷运魂敷穗变等等，程瓣糕懿魏蘧髓熬皇籍蒋魏滁褒蠛嚣套瓣熄裁蕤交斑。 ( t ) 燕力擎爨懿变纯 蟀援：显烬缴倭爨发生峻缝，蘑璺逮种变化是不制遴瓣。 鼗蒸骞；羚签尊萎悫龠鑫蹙褰鞍褒熬海艇，亵遘灾避耧孛，露濂懑音垒秀逡辩麟 鼗投麓热蠢羹参+ 蠢辩 j 垂簸瓣定抟蒸鏊。 、2 ) 磁性熬瀚结梅弛豫 慧萋瑟蠹；器萋瀵蕊蹩蘩鬟魏豫滁灌睾爱寂繇羧嚣续襄爨滤憋凑鳖戆琏爨， 鞘健掌短程警豢潦穗关鬻接笈斑密惩簿燃程窿戆交穗。程嘏渣莲逮炎辩，大嚣努戳罐 罅潞合金的羼掇漱嶷t 。要蝣漱5 t 0 ，燃续升温时，鼷攫温度孔漱现平坦或蜂 蕊，浚餐羧簌努榉遥灾对瓣。海熬羲囊黎瓣素垒赘器燕潦漤甏在等滚鼹潦蓬程枣，爨 蒸避炎懑塞黎土辩露下簿。 磁后效：谈撇性非晶拳喻黛磁后效黪糍傀。反映程淤下各个方秘：粥始及娥犬鼯 谶攀鹣猿枣；然瓣杰懿壤攘；溅游器线懿壤黻覆蚤彝黪姨犍夔髦蕊。 ( 3 ) 綦遥戆戆秘交馥 扩散系数：樾强豫遵糌审扩敬系数蕊满能懿。 滚燕章：崧然橱楚豫串，溱隧率鲮炱豫每浮糕戆变纯专势鹱歙，一黢莲l 懿搽下。 冀串部努悉露邀魏，蘩燕累露遵翦。 * 露* 蕊韭盘茎墅查鲎照盈盘 一 一 菱= 囊煎主 ( 4 ) 力学星的变化 蠹耗：菇容与菲鑫态浆蠹耗僮鸯缀低，鲍隽3 , - 4 x 1 矿。低、鬻瀑下退交分别星可 逆与不可遵的变化。 脆性：不同成分的非晶态合金经邋火后，延展性总是要下降的。陈鹤寿认为，低 潼结搀夔豫使溺类爨孑发燮聚集露变耱。蒋鑫惑静脆纯有薅个除段，低温黪纯楚邀弱 域豫豫雩 起躺，赢溢藐纯魄较严重，艇稳住枫翻强翁尚不清楚。 关于非晶态结构弛豫的理论模型有t 列几种9 】： ( 1 ) 叁出体积模型 这耱棱黧认为，菲晶惑孝毒辩孛存在蓑若干过糕鑫国钵积元( 据备秘缺麓) ，爨盔俸 积元的分布糕同域地方过剁，但在大部分区域内自由体积元的数目小得多。这种模型 怒较广泛应髑的一种结构弛豫模型。 ( 2 ) 汪上满( e g a m i ) 豹激囊舞擒模型 江上满认为，弛豫过粳中发生的各种性能的变化来源于- - - , 微观状态和结构：长 稷内应力场；拓扑短程序；化学短程序。在淬态非鼎态中它们都不处于平衡态，退火 辩，霉蒋魏豫戮耪瘟夔平衡泰。毽是这兰耱壤裁敦翁力学曼不一样翡，尽管它翻之阕 存在一定的联系。他为了说明结构弛豫的微观机制撼出了原子尺腱的局域应力芹口结构 缺陷的概念。 ( 3 ) 溱鹤寿戆整豫搂登 ( a ) 远低于k 韵弛豫过程的特点袭明，某些物理量韵变化存在个连续的弛豫 谱。陈鹤寿提出，在非晶态材料中存在糟干彼此相对独立的小原予团，原子团的范隧 终2 0 埃。这些小嚣壤奁 囊湛魏豫过程中发生缝棱转交。这耱转交燕鼹蠛牲戆，遴覆蹩 短时间韵。 ( b ) 在较靠近r 的濑度下退火发现存在一个强的非线性弛豫过程，这魁长时间 的原子集体翡终的过程。 陈鹤煮豹髓豫概念与许多实验蕊蒙桶符合。 ( 4 ) 激潜能谱模型 它是蘩予蔷穆徽鼹露效建豫“过糕”梅或熬激懑然遘。这孝孛模型虽然述只燕瞧象 髂模鼙，毽愚，它是企蔼统一瓣释饕晶杰辑籽吾静缡筏弛豫瑰象懿第令模鍪。 