（材料加工工程专业论文）fesib非晶态合金结构演变及其流变行为的研究.pdf

山东大学博士学位论文- - f e s i b 非晶态合金结构演变及其流变行为的研究 摘要 本文利用x 射线衍射仪( x r d ) 、差示扫描量热仪( d s c ) 、热膨胀仪( d i l ) 、 扫描电镜( s e m ) 、透射电镜( t e m ) 、电阻测量仪、拉伸流变测量装置和显微硬度 测定仪等仪器，较为系统地研究了f e s i b 非晶态合金从淬态非晶到晶化态的结 构演变过程，主要内容包括：f e 7 8 s i 9 8 1 3 非晶态合金低温结构弛豫及其性能变化； 高温退火中f e s i b 非晶态合金的拉伸流变、热膨胀行为和结构转变；f e s i b 合 金初晶晶化收缩；f e s i b 合金从淬态非晶到晶化态的结构演化过程。 在本课题中，对典型的f e 基非晶态合金f e 7 8 s i 9 8 1 3 条带进行了系统的低温等 温退火，对淬态和退火的合金条带进行了弯曲实验、显微硬度及电阻率的测量、 s e m 断口观察和x r d 结构检测。研究发现：f e 7 8 s i 9 8 1 3 非晶态合金条带在退火的 初期阶段被测试样的电阻率呈现一定规律的波动，其波动的趋势与显微硬度值吻 合得很好。分析认为电阻率p ，。的波动源自于f e 7 8 s i 9 8 1 3 非晶态合金有序度的变化； 在2 0 0 3 0 0 退火1 5 分钟到15 小时期间，检测到进一步有序化的f e 3 s i 和f e s i 结构。f e s i 的形成时间与合金的韧一脆转变的临界时间非常接近，意味着f e s i 的 形成与合金的韧脆转变之间存有密切的关系，f e s i 结构的形成在f e 7 8 s i 9 8 1 3 非晶 合金韧一脆转变中起着关键的作用，其形成和消失使该合金从一个非晶状态转变为 另一不同的非晶状态。 在高温退火中，f e s i b 非晶态合金将会发生更为复杂的、更大程度的结构变 化，因为非晶态合金中原子的活动能力更强，同时合金要通过玻璃转变和面临晶 化。所以，与原子活动能力密切相关的粘度和热膨胀变化更加明显。在本文中， 对f e 7 8 s i 9 8 1 3 非晶态合金条带进行了不同升温速度连续加热的拉伸流变和热膨胀 测量，发现在4 3 0 合金发生一个非常明显的结构转变。经过原位x r d 检测，分 析认为：该转变是a f e ( s i ) 的形核过程。同时，实验还表明：f e 7 s s i 9 8 1 3 非晶态的 合金包括低温下的结构弛豫、磁致收缩、高温结构转变以及晶化可由其流变行为 和热膨胀很好地反映出来：拉应力促进了合金的晶化；f e 7 8 s i 9 8 1 3 和 f 。7 35 n b 3 c “l s i l 3 5 8 9 非晶态合金的拉伸流变随拉伸载荷的加大而加大；合金的粘度 特别是在结构转变时粘度随加热速度的增加而明显降低；退火将会减少非晶态合 金内部的自由体积，使合金的粘度增加，导致定载荷下的拉伸流变减小； f e 7 35 n b 3 c u l s h 5 8 9 非晶态合金在晶化时的粘度比f e 7 8 s i 9 8 1 3 非晶态合金的低。 在合金晶化时，尽管f e s i b 合金的最终稳定相为a f e ( s i ) + f e 2 b ，但 f e 7 35 n b 3 c u l s i l 35 8 9 和f e 7 8 s i 9 8 1 3 非晶态合金的初晶的晶化机制却有较大的不同。 在本文中，分别采用了d i l 和d s c 方法分析测试了f e 7 35 n b 3 c u s 垴5 8 9 和 摘要 f e 7 8 s i 9 8 1 3 非晶态合金初晶晶化收缩值和晶化温度范围，并使用x r d 和t e m 对以 不同速度连续加热退火的f e 7 3 s n b 3 c u l s i l 35 8 9 纳米晶合金的晶粒进行了检测观察。 依据c u 对a f e 形核的促进作用和n b 对q f e 生长的阻碍作用，讨论了 f e 7 35 n b 3 c u i s i l 35 8 9 非晶态合金的初晶晶化收缩和其晶化温度范围，对 f e 7 35 n b 3 c u l s i l 35 8 9 非晶态合金初晶晶化收缩的特殊表现从机理上进行了分析。认 为：随着加热速度的提高，c u 对f e 7 35 n b 3 c u l s i l 35 8 9 纳米晶合金中的0 c f e 晶粒的 细化作用降低，a f e 晶粒尺寸增大，由于大晶粒的晶体的晶界所占比例少，从而 使得该合金的初晶晶化收缩值增加：n b 对o f - f e 晶粒生长的阻滞作用延长了 f 。7 35 n b 3 c u l s i 】35 8 9 非晶态合金的初晶晶化时间，从而使得f e 7 35 n b 3 c u j s i l 35 8 9 非 晶态合金的初晶晶化收缩系数比f e 7 8 s i 9 8 1 3 非晶态合金的小得多；随着加热速度的 提高，c u 和n b 对f e 7 35 n b 3 c u l s i l 35 8 9 非晶态合金的初晶晶化的综合影响导致了 该合金初晶晶化收缩系数随着加热速度的提高而增加。 