（材料学专业论文）fecobsinb系软磁块体非晶合金的形成及性能研究.pdf

摘要 摘要 本文采用铜模吸铸工艺成功制备了一系列的f e c o b s i n b 系块体非晶合金， 并采用x 射线衍射仪( x r d ) 、示差扫描量热分析仪( d s c ) 、样品振动磁强计( v s m ) 测试【( f e l x c o x ) o7 2 b o1 9 2 s i o0 4 8 n b 00 4 】9 8 d y 2 和 ( f e l ) c c o x ) o7 2 b o1 9 2 s i 00 4 8 n b o0 4 】9 8 t b 2 块体非晶合金的结构、热学性能和软磁性能。分析了稀土元素d y ，t b 以及不同 f e c o 比例对f e c o b s 讲b 系合金玻璃形成能力、热力学稳定性及软磁性能的影 响。主要得到了以下的研究结果： ( 1 ) ( f e o5 c o o5 ) 7 2 8 1 9 2 s i 48 n b 4 合会可制得巾2 m m 的非晶棒；当添加元素2 a t 的d y 和t b 后，可制得中3 m m 的【( f e o5 c o o5 ) 7 2 8 1 92 s i 4 8 n b 4 】9 8 ( d y ，t b ) 2 非晶合金棒： ( 2 ) ( f e l 婶o x ) o7 2 b o1 9 2 s i 00 4 8 n b 0 0 4 9 8 吼合会的非晶形成能力随f e 含量的 增大而下降，当f e c o 比例增加到9 ：l 时，中2 m m 的合金中出现晶态相；而中2 i n m 的 ( f e l x c o x ) o7 2 b o l 9 2 s i 00 4 8 n b 0 0 4 】9 8 t b 2 合金中在f e ，c o 比例为8 ：2 时，就出现了 晶态相，可见，d y 比t b 更有利于提高合金的玻璃形成能力； ( 3 ) ( f e o5 c o o5 ) 7 2 8 1 92 s i 4 8 n b 4 非晶合金的玻璃转变温度t g = 5 6 2 ，晶化温 度t x = 6 2 7 ，过冷液相区t x = 6 5 ；加入2 a t d y 后，中3 i 砌的 【( f e o5 c o o5 ) o7 2 8 0 1 9 2 s i 00 4 8 n b o0 4 】9 8 d y 2 非晶合金的t x 提高到7 8 ；加入2 a t t b 后，中3 m m 的 ( f e 05 c o o5 ) o7 2 b o l 9 2 s i 00 4 8 n b 00 4 】9 8 1 b 非晶合金的t x 提高到7 2 ； ( 4 ) 【( f e l - x c o x ) 。7 2 b o l 9 2 s i o0 4 8 n b o0 4 】9 8 d y 2 块体非金合金中，当f e ，c o 比例从 5 ：5 提高到8 ：2 时，t x 由7 8 下降到5 1 ；【( f e l c o x ) o7 2 b o l 9 2 s i 0 叫8 n b o0 4 9 8 t b 2 块体非金合金中，当f e c o 比例从5 ：5 提高到与7 ：3 时，t x 由7 2 下降到6 2 ； ( 5 ) 巾2 m m 的( f e o5 c o o5 ) 7 2 8 1 92 s i 4 8 n b 4 非晶合金的饱和磁化强度m s = 7 7 4 7 e m u g ；当加入2 a t d y 后，巾3 m m 的【( f e 05 c o o5 ) o7 2 b o l 9 2 s i 00 4 8 n b o0 4 】9 8 d y 2 的m s 为5 3 5 1 e m “g ；当加入2 a t t b 后， 口e o5 c o o5 ) o7 2 8 0 1 9 2 s i 00 4 8 n b o0 4 】9 8 t b 2 的m s 为6 2 3 4 e m t l g ； ( 6 ) 在 ( f e l 。