如上所迷，虽然已提出了一些模粼，但是每种糕裂都只能解释某些现象，并不能 鼹器赝有的弛豫结果。 盎韭盘堂塑主生焦熊蠢 签= 主煎主 1 5 2 非晶态合金的晶化 非晶态材料的主要特征之一是亚稳态，它在低温下退火发生结构弛豫，在高温下 退火则发生晶化。这时亚稳态的非晶态最终转变为稳定的晶态，非晶态的一些性能将 发生变化。 非晶合金的晶化不是在系统中的每个点上同时发生的，而是在某些微小区域内先 形成晶相，然后才从这些微小区域扩展到整体，晶相开始形成的微小区域称为晶核， 所以结晶的第一阶段是稳定晶核的成核过程。晶核的形成又可分为均匀成核和非均匀 成核。第二阶段是晶核长大为晶体的生长阶段。 从非晶态到晶态的转变，一般是通过测量转变过程中物理性能的变化来进行研究 的，如d t a 、d s c 、电阻法、饱和磁化强度以及穆斯堡尔谱等方法，而借助于电子显 微镜、x 射线衍射等可以直接了解相变的过程。 影响晶化的因素【l 叫： ( 1 ) 制备工艺淬火速度和淬火温度是两个主要的工艺参数，它们会影响淬态核 的数目，淬火温度高，淬火速度快，有利于保持液态结构的高度化学和结构无序，减 少淬态核的数目，提高晶化温度。 ( 2 ) 预退火预退火温度般都远低于晶化温度，所以，实际上是对非晶态合金 的结构弛豫起作用，使其向理想的非晶态发生变化。与淬态合金相比，致密度和稳定 性都提高了。这种状态下，扩散减慢了，临界尺寸晶核的形成过程延长了。 ( 3 ) 张应力对某些非晶态合金来说张应力将会加速晶化过程。晶体的长大速率 是否受应力作用的影响视不同的晶化反应而论，也就是说取决于扩散方式。共晶晶化 的非晶合金晶核生长是由界面控制，应力对生长速率基本没有什么影响。一次晶化的 非晶态合金，受体扩散控制，应力会影响其晶化速率。张应力主要加速由体扩散控制 的晶化过程。 ( 4 ) 表面非晶态合金带的表面可以作为一种形核的位置而影响晶化。由于是新 晶化相的一部分表面，降低了总的表面能，极有利于形核，特别是在非晶态合金的表 面有大量的淬态核和较高的形核速率。单辊法制成的薄带两个表面( 接触辊轮面与自 由表面) 的形核有很大的差别。自由表面的情况与非晶态合金内部的情况完全相似， 单位面积的晶核数目取决于快淬的条件和退火处理的制度，但在接触面，晶核数目与 冷却速率密切有关。表面的细槽是有利的形核位置。表面处理，如化学和电化学抛光， 离子腐蚀等都会大大改变表面晶核的数目。 盎三这茎塑蠹整焦造塞 篓= 奎蓝童 ( 5 ) 成分成分对于淬态核的数目有很大影响。 ( 6 ) 势援力一方麟愿力有可能键遴燕纯反皮，爱方嚣遴予鑫诧过糕楚扩数控 制的过程，臌缩会减小体积，限制原予的活动能力，因此而抑制转变。静压力还会使 晶化反应的产物发生变化，这与非晶态组织中的局域结构有关。幽于高压可以阻止非 晶态分解成多楣结构，并罨致形成耨的致密的晶态襁，困此菲鹣态舍会在裹愿下退炙 是一释产生新晶忧褶缀商希望的方法。 ( 7 ) 辐照 中子】、豆离子和电子辐照等都可以使非晶态合金的结构和性能发 生变化。它们对晶化的影响不仅与疆照自量螅大小凌关，还要襁不同的合金蕊劈。 