基于本文对f e 7 8 s i 9 8 1 3 非晶态合金在退火中结构变化的研究以及其他人的 f e s i b 合金非晶态和晶态结构的研究结果，得出了f e - s i b 非晶态合金从淬态非 晶到晶化态的结构演化过程：( 1 ) 淬态结构：a j 区( f e 4 b 团簇) + a 2 区( f e s i 簇 问层：f e 3 s i 团簇+ f e s i 团簇) 。( 2 ) 低温退火时：结构最不稳定的f e 3 s i 团簇首先 有序化，一些邻近的f e 3 s i 团簇合并为较大的f e 3 s i 团簇；随着退火的进行，次稳 定f e s i 团簇有序化程度加大，成为较大的有序化的f e s i 团簇，同时，f e 3 s i 团簇 这一高温淬态的产物在低温下不稳定，从而分解为f e s i 团簇和f e 原子；随着退 火的进一步进行，f e 4 b 团簇逐渐变得不稳定，向f e 2 3 & 方向发展，分解出f e 原 子贡献给a 2 区。此时，有序化的f e s i 团簇( 高s i 区的结构) ，在富f e 的a 2 区 难以稳定留存，逐渐分解掉。( 3 ) 高温退火时：随着退火温度的提高，合金中的 原子扩散能力增强。此时合金中的所有结构均向着合金的稳定态方向发展。由于 初晶相a f e 在形成初期含s i 量低，此前必然有一个f e 和s i 原子相互分离，并富 集的过程，形成富f e 、富s i 和富b 微区。在此期间，f e b 团簇继续分解出f e 原子，a l 区和a 2 区此时已经变得不明显或不存在。当f e 原子富集到一定程度， 在富f e 区便开始了0 【一f e 的形核过程。( 4 ) 合金的晶化：o 【f e 的形核初期，s i 含 量较低，随着0 【f e 的长大s i 含量逐渐提高，最终达到2 0 a t 左右。在初晶的同 时，富b 微区的f e 含量继续降低，b 进一步富集。当达到了共晶的条件，初晶相 之外的区域开始共晶反应，首先生成o 【f e ( s i ) + f e 3 b ，然后转化成口一f e ( s i ) + f e 2 b 。 最终形成稳定的晶体结构：初晶相旺- f e ( s i ) 和共晶相a f e ( s i ) + f e 2 b 。 关键词：非晶态合金，结构弛豫，韧脆转变，x 射线衍射，拉伸流变 i l 山东大学博士学位论文- - f e s i b 非晶态合金结构演变及其流变行为的研究 a b s t r a c t t h es t r u c t u r a le v o l u t i o np r o c e s so ff e s i ba l l o yf r o ma m o r p h o u ss t a t et oc r y s t a l l i n e s t a t eh a sb e e ni n v e s t i g a t e d s y s t e m a t i c a l l yu s i n gx r d ，d s c ，d i l ，s e m ，t e m ， e l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yt e s t e r , t e n s i l es t r e s sa n n e a l i n ga p p a r a t u sa n dm i c r o h a r d n c s st e s t e r t h i sp a p e re m p h a s i z e so nt h er e l a x a t i o na n dp r o p e r t i e so fa m o r p h o u sf e 7 8 s i 9 8 1 3a l l o y d u r i n gl o wt e m p e r a t u r ea n n e a l i n g ；t h et e n s i l ef l o w , t h e r m a le x p a n s i o nb e h a v i o ra n d s t r u c t u r a lt r a n s i t i o nd u r i n g h i g h e rt e m p e r a t u r ea n n e a l i n g ；t h ep r i m a r yc r y s t a l l i z a t i o n c o n t r a c t i o na n dt h es t r l l c n 蒯e v o l u t i o np r o c e s so fa m o r p h o u sf e s i ba l l o y s a sat y p i c a lo n eo ff e b a s e da m 。