( c o x ) o7 2 b o1 9 2 s i 00 4 i n b o0 4 】9 8 d y 2 非晶合金中，当f e c o 比例从 5 ：5 增加到8 ：2 时，m s 由5 3 5 1 e m u g 增大到8 1 4 7 e 删垤，而存在晶态相中2 m m 的 ( f e o9 c o o1 ) o7 2 b o1 9 2 s i 00 4 8 n b o0 4 】9 8 d y 2 合金的 m s为 1 0 4 2 3 e m u ，g ； 当 【( f c l x c o x ) o7 2 8 0 1 9 2 s i 00 4 8 n b o0 4 】9 8 t b 2 非晶合金的f e c o 比例从5 ：5 增加到7 ：3 时， 童三些奎兰三兰堡圭篁兰 m s 从 6 2 3 4 e m “g增大到7 8 f 3 0 e m “g ，而部分晶化的 【( f e o8 c o o2 ) o7 2 8 0 1 9 2 s i 00 4 8 n b o0 4 】9 8 t b 2 合金的m s 为8 2 6 6 e m “g 。 关键词：f e c o b s 矾b 合金；块体非晶合金；微量稀土添加；热稳定性；软磁性 能 i l a b s t r a c t m u l t i c o i i 】p o n e mb u l l ( f e c o b s n b r e ( r c = d y ，t b ) b u l ka i n o r p h o u sa l l o y sw e r e p r e p a r e db ym e a n so fc o p p e r - m o l d c u u ms u c t i o nc a s t i n 晷t h eg h s sf o r m i i l ga b i l i t y ( g f a ) ，t h e r m a ls t a b i l i t ya n d s o nm a g n a t i cp r o p e r t i e so f t h e s ca l l o y sw e r ei 1 1 v e s t i g a t e d b yd i 髓r e m i a ls c a 珊【i i l gc a l o r 曲e t e r ( d s c ) ，x - r a yd i 贽a c t i o n ( x r d ) a 1 1 dv i b r a t 堍 s a i n p l em a g n e t o m e t e r ( v s m ) t h em i i lr e s u l t so b t a i n e da r es u n u n a r i z e da sf o l l o w s 1 ) ( f e o5 c o o5 ) 7 2 b 【92 s i 48 n b 4a n l o r p h o u sa 1 1 0 yr o dw n h ad i a m e t e ro f 2 m mh a v e b e e n p r e p a r e d a f 【e ra d d i n g2 a t d y a n dt b ，t h e 胧i ) c i 枷md i 锄e t e rf o r ( f e o5 c o o5 ) o7 2 b o1 9 2 s i o0 4 8 n b o0 4 】9 8 r e 2 锄o r p h o u sa u o yr o d si s3 m m 2 1a st h ec o m e n to f 的ne l e f n e n ti n c r e a s e s ，t h eg f ao f ( f e l - x c o x ) o7 2 b o1 9 2 s i 00 4 8 n b 00 4 】9 8 d y 2a l l o yw i l ld e c r e a s e w h e nt h er a t i oo fi r o na n dc o b a l t ( f e c o ) i 1 1 c r e a s e s 丘o m5 ：5t o9 ：l ，s o m e 砌o u n to f c r y s t a lp l l a s ew i u 印p e a r 血t h ca l l o yw i t ha d i a m e t e ro f2 m m i n ( f e l x c o x ) o7 2 b o1 9 2 s i 00 4 i n b oo 钥9 8 1 b 2a l l 0y ，w h e nt h er a t i oo ff e a n dc oi s8 ：2 ，c r y s t a lp l l a s ew i l lo c c u 3 ) t 1 】eg l a s st r a l l s i t i o nt e m p e r a t l l r e ( t 曲，t h eo n s e tt e m p e r a t u r eo fc r ) r s t a l l i z a t i o n ( t x ) a n dt h es u p e r c o o l e dl i q u i dr e g i o n ( t x )f o r ( f c 05 c o o5 ) 7 2 8 1 92 s i 4i n b 4b u l k 咖o i p h o u sa 1 1 0 ya r e5 7 4 ，6 2 7 a n d6 5 ，r e s p e c t i v e l ya f 【e ra d d i n g2 a t d y a n d t b t xf o rt h e ( f e o5 c o o5 ) o7 2 b o1 9 2 s i 00 4 8 n b o 叫9 8 d ) ，2 a n d 【( f e o5 c o o5 ) o7 2 b o1 9 2 s i 00 4 8 n b o0 4 】9 8 t b 2b u l ka m o r p h o u sa l l o y i s7 8 a n d7 2 ， r e s p e c t i v e l y 4 ) i nt h e ( f e l ) ( c o x ) o7 2 b o1 9 2 s i o0 4 8 n b 00 4 9 8 d y 2b u l ka m o r p h o l l sa 1 1 0 y s ，w h e n f e c or a t i oi n c r e a s e s 行o m5 ：5t o8 ：2 ，t h c t xd r o p 丘o m7 8 t o5 1 s i l i l a r l y t h e t xf o r 【( f e l x c o x ) o7 2 b o1 9 2 s i o0 4 8 n b 0 踟9 8 t b 2b u 憧a r n o r p h o u sa l l o y sd r o p s 疗o m7 2 t o6 2 w h e nt h ef e c or a t i 0i n c r e a s e s 疗o m5 ：5t o7 ：3 5 ) t h em a g n e t i z a t i o ni n t e l l s i t y ( m s ) o f t h e ( f e o5 c o o5 ) 7 2 8 1 92 s i 48 n b 4a l l o yw i t ha d i a m e t e ro f2 m mi s7 7 4 7 e m i l g a r e ra d d i n g2 a t d ya n dt b m sf o rt h en e w a n l o r p l l o u sa u o y sw i t h3 m m d i a m e t e ri s5 3 5l e m “ga r l d6 2 3 4 e m “g ，r e s p e c t i v e l y 6 ) w h e f e c or a t i oi n c r e a s e s 丘o m5 ：5t o8 ：2 ，t h em a g n e t i z a t i o ni m e l l s i t y ，m s ， o f 【( f e l 。( c o x ) o7 2 b o1 9 2 s 协4 8 n b o0 4 9 8 d y 2a r n o r p h o u sa l l o y s a l s oi n c r e a s e s 在d m 5 3 5 l e m “gt o8 1 4 7 e m “g a n df o r 【( f e l x c o x ) o7 2 b o1 9 2 s i 0 0 4 8 n b o0 4 】9 8 t b 2a m o r p h o u s a l l o y s ，w h e nf e c or a t i oi n c r e a s e s 丘o m5 ：5 t o7 ：3 ，t h em s 、v i ni i l c r e a s e 舶m6 2 3 4 t t t 童三兰奎兰：! 