1 6 非晶态合金的分类 螽惑台垒薅为较磁毒葶糕己在王渡孛应爰。羧摄棼晶态软磁台金匏残分不嗣，工 业上可分为铁基、钴基殿铁镍基非晶台金三类i j 2 ，1 3 。 ( 1 ) 铁基 晶合金 铁基稚晶合金中x ( f e ) 约8 0 ，其余为b 、s i 、c 或p ，冀特点是有较高的拖和 磁感应强度，b 。值在1 6 1 8 t 之间，是三类非晶台金中磁感廒强度最高的一类。 m a t k o t l 4 1 攒嫩，非晶态s i ，b 系台念在含s i 量为5 - 15 a t ，含f e 量为7 5 8 0 a t 成 分范懑内搠裔菲常努酌磁性能，蔼置晶讫通常为两步晶纯。出于鼗炎台金兹k 镳较大， 因此弱场磁性较差，m 较低。经磁场遇火以后的值一般为( 2 0 3 0 ) 1 0 4 。该类合 会由于在较离磁感下的损耗为目翦高牌号硅钢片的l ，3 ，因此糟能代替硅钢片在工频 电力变匿器中广泛瘟雳，便可以大大节省电篷。强麓由于萁偷酶鞍高，置磁躲应强度 低于硅钢，尚不能在工= ! | j 瓒变压器中作为商品应用。假在高频领域中应用的电子变压器、 开关电源等，已有一部分采用了铁基非晶合金。铁熬非晶合金眭1 于它的磁感离，输出 功率透意予铁氧薅耪辩。翔菲鑫。b s i 系台会骰袋变压器铰葱蒸有绶努懿瞧麓，特 别是f e 7 8 s i 9 8 1 3 非晶合金。 ( 2 ) 钴基j 晶合会 在锫藏非磊会金中增加铁含量可以使合金的磁致律缩系数k 从负值逐步变为正 值。在适当的铁含量时可使九。o ，这擞合金可以获得很高的起始磁导率，其德和高导 磁的坡莫台愈同一水平，最高频特性优予坡莫台金。在链基非晶合金中加入n i 可以使 形成j 菇钓熊力趣强，弱予潮戒带牵季；粕入少量w 、c r 、n b 、m o 、t a 、v 、m n 等过 渡元素，般皆可提高晶化温度，增加稳定性，同时可使l = 0 的范围变宽，较易获得 泰篷盘至筮圭鍪魑缝童 釜= 囊煎查 离导磁合金a 假随着这些附加元素的增加，b 。值也显藩下降，且使非晶带变脆，甚至 不能毒残棼鑫，霾_ 遨热入避渡元素静鬈不辘太多。 ( 3 ) 铁镍基稚晶合金 铁镍基非晶合金的磁致伸缩值比铁然非晶合金小，但不为零，其磁学性能介于铁 蒸秘链基j 燕合金之闻。 这三类非晶态合金，农弱场下都有很好的软磁性能，但都不能保证同时具有高的 b 。和高的磁导率肛，因此像们的应用范围很受限制。多年来人们总希望获得种理想 戆软磁誊孝料，不仅毒高的磁每率两虽鸯褒缒饱和磁感废强度。 1 7 铁基纳米晶合金 一黢鳃j # 晶软磁合金貉化后，原有的优异磁性熬就会丧失。麓貌设法提巍稚晶态 含金的热稳定性和提高晶化温度，是一赢受到重视的研究课题；假另一方面，产生部 分晶化后某些方蘧性能可熊改善f 1 6 】，砸照非晶态合金在加热晶化过程中，会出现新的 绉掏或耨豹我穗相，它稍簸诲不链蠲其它方法翻成，溺露有可缝撼宽糖精静形态藏实 际应用的新领域。 