o r p h o u sa l l o y , a m o r p h o u sf e t s s i 9 8 1 3a l l o yw a s a n n e a l e ds y s t e m a t i c a l l ya tl o wt e m p e r a t u r ei np r e s e n tr e s e a r c h n l et e s t so fb e n d ，h v ， e l e c t r i c a lr e s i s t i v i t y , s e ma n dx r do nt h ea s q u e n c h e da n da n n e a l e dr i b b o n sw e r e p e r f o r m e dr e s p e c t i v e l y t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ee l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yo fa m o r p h o u s f e 7 s s i g b l 3a l l o yr i b b o na n n e a l e dd u r i n ge a r l y s t a g ef l u c t u a t e sr e g u l a r l ya n dt h e f l u c t u a t i o nt e n d e n c ya c c o r d sw i t ht h a to fh a r d n e s s b a s e do nt h ea n a l y s i s ，t h e f l u c t u a t i o ni s o r i g i n a t e df r o m t h ec h a n g eo fo r d e r i n gd e g r e ei nt h ea l l o y ；d u r i n g a n n e a l i n ga t2 0 0 0 ct o3 0 0 0 cf o rl5 m i n u t e st o15h o u r s t h e r ea p p e a ro r d e r e df e 3 s ia n d f e s is t r u c t u r e s t h et i m eo ff o r m a t i o no ff e s is t n l c t m si sv e r yc l o s et ot h ec r i t i c a l t i m eo fd u c t i l e - b r i t t l et r a n s i t i o n ，w h i c hm e a n st h a tt h e r ee x i s t sac l o s er e l a t i o nb e t w e e n t h ef o r m a t i o no ff e s is t r u c n l r e sa n dd u c t i l e b r i t t l et r a n s i t i o n ；t h ef o r m a t i o no ff e s i s t r u c t u r e sp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h et r a n s i t i o na n dm a k e st h ea l l o yb e c o m ea n o t h e r a m o r p h o u ss t a t e d u r i n gh i g h e rt e m p e r a t u r ea n n e a l i n g ，t h e r e o c c u rm o r ec o m p l e xa n ds e v e r e s t r u c t u r a lc h a n g e si na m o r p h o u sf e s i ba l l o yd u et ot h es t r o n g e rm o v a b i l i t yo fa t o m s i na m o r p h o u sa l l o y s m e a n w h i l e ，t h ea l l o yw i l lg ot h r o u g ht h eg l a s st r a n s i t i o na n di s f a c e dw i t hc r y s t a l l i z a t i o n ，s ot h a t ；t h ec h a n g e so fv i s c o s i t ya n dt h e r m a le x p a n s i o n b e c o m er e m a r k a b l es i n c et h e ya r es e n s i t i v et ot h ea t o mm o v a b i l i t y i np r e s e n tr e s e a r c h ， t h et e s t so ft e n s i l ef l o wa n dt h