兰堡圭鎏圣 e m l 垤 t o 7 8 3 0 e i u g f o rb o t h【( f e o9 c o o1 ) o7 2 b o1 9 2 s i 00 4 8 n b o0 4 】9 8 d y 2 a n d ( f e o8 c o o2 ) o7 2 b o1 9 2 s i 00 4 8 n b 00 4 】9 8 t b 2a l l o y sc o n t a i n i n gs o m ec r y s t a l l i n ep h a s e ，m si s 10 4 2 3e r “ga n d8 2 6 6 e m 昨，r e s p e c t i v e l y k e y w o r d s ：f e c o b s 烈b - b a s ea l l o y s ，b u l km e t a l l i cg h s s ，a l l o y i n go fr a r ee a n h ， t h a l n a ls t a b i l “y ，s o f tm a g n e t i cp r o p e r t i e s i v 第一章绪论 1 1 非晶软磁合金概述 1 1 1 非晶态合金概念 第一章绪论 自然界中的各种固体物质，就其原子的排列有序状况，一般可分为两大类：即 有序结构与无序结构。晶体为典型的有序结构，有序结构的根本特征是它的周期性， 即通过结构单元的平移操作，可以达到与自身的重合。非晶体是相对于晶体而言的， 其原子在空间排列无长程有序，即没有固定的品格结构【1 。非晶态合金中的原子在 三维空间中呈拓扑无序排列，并在一定温度范围内保持这种状态相对稳定性，结构 上它没有晶界与堆垛层错等缺陷，但原子的排列也不像理想气体那样的完全无序如 图1 所示【2 j 。非晶合金的结构无序性是由液态向非晶态的非平衡转变过程中保留下 来的。对非晶合金进行x 光散射，得到以入射线为轴具有旋转对称性的散射环，其 强度分布具有很大的弥散性，比通常晶粒平均尺寸为几十纳米的多晶材料要宽得多。 因此可以认为：非晶合金中包含数目很多无规取向的小的有序畴，有序畴的平均尺 寸非常小。在这些有序畴中存在着两种短程序：( 1 ) 异类原子在空问的特定堆积， 称为化学短程序( c s r o ) ：( 2 ) 同类原子在空间的特定堆积，称为拓扑短程序( t r s 0 ) 。 另外，由于非晶态的自由能比平衡态的高，有向平衡态转变的趋势，但必须克服一 定的势垒，因而具有相对稳定性。 ) 晶恋愿予摊捌 b ) 德晶瘩愿予搀列 图卜l 品态和非晶态原子排列示意圈 f i 晷l 1s c h e m a t i c i l i l l s t r a l i o n0 fa t o m i ca m y o f c r y s t a i 卸d 锄o r p h o u s 甜l o y s 非晶态合金与晶态合金的结构相似之处在于：每一过渡金属原子有1 2 个左右的 广东工业大学工学硕士论文 近邻原子。主要差别在于：非晶态合金的构成原子在很大程度上是混乱的，体系的 自由能比对应的晶态合金高。非晶态合金的四面体密堆结构均匀，无微晶，原子间 距与晶态的f c c 和h c d 结构不同，且呈各向同性，这与晶态合金具有显著的各向异 性有根本的差别【3 l 。 非晶态固体具有以下基本特征：不具有长程有序的晶体结构；具有高达1 0 1 3 泊 以上的粘滞系数；在某一窄的温度区间内能够发生明显的结构相变。非晶态合金是 以金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 程有序，因此非晶态合金既是结构( 或物理) 无序，又是成分( 化学) 无序非晶态合金宏 观上均匀且呈各向同性：从热力学角度来讲，非晶态合金的结构呈亚稳态，仅对应着 势能函数的局域最小值【3 】。 由非晶态的形成过程和自由能的大小可知，非晶态结构是亚稳态，而相应的晶 态才是稳定态。