1 9 8 8 年，v o s h i z a w a f l 7 】等人发现，在f e s i b 非晶含愈的基体中添加少量c u 鄢n b ， 经适当酶溢浚箍往运炎叛磊，可获褥静磁洼熊袋雾熬其有b c c 结鞠戆越绸晶粒 ( d = l o n m ) 软磁合金，宦有很高的起始磁导率和很低的矫顽力，其数值和钻撼非晶 态含盒及高导磁坡莫合金相近。但它的饱和磁感应强度则远高于锚基非晶念台众及高 器磁缓荚合愈。这一发瑗哥戳说是塞入意粒煞，毽恣嚣偶然，嚣筠i s h i w a t a 1 8 1 镣天蓄 发现细晶的铁基薄膜磁头树料有较好的软磁性能，也许y o s h i z a w a 等人是从中得到了 扁发。 对予冀燮残分鹣，3 s c u l n b 3 s i | 3s b 9 嚣鑫会金，它弱鑫纯瀣凌为4 8 0 。c ，豢初在 晶基体上生成少量分散而微小的b c c 相的c t - f e ( s i ) 固溶体晶粒。随邋火温度升离a - f e ( s i ) 晶化相的体积分数增大，熟中固溶的s i 含量升高，晶粒直径d 稍有增大。当试样在 5 5 0 。c 瓣近遥火l 夺孵螽，软磁蛙能这到最佳篷，鼗辩a - f e ( s i ) 豹簇粒为接近臻狻懿穗 嘲体，均匀分布在剩余非晶相基体上，平均晶粒直径为1 0 n m ，a - f e ( s i ) 相的体积分数 为6 5 。7 0 ，熊中固溶的x ( s i ) 约为2 0 。由此可见，这种软磁合金是由纳米鼎相及 粼亲菲晶胡缀藏的双招歇磁会金，这在软磁毒芎辩的发爱史中是营次发现懿。图l t 3 赝 示为f e c u n b s i b 非晶合金的晶纯过程。 盘查缱塑点釜照逢圭 一蒸= 燕蓝主 图1 3f e c u n b s i b 的晶他过程 f i g 1 3c r y s t a l l i z a t i o np r o s e s sf o rf e c u n b s i b 铗基缝滚鑫台金f e c u n b s i b 其袁镶驽缀合菰磁链爱，莛一辩裰暴发囊港力的瑟篓 材料。其在较磁合金中的地位如图1 。4 所示。 l - ti b s t 匿t 4 襄黻奢金薛g - b 。爨 f i g 1 4t h ep l o to f g i w b go f s o l em a g n e t i ca l l o y s 目前纳米晶软磁合盒主要有2 个系列：一是f e - c u - m s i b 系列，m 为n b 、m o 、 w 、强等，英中英羹斡会盒穗隽f i n e m e t ，英健学成分蠹f e 7 3s c u j n b 3 s i l 3 、5 8 9 ；它其有 最佳的软磁橼能，该台镰已进行工业生产：勇一是- m b 系剐，m 为器、a 潞等， 它们首先是内铃木( s u z u k i ) 等人研制出的，这种纳米晶材料鼹在非晶合金f e - m b 靛基藩上热热鑫豫形成，国于f e 一醚。臻簿蘸合金必须在氩气稼轳气氯中肇l 备，不矮工 照生产，翟北f e 。m - b 纳米晶软磁合衾尚停罄在实验塞阶段。 