e r m a le x p a n s i o no nt h ea m o r p h o u sf e 7 s s i 9 b i 3a l l o y r i b b o nw e r ep e r f o r m e dd u r i n gc o n t i n u o u sh e a t i n g p r o c e s sw i t hd i f f e r e n th e a t i n gr a t e s t h er e s u l t ss h o wt l l a tt h e r eo c c u r sar e m a r k a b l es t n l c t u r a lt r a n s i t i o n u s i n gt h ei n s i t u x r d t h et r a n s i t i o nw a sd e t e r m i n e da sn u c l e a t i o no f0 【一f e t h er e s u l t sa l s os h o wt h a tt h es t r u c t u r a lt r a n s i t i o na n dc r y s t a l l i z a t i o na sw e l la s r e l a x a t i o na n dt h es p o n t a n e o u sv o l u m em a g n e t o s t r i c t i o n a tl o w t e m p e r a t u r e a r e i i i a b s t r a c t r e f l e c t e db yi t sf l o wa n dt h e r m a le x p a n s i o nb e h a v i o r s ；t e n s i l es t r e s sp r o m o t e st h e c r y s t a l l i z a t i o no f t h ea l l o y ；t h ev a l u e so f t e n s i l ef l o wo f t h ea l l o yr i b b o n si n c r e a s ew i t h i n c r e a s i n gt e n s i l es t r e s s ；t h ev i s c o s i t i e so ft h ea l l o y s ，e s p e c i a l l yd u r i n gt h es t r u c t u r a l t r a n s i t i o n ，d e c r e a s eo b v i o u s l yw i t hi n c r e a s i n gh e a t i n gr a t e ；a n n e a l i n gc a nr e d u c et h e f r e ev o l u m ei nt h ea m o r p h o u sa l l o y sa n di n c r e a s et h ev i s c o s i t yo ft h ea l l o y sa n d ， t h e r e f o r e ，r e s u l ti nt h ed e c r e a s et h ev a l u eo ft e n s i l ef l o w ；d u r i n gc r y s t a l l i z a t i o n ，t h e v i s c o s i t yo fa m o r p h o u sf e 7 35 n b 3 c u l s i l 35 8 9a l l o yi sl o w e rt h a nt h a to fa m o r p h o u s f e 7 s s i 9 b i 3a l l o y a l t h o u g ht h ef i n a ls t a b l ep h a s e s0 【一f e ( s i ) + f e 2 bo fa m o r p h o u sf e - s i ba l l o y sa r et h e s a m e ( a f e ( s i ) + f e 2 b ) ，t h e r e i sad i f f e r e n c eb e t w e e np r i m a r y c r y s t a l l i z a t i o n m e c h a n i s mo fa m o r p h o u sf e 7 35 n b 3 c u i s i l 35 8 9a n df e 7 s s i g b l 3a l l o y s i n p r e s e n t r e s e a r c h ，d i ba n dd s cw e r ee m p l o y e dr e s p e c t i v e l yt od e t e r m i n et h ec o n t r a