因此，加热到某温度t o 日o 敬致伸缩蒹强x o 2 7 电阻卑 斗口_ c 口) l 3 0 比重( e ，c 口 t 1 8 屠里温窿( q 4 1 5 晶化b 墟( 】 5 5 0 维氏蝰窿( hv 】 9 0 0 厚癍( p 口) 3 0 2 0 3 o o 4 xl 0 暑o h ；，lt t 下二l2 5 0 h ；l7 t 下面吕3 0 9 5 4 5 76 5 t 4 6 1 8 i 3 0 0 注：表中的强据识佻参考。 ( 1 ) 配电变压器铁心 铁基非晶合金的铁损仅相当于硅钢片的1 3 1 ，5 ，磁导率比硅钢片高出近一个 数量级。用非晶台金铁心制造的配电变压器空载损耗比硅钢s 9 系列变压器下降7 5 ，空载电流比s 9 变压器下降5 0 。在配电变压器铁心设计中，非晶铁心的工作 磁感常取1 3 t 1 4 t ，低于硅钢片的1 6 t 1 7 r ，因此非晶铁心配电变压器的体积 比硅钢片铁心稍大。同时，出于设计和产量等原因，目前非晶合金变压器的价格高 于硅钢变压器，但非晶合金变压器运行过程中的空载损失远低于硅钢变压器，整体 成本是降低的。这种情况尤其适用于空载时问长、用电效率低的农村电网。为了准 确计算非晶变压器的节能效益，引入总拥有成本( t o c ) 的概念【1 6 l ： t o c = 变压器购买成本+ 使用成本 虽然非晶合金变压器的购买成本较高，但考虑到非晶合金变压器具有低的铁 损，在变压器运行一定时间后，由于低的空载损耗形成的节电效益即可大于与硅钢 变压器的购买差价。同时，非晶配电变压器的节能也十分有利于环保。 广东工业大学工学硕士论文 ( 2 ) 中频变压器铁心 图1 ，5 环形滤波电感铁心的损耗特性 f i g 1 - 5t h ew a s t a g ep m p e r t yo f a 加u l a rf i h e 卜、v a v ei n d u c t a n c ei r o nc o r e 随着电力、电子设备的发展，对电源的小型化要求越来越迫切，提高电源的工 作频率是减少变压器体积、提高效率的有效途径。航空飞行器、航海船舰使用的电 源，工作频率为4 0 0 h z ( 8 0 0 h z 、1 6 0 0 h z ) ；高频加热设备的工作频率在l k h z 1 5 k h z 范围。随着高频逆变技术的成熟，工作频率提高到2 0 k h z 以上，高频逆变电源由于 频率的提高，体积小、重量轻、效率高、节能效果明显，生产量越来越大。作为电 源心脏的主变压器，传统的铁心材料硅钢由于损耗太大，已不能满足使用要求。非 晶材料的出现，为中频变压器提供了理想的材料，在中频变压器领域中已得到较好 的应用。铁基非晶合金不仅具有理想的工频磁性能，而且中频磁性同样优异，因此 可以广泛用来代替硅钢片，制造各种中频电源变压器铁心，如4 0 0 h z 航空电源、铁 路信号控制系统电源、淬火电源等，工作频率可达1 5 k h z 。对于不同频率的变压器， 铁心的工作磁感也取相应不同的值，一般随着电源频率的提高适当降低铁心工作点。 图1 5 为中频变压器用铁基非晶铁心的损耗频率特性【1 6 】。 ( 3 ) 高频电抗器及滤波电感器铁心 铁基非晶合金的高频铁损大大低于硅钢片，并具有高的饱和磁感，是中高频大 功率电源中滤波电抗器、高频滤波电感器、功率因数校正电感器铁心的理想材料， 设计时工作点可以取接近饱和值。硅钢片的饱和磁感虽然高，但是由于高频铁损很 大，为了避免发热过大只能降低工作点。铁基非晶铁心目前已经应用于大功率电抗 1 0 第一章绪论 器铁心、大功率高频电源输出滤波电感器铁心以及小功率电源输出电感器铁心、汽 车音响用电感器铁心等。 1 2 f e 一基软磁块体非晶合金的研究现状 铁基块体非晶合金可以分为以f 主要六大体系： f e 一( a 1 ，g a ，s n ) 一( p ，c ，b ，s i ，g e ) 1 7 l ；f e ( c o ，n i ) m b ( m - z r ，h e t i ，v ，n b ，t a ，m o ， w ) 1 7 0 叫；f e c o l n _ b m ( m = c r ，v ，h e w m o ，n b ，龟z r ) 1 7 川；f e 一( c r m o ，n i ，n b ) ( a l ，g a ) ( p ，c ，b ) 1 7 ，2 2 1 ：( 9f e 一( c o ，n i ) 一b s i ( z r ，n b ) 【2 3 ，2 4 1 ；( d f e m n c r m o 一( y l n ) 。 