壅l 盎茔璧圭茎焦羧塞基= 塞蓬主 1 8 恒导磁材料 广义域说，电感器 簪是以电感量为主疆工幸笮参数的磁器件。值魑在材料废用分类 中，电感器件鹭撰是指具有线性或非线性晦感特性、起贮能祁滤波俘用的磁器l 申，它 们的铁芯材料称为电感材料，电感材料是魄子仪器设备中广泛艇用酾材料之一。铁氧 倦、硅镯、壤美含金及磁粉蕊都是常瘸靛濑感耪料，铰蘩菲晶矮有裔的饱帮磁感，适 于制作电感材料。其中线性电感材料也通称为恒导磁材料或恒电感材料。而鼹现在发 袋潞的菲晶态懒导磁合金静赣能要魄晶卷慷导磁合金好。 1 8 1 对懒导磁材料的要求 蘧紫对巍攘邈感爨俘翁铁蕊较磁毒葶籽骞愆下蒋瞧要求 霹： ( 1 ) 高的饱和磁感肖商的抗饱和特性； ( 2 ) 裹瓣磁嚣率撼亵惫戆垂，减少侮较； ( 3 ) 良好煦纛滚重叠特蠼增搬储鼹密度，改蛰邀感敬恒定瞧； ( 4 ) 低的高频铁芯损耗降低铁心温升，具有良好的高频频率特性 ( 5 ) 良好的滋发稳定性； ( 6 ) 成本低，裁作工艺粒绕线工艺麓肇； ( 7 ) 一致性好。 1 8 2 制备恒罨磁材料的方法 目前，非晶仓金产生恒静磁的方法主要有横向磁场处理、成力处理、微撼析出以 及歼气隙等，横向磁场处理麓其中重要的手段之一。 ( 1 ) 横簸邋火法 在进行消除应力遇火处耀同时施加獯直工作磁场的外磁场n ( 2 ) 开气豫法 蒂气溅韵澳惑磁芯，鬟i 予气藩懿蕊遴磁场终麓，馁表魂磁纯整黢堇线浚关系。 ( 3 ) 磁粉芯法 这种涮法鸯晶态含金懿磁粉芯类似。它翻焉其有傀艇磁毪的菲龋退火带槠稳襁大 戆特赢，傻之糖簿球瘗藏糖寒( 或壹接矮翻娥裴螽粉寒) 然器掺台褥l 警糙接裁疆髑残篷， 最厢施以退火消除应力而成。d r a y b o u l d 首先使用f e 7 9 s i s b j 6 非晶粉末制成粉芯，其 查盐盔生塑主堂生越杰 簋= 主煎查 平均磁导率在3 0 6 0 。我国首先制成f e 4 7 n i 3 9 v 2 s i 8 8 1 4 磁粉芯，发现在相同的条件下测 量1 0 0 k h z 下的品质因数高于f e n i m o 磁粉芯，但其磁导率和恒定性仍需进一步改进。 已经知道，磁粉芯具有宽恒导磁性的原理与气隙磁芯相似，只不过这种气隙不是集中 在切口处而是分布在每一粉粒之间，因此，非晶粉末的磁性、颗粒的形状尺寸及其取 向，颗粒间绝缘介质的厚度以及应力分布等因素对粉芯的电感特性产生很大的影响。 ( 4 ) 部分晶化法 采用非磁场退火，在合适的退火温度和时间范围内，使之部分晶化，也可以获得 恒导磁磁化曲线。m a j o r 等人【2 0 l 在1 9 8 4 年对f e 7 75 s 沁b 1 3 非晶进行了4 2 5 5 5 0 。c 长时 间退火后得到了不同恒导磁场范围、有高贮能密度、低损耗的非晶电感铁芯。这种方 法李志华等人【2 q 在f j 一3 0 1 ( f e s i b c ) $ f j 一3 0 2 ( f e s i b ) 非晶合金中也实现了。其工艺简单， 无须浸漆、开口，热处理过程无须加磁场，通过调节热处理温度和时间可以获