c t i o nv a l u e a n dt e m p e r a t u r er a n g eo fp r i m a r yc r y s t a l l i z a t i o no fa m o r p h o u sf e 7 35 n b 3 c u i s i l 35 8 9 a n df e 7 s s i 9 8 1 3a l l o y s m o r e o v e r , s t r u c t u r e so fa m o r p h o u sf e 7 35 n b 3 c u t s i j 35 8 9a l l o y r i b b o n sa n n e a l e dw i md i f f e r e n th e a t i n gr a t e sw e r ed e t e c t e du s i n gx r da n dt e m a c c o r d i n gt ot h ee f f e c t so fc ua n dn bo nt h ep r i m a r yc r y s t a l l i z a t i o n ，t h ec o n t r a c t i o n v a l u e sa n dt e m p e r a t u r er a n g e so fp r i m a r yc r y s t a l l i z a t i o no ft h ea l l o y sw e r ed i s c u s s e d i ti sc o n c l u d e dt h a tw i t hi n c r e a s i n gh e a t i n gr a t et h er e f i n i n ge f f e c to fc uo no t - f eg r a i n s r e d u c e sa n dt h es i z eo fa f eg r a i n si n c r e a s e sa n d ，t h e r e f o r e ，t h ev a l u eo fp r i m a r y c r y s t a l l i z a t i o nc o n t r a c t i o no ft h ea l l o yi n c r e a s e sd u et ot h es m a l l e rv o l u m ef r a c t i o no f g r a i nb o u n d a r yf o rb i g g e rg r a i nc r y s t a l ；b e c a u s et h ee f f e c to fn bo nr e s t r i c t i n gt h e g r o w t ho fa - f ep r o l o n g st h ep r i m a r yc r y s t a l l i z a t i o n ，t h e c o e f f i c i e n to fp r i m a r y c r y s t a l l i z a t i o nc o n t r a c t i o no fa m o r p h o u sf e 7 35 n b 3 c u l s i l 3 5 8 9a l l o yi sm u c hl e s st h a n t h a to fa m o r p h o u sf e t s s i g b l 3a l l o y ；t h ec o m b i n i n ge f f e c to fc ua n dn bo nt h ep r i m a r y c r y s t a l l i z a t i o no ft h ea l l o yr e s u l t s i nt h ed e c l i n eo ft h ec o e f f i c i e n to fp r i m a r y c r y s t a l l i z a t i o nc o n t r a c t i o no fa m o r p h o u sf e 7 3s n b 3 c u l s i l 35 8 9a l l o y 谢t 1 1i n c r e a s i n g h e a t i n gr a t e a c c o r d i n gt ot h er e s u l t so fr e s e a r c ho nt h es t r u c t u r a le v o l u t i o nd u r i n ga n n e a l i n g p r o c e s si nt h i sp a p e ra n d t h ek n o w na m o r p h o u sa n dc r y s t a l l i n es t r u c t u r e s ，t h es t r u c t u r a l e v o l u t i o np r o c e s so f a m o r p h