c b 2 5 矧。表l 一1 总结了各体系部分典型铁基软磁非晶合金的t 。值、最大尺寸t 。a x 和磁性能。 表l 一1 部分铁基块体非晶合金的t x 值和磁性能 t a b l e1 - 1 1 1 1 e t xa n dm a g n e t i cp r o p e n l e so f s o m et y p i c a lf e - b a s e d b u l ka m o r p h o u sa 1 1 0 y 8 合金系 t x ( k ) b s ( t ) h c ( a m )k 瓤( m m ) f 。7 8 啦g a 2 十x p l 2 y c 4 8 4 s i x = 0 ，l ；y = 0 ，2 5 ) 2 订 2 6 4 81 3 6 1 43 3 5 4 2 52 5 f e 6 1 x c 0 7 + ，z l o m q w 2 8 1 5 ( x 0 ，1 ，2 ，4 ) 1 2 8 2 9 j 5 0 5 9 0 33 f e 6 7 嗤c 0 7 z r 6 n d 。b 2 0 ( x = o 5 ) o 蛐1 2 5 6 71 0 5 1 3 81 1 6 7 6 2l ( f e 4 0 n i 4 0 p 1 4 8 6 ) 1 0 0 啦g a 。( x = 4 ，6 ) ”1 4 5 o 7 553 【( f e l x c o x ) o7 5 b o2 s 5 】9 6 n b 4 0 8 4 1 1 31 5 2 75 在上述六大体系中，具有磁性的前五大类合金体系，近年来的研究都取得了很 好的进展。在f e p s i b 合金系中，若用s n 代替f e 的f e 8 0 v s 啦p 1 2 s i 4 8 4 ( ) r = 1 6a t ) 合金【1 9 】，随着s n 含量从0 增加到6 a t ，其t x 从3 6 k 增加到4 6 5 k ，b s 从1 3 3 t 下降到1 1 1 t ，h c 从2 8 6 a m 增加到7 8 6 m ，且不能形成l m m 棒状的块体非晶。 当确定y - 2 后，把a l 加入到f e 7 8 x a l x s n 2 p 1 2 s i 4 8 4 ( ) f 3 5a t ) 合金，发现当a l 含量为 4a t 时，t x 进一步提高到5 0 2 k ，可制得直径为1 m m 的棒状块体非晶。用c 代 替p 的f e 7 4 a 1 4 s n 2 p 1 2 x s i 4 8 4 c z = 2 ，6 ) 合金，其t x 为2 0 4 0 k ，b s 在1 2 8 1 3 8 t 之 间，h c 大约为4 0 m 。当萨2 时，可以制得2 m m 的棒状块体非晶合金。 在f e c o n i z r - m - n b b ( m = z r ，t i ，t a ，m o ) 合金系中d3 1 ，f e 5 6 c 0 7 n i 7 z r 6 m l5 n b 25 8 2 0 ( m = z r ，t i ，砥m o ) 的b s 为o 8 9 1 0 7 t ，h c 为6 0 6 9 5 m ，添加合金元素， 热力学参数t x 、t x 都发生了改变，如表1 2 所示。在该合金系中用t i 、m o 代替z r 使合金的b s 增大。 ：! ! ；些；i ii ! ! 圭! ! ：! 表1 2f e 5 6 c 0 7 n i 7 z 。6 m l5n b 25 8 2 0 合金的t x 、t 卧t x 及舡n a x t 曲l e1 21 1 l et x 、t g 、t xa n dt m a xo ft hf 。