o u sf e s i ba l l o y si sc o n c l u d e da sb e l o w ：( 1 ) a s q u e n c h e d a l l o y ：a ir e g i o n s ( f e 4 bc l u s t e r s ) + a 2r e g i o n s ( f e s ii n t e r c l u s t e r l a y e r ：f e 3 s ic l u s t e r s + f e s ic l u s t e r s ) ；( 2 ) d u r i n gl o wt e m p e r a t u r ea n n e a l i n g ：t h em o s tu n s t a b l ef e 3 s ic l u s t e r s o r d e rf i r s t l y ，t h e n ，f e s ic l u s t e r so r d e rn e x t ，s ot h a ts o m eo fa d j a c e n tf e 3 s i ( i n i t i a i ) c l u s t e r s a n ds o m eo fa d j a c e n tf e s i ( i n i b a l lc l u s t e r si nt h ea 2r e g i o n sm a ym e r g er e s p e c t i v e l yi n t o b i go n e s ，f e 3 s i ( o r d c d ) a n df e s i ( o r d c r e d ) c l u s t e r s ；a sa n n e a l i n gc a r r y i n go u t ，f e 3 s ic l u s t e r s ， v 山东大学博士学位论文- - f e s i b 非晶态合金结构演变及其流变行为的研究 w h i c ha r ep r o d u c t sa th i g ht e m p e r a t u r e ，b e c o m eu n s t a b l ea n dd e c o m p o s ei n t of e s i c l u s t e r sa n df ea t o m s ；a tl a s t ，f e 4 bc l u s t e r sb e g i nt od e c o m p o s ei n t of e 2 3 8 6c l u s t e r s a n dd e v o t ef ea t o m st oa 2r e g i o n s m e a n w h i l e ，f e s i ( o r d e r e d lc l u s t e r sd e c o m p o s e g r a d u a l l yb e c a u s e t h ec o n c e n t r a t i o no f f eb e c o m e sh i 【曲e r ；( 3 ) d u r i n g h i g h e r t e m p e r a t u r ea n n e a l i n g ：t h ed i f f u s i n ga b i l i t yo fa t o m si nt h ea l l o yb e c o m e ss t r o n g e ra n d a l lk i n d so fc l u s t e r si nt h ea l l o yt e n dt ob es t a b l es t a t e s ；s i n c et h ec o n c e n t r a t i o no fs ia t e a r l ys t a g eo ff o r m a t i o no fp r i m a r yp h a s e - f ei sl o w e r , i ti sd e d u c e dt h a tt h e r em u s t e x i s tp r o c e s s e so fs e p a r a t i n go ff ea n ds ia n de n r i c h i n go f t h e mr e s p e c t i v e l y , t h e r e f o r e ， t h ef e ，s ia n dbe n r i c h e dl o c a lr e g i o n sf o r mi nt h ea n n e a l e da l l o y ；( 4 ) d u r i n g c r y s t a l l i z a t i o n ：a te a r l ys t a g eo ff o r m a t i o no fo t f e ，t h ec o n c e n t r a t i o no fs i i nc t - f ei s l o w e r ；a s 仪一f eg r a i n sg r o w , t h