5 6 c 0 7 n i 7 z r 6 m l5n b 25 8 2 0 ( m = z r ，啊，1 m o ) b i l l ka m o r p h o u sa 0 y s m t 鲠k ) t k ( k )t x ( k ) b s ( t ) t m a x ( m m ) z r7 7 38 5 38 01 o l1 6 t a7 6 88 5 38 5o 8 9 3 n7 3 38 2 39 01 0 6 3 m o7 4 38 3 3 9 01 0 73 在f e c o l n - b 体系中，用铸造法最大可以得到o 7 m m 的f c c o l n b 非晶合 金圆棒。若用m ( = c r ，v ，h e w m o ，n b ，t a ，z r ) 替代f e ( c o ) 的f c 6 0 3 c 0 92 m 2 d y o5 n d 3 8 2 5 软 磁非晶的g f a 有所改变口4 1 。加入元素m o 、w 、n b 、t a 有效地增加了该合金的t k ， 特别是加入元素n b ，使得过冷区间从5 5 k 增加到8 7 k ，而加入元素c r 、v 、h f 并 没有增大该合金的过冷液相区，加入元素z r 则降低了过冷区间，这是因为元素m o 、 w 、n b 、t a 原子半径大小在稀土元素和f e 、c o 原子半径之差的中间位置，少量加 入使得该合金原子堆积得更紧密，有利于提高非晶的g f a 【2 ”。 在f e 7 75 x - v z c r x m o v g a z p l 2 c 5 8 55 ( 2 x 4 ，2 y 4 ，o z 4 ) 块体非晶合金系中， 添加不同元素，合金的g f a 和热稳定性都发生改变，而且随着合金元素原子含量的 改变将发生进一步变化，用铜模铸造法制得不同尺寸的该体系铁基软磁块体非晶合 金，如表1 3 所示。可见，随着g a 元素含量的增多，其g f a 也随之提高，这是因 为适量元素的加入，使非晶处于更加致密的随机堆垛结构口2 1 。它们的b s 大约为0 8 t ， h c 在5 曲m 之间。 表卜3f e 7 7 弗r x m o y g a z p l 2 c 5 8 55 ( 2 9 ( 型，2 y g ，o 茎z 璺) 合金的t x 、t g 、t x 及t m 疆 t a b l e1 3 t h e t x 、t 卧1 x a n d t i n 缸o f t h c f e 7 75 * y z c r x m o y g a z p l 2 c 5 8 5s ( 2 象s 4 ，2 9 9 ，o 9 9 的f e b 合金。将原料表面的氧化皮和油污等赃物除去， 擦拭干净，以原予百分比按成分 【( f e l - x c o x ) 7 2 8 1 92 s “8 n b 4 】1 0 0 文dy ，t b ) y ( x = o 5 ，0 4 ，0 3 ，o 2 ，o 1 ；y = 1 ，2 ，3 ) 的配比分别进行配料。在高纯氩气氛保护下，t i 锭吸 氧，由真空电弧熔炼炉制得母台金，为防止成分偏析，母合金反复熔炼4 次。采用 水冷铜模吸铸法将母合金吸铸成棒状合金。 2 4f e c o b s i n b 系块体非晶合金的形成 通过添加稀土元素的方法，希望提高其玻璃形成能力。同时在提高合金玻璃形 成能力的条件下，增加铁的含量，以进一步提高合金的饱和磁感应强度b s 。 广东工业大学工学硕士论文 2 4 1 稀土元素d y ，t b 对( f e o 5 c o o5 ) 7 2 8 1 9 2 s i 4 8 n b 4 非晶形成的影响 为了探讨稀土元素对块体非晶( f e o5 c o o5 ) 7 2 8 1 92 s i 4 8 n b 4 ， 即 f e 3 6 c 0 3 6 8 1 92 s i 4 8 n b 4 玻璃形成能力的影响，结合文献己报道的研究成果，对 ( f e o3 6 c o o3 6 b o l 9 2 s i 00 4 8 n b 00 4 ) l o o 一；r e 。( r c = d y ，t b x = 1 ，2 ，3 ) 系列合金的玻璃形成能力 进行研究。 