ec o n c e n t r a t i o no fs ii n c r e a s e sa n dc o m e su pt oa b o u t2 0 a to f r o ；a tt h es a m et i m eo fp r i m a r yc r y s t a l l i z a t i o n ，i nt h ebe n r i c h e dl o c a lr e g i o n s ，b e n r i c h e sf u r t h e r ；t h e nt h ee u t e c t i cc r y s t a l l i z a t i o no c c u r s ，p r o d u c e so t f e ( s i ) + f e 3 ba n d ， t h e n ，c h a n g e si n t o0 【一f e ( s i ) + f e 2 b ；a ss u c h ，t h es t a b l es t r u c t u r eo ff e s i ba l l o yi s t h e f o l l o w i n g s ：p r i m a r yp h a s e ( o 【- f e ( s i ) ) + e u t e c t i cp h a s e s ( d f e ( s i ) + f e 2 b ) k e y w o r d s ：a m o r p h o u sa l l o y ；s t r u c t u r a lr e l a x a t i o n ；d u c t i l e b r i t t l et r a n s i t i o n ；x r a y d i f f r a c t i o n ；t e n s i l ef l o w v 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名牲日期：z 0 0 6 f 增 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：牧导师签名 日期： 本文的创新和主要贡献 本文的创新和主要贡献 1 发现f e 7 8 s i 9 8 1 3 非晶态合金在低温退火中出现了进一步有序化的f e s i ( f e l s i 和f e s i ) 结构。f e s i 结构的形成导致了f e 7 8 s i 9 8 1 3 非晶态合金韧脆转变，它 的形成和消失使该合金从一个非晶状态转变为另一不同的非晶状态。 2 f e 7 8 s i 9 8 1 3 非晶态合金在连续加热退火中，于4 3 0 处发生了一个结构转变 ( o r , 一f e ( s i ) 形核的过程) 。发现该结构转变引起了合金粘度、热膨胀系数的明显 变化。 3 发现f e 7 35 n b 3 c u l s i l 3 5 8 9 非晶态合金在初晶晶化中表现出不同于普通f e s i b 非晶态合金的收缩行为。随着加热速度的提高，f e 7 35 n b 3 c u l s h 5 8 9 非晶态合 金的收缩系数随着加热速度的提高而增加，该现象与普通f e s i b 非晶态合金 的表现恰恰相反。 v i 山东大学博士学位论文- - f e s i b 非晶态含金结构演变及其流变行为的研究 第一章绪论 1 1 选题意义 具有液体原子排列的固体合金称为金属玻璃或非晶态金属合金。它们不具有 长程原子有序的结构。从各种性能特征显示出多数非晶态金属合金中存在有最近 邻或局域的原子有序短程有序。 这种非晶态结构导致了独特的磁学、力学、电学、耐腐蚀等性能。所以，非 晶态金属合金在国内外受到了越来越广泛的重视，一直吸引着众多领域的科研人 员从基础科学和应用科学的各个角度进行全面的研究。这不仅是因为揭示非晶态 固体的物理本质具有重大的科学意义，更是因为非晶态合金具有巨大的应用前景。 此外，非晶态合金的制备工艺相对简单、生产周期短，也是非晶态合金迅速发展 的原因之一。 人们相继开发出f e 基【l ，2 ，3 】、c o 基【4 ，5 】、n i 基【6 ，7 、z r 基 8 ，9 】、 a l 基 1 0 ，1 1 、c u 基 1 2 ，13 】、m g 基 1 4 ，1 5 】、稀土基 1 6 ，1 7 ，1 8 】等非晶态金 属合金，而且，不断有新的非晶态金属合金研究出来 1 9 ，2 0 ，2 1 】。 在众多的非晶态金属合金中，f e 基非晶态合金目前应用最为成功，工业用量 也最多。f e 基非晶态合金可作为高抗蚀材料，例如f e c r - p - c 、f e c r - n i p - c 、 f e 4 5 c r 2 5 m o l o p l 3 c 7 等非晶态合金，其中f e 4 5 c r 2 5 m o l o p l 3 c 7 非晶态合金的抗蚀性仅 次于贵金属t a 2 2 1 。f e 基非晶态合金的力学性能也非常优秀，例如，f e s 0 8 2 0 、 f e g o z r l o 、f e 6 2 c r l 2 m 0 8 c 1 8 、f e 8 0 p 1 3 c 7 等【2 3 非晶态合金，其抗拉强度远大于晶态的 钢琴钢丝琴弦。特别是f e 基非晶态合金具有优良的磁学性能，在电力、电子工业 中得到了广泛的应用，其世界年产量已超过几十万吨，因其独特的磁学性能而能 大幅度地降低能耗，从而产生了巨大的经济和社会效益。因此，对f e 基非晶态合 金的研究一直是国内外科技工程界的一项非常受关注的课题。 在用于磁学领域的f e 基非晶态合金中，有f e b 2 4 】、f e z r - b 2 5 】、 f e n i p - b 2 6 】、f e c o n i z r - b 2 7 】、f e b s i 2 8 】、f e - b p 2 9 、f e b - s i c 3 0 】、 f e c o b s i 3 1 等。其中，最为重要的是f e s i b 系列合金，它们矫顽力低、磁导 率高、成本低、加工性能好：电阻率是硅钢片的三倍左右，而铁损仅为取向硅钢 片的四分之一，为无取向硅钢片的十分之一。另外，激磁功率一般仅为取向硅钢 l 第一章绪论 片的十分之一甚至更低，因而对于节能降耗具有相当大的意义。由于电阻率高， 在高频场合下应用，同硅钢片相比其优越性更明显。因此，f e s i b 非晶态合金成 为最为重要的f e 基非晶态合金，在国内外倍受重视，得到了广泛深入的研究。 现在人们已经知道，f e s i b 非晶态舍金有两部分组成，即含有f e b 的a 1 区( 类固区) 和含有f e s i 的a 2 区( 类液区) f 3 2 ；f e s i b 非晶态合金晶化后的 产物为a f e ( s i ) + f e 2 b 【3 3 ，3 4 ，3 5 。由于f e s i b 非晶态合金与其晶化后的产物 从结构上来讲具有很大的不同，随着结构的弛豫，该合金从非晶态到晶态的过渡 必然是一个逐渐的结构演化过程。为了获得最佳的磁学性能，必须对f e s i b 非 晶态合金进行退火处理，而退火处理又使得该合金脆化，限制了合金的应用。所 以，为了明了这些性能的变化，首先要弄清f e s i b 非晶态合金结构的变化。但 是，到目前为止，人们还不清楚在退火过程中f e s i b 非晶态合金究竟出现了什 么样的结构变化或者说合金结构从淬态非晶到晶化态的演化到底是一个什么样的 过程( 即：a l + a 2 一? 一? 一a f e + f e 2 b ) 。因此，弄清f e s i b 非晶态合金从淬态非 晶到晶化态结构演化，无论对f e s i b 非晶态合金的理论研究还是对其工程应用 都具有非常重要的意义。 1 2f e - s i b 非晶态合金发展历史概述 f e 基是最早开发的非晶态合金之一。1 9 6 7 年d u w e z 1 率先开发出f e p c 系 非晶软磁合金，引起了人们对非晶态合金的极大关注。1 9 7 9 年美国a l l i e ds i g n a l 公司开发出非晶态合金宽带的平面流铸带技术，并于1 9 8 2 年建成非晶态合金带材 生产厂，先后推出了命名为m e t g l a s 的f e 基( 主要包括f e s i b 非晶态合金) 、c o 基和n i 基系列非晶态合金带材，开始了非晶态合金的产业化和商业化。1 9 8 4 年 美国四个变压器厂家在i e e e 会议上展示了实用的配电变压器，标志着非晶态合 金的成功应用开发。这一段时间，美国主要研究和开发非晶态合金带材的大规模 生产和节能配电变压器的推广应用。到1 9 8 9 年，美国a l l i e ds i g n a l 公司已经具有 年产6 万吨非晶态合金带材的生产能力，全世界约有1 0 0 万台配电变压器投入运 行，所用f e 基非晶态合金带材几乎全部来源于该公司。日本等国在非晶态合金应 用于电力、电子元件方面形成了自己的优势。 19 8 8 年y a s h i z a w a 等人【2 在f e s i - b 非晶态合金的基础上通过添加c u 、n b 山东大学博士学位论 - - f e - s i b 非晶态合金结构演变及其流变行为的研究 元素研制开发出了纳米晶软磁合金( f i n e m e t ) 。此类合金的突出优点在于兼备了 f e 基非晶态合金的高磁感和c o 基非晶态合金的高磁导率、低损耗，并且成本低 廉。因此，f e 基纳米晶合金的发明是软磁性材料的一个突破性进展，从而把非晶 态合金的研究开发又推向一个新的阶段，直到今天仍然受到了世界各国材料学家 的深入研究 3 6 ，3 7 ，3 8 】。在非晶态合金的产业化发展中，非晶纳米晶合金带材 及其铁心制品一直是主流，非晶态合金丝材的研究开发和产业化也在同时进行。 非晶态合金研究和开发在国内也受到了重视，国家科技部从“六五”开始将 非晶、纳米晶合金的研究开发和产业化列为重大科技攻关项目，并取得了一系列 的重大成果，例如，“七五”期间建成百吨级非晶态合金带材中试生产线，带材宽 度达到l o o m m ，“八五”期间突破非晶态合金带材在线自动卷取技术，“九五”期 间，建成了国家非晶微晶合金工程技术研究中心，建成了千吨级f e 基非晶态合金 带材生产线( 生产工艺流程见图1