2t h e t a ( d e g ) 图2 2 直径2 3 m m 的f e 3 6 c 0 3 6 8 1 9 2 s i 4 8 n b 4 合金的x r d 图谱 f i 9 2 2 x - r a y d i 债a c t i o np a n e r l l so f f e 3 6 c 0 3 6 8 1 9 2 s i 4 8 n b 4a l l o yr o d s w i t hd i a m e t e r 2 t o3 m m 图2 2 是直径为2 3 m m 的f e 3 6 c 0 3 6 8 1 92 s i 4 8 n b 4 合金棒的x r d 谱，可以看出， 西2 i m 的f e 3 6 c 0 3 6 8 1 92 s i 48 n b 4 合金只有一个漫散射峰，表明该合金为完全非晶态合 金；当吸铸制各0 3 m 的f e 3 6 c 0 3 6 8 1 92 s i 4 8 n b 4 的时候，在2 0 4 5 。处出现尖锐的晶 态衍射峰，表明该合金此时已出现晶态相。 2 0 rr8誊c罟一 第二章f e c o b s i n b r e 块体非晶的玻璃形成能力 己 仍 辛 历 c 旦 2 t h e b ( d e g ) 图2 - 3 直径3 5 m m 的( f 。o3 6 c o o3 6 b ol9 2 s 4 8 n b 0 0 4 ) 1 0 0 x d y x ( x - 1 ，2 ，3 ) 合金的x r d 图谱 f i g2 3x 一聪i yd i f h 佻t i o np a 仕e r n so f ( f 。3 6 c 0 3 6 8 1 9 2 s b n b 4 ) 1 0 0 x d y x ( x - l ，2 ，3 ) a l i o yr o d sw i t | ld i a m e t e r3t o5m m 由图2 3 可见，在0 3 哪为( f e o3 6 c o o3 6 8 0 1 9 2 s i 00 4 8 n b 00 4 ) l o o _ x 【) y x ( f 1 ，2 ，3 ) 的合金 棒中，当x = 3 时，在衍射角2 0 4 4 。附近有一个弥散的漫射峰，但在漫射峰上有 一个晶态衍射峰，表明该合金的相结构以非晶相为主，同时存在少量的晶态相。当 x = 2 时，晶态峰已经钝化，表明该合金此时为完全非晶态。因此，当添2 a t 的稀 土元素d y 时，合金( f e 3 6 c 0 3 6 8 1 92 s i 48 n b 4 ) 9 8 d y 2 具有很好的玻璃形成能力，但在巾5 m m 的( f e 3 6 c 0 3 6 8 1 92 s i 4 8 n b 4 ) 9 8 d y 2 合金中，在2 e 4 5 。处出现尖锐的晶态衍射峰。 广东工业大学工学硕士论文 图2 4直径为2 5 m m 的( f e 3 6 c 0 3 6 8 1 92 s i 4 8 n b 4 ) 1 0 0 x t b x ( x = l ，2 ，3 ) 合金的x r d 图谱 f i g2 - 4 x r a yd i 胁c t i o np 甜e m so f ( f e 3 6 c 0 3 6 8 1 9 2 s i 4 小b 4 ) 1 0 0 - x t b x ( x = l ，2 ，3 ) a l l o yr o d sw i t hd i a m e t e r2t o5 m m 由图2 4 可见，在( f e o3 6 c o o3 6 b o1 9 2 s i 00 4 8 n b 0 0 4 ) l o o 。c t b x ( x = l ，2 ，3 ) 合金棒中，当x = 1 时，巾3 咖的合金x r d 谱出现尖锐的晶态衍射峰，表明它为晶态合金；当x = 2 时，中2 咖和中3 m m 的该合金x r d 谱主要为弥散漫射峰，表明它为非晶态合金； 当x = 3 时，x i 谱有很多尖锐的晶态衍射峰，表明中2 唧的该合金为晶态合金。 可见，( f e o3 6 c o o3 6 b o1 9 2 s i 00 4 8 n b 0 0 4 ) 9 8 1 b 合金也具有很好的玻璃形成能力a 2 4 2f e 含量对【( f e l x c o x ) o7 2 b o 1 9 2 s 讥4 d 妯o 0 4 】9 8 d y 2 合金玻璃形成能力的 影响 图2 2 和2 3 表明，在( f e o5 c o o5 ) 7 2 8 1 9 2 s i 4 8 n b 4 合金中，加入2 a t 的d y 明显 提高了合金的玻璃形成能力。现进一步提高f e 含量，研究 第二章n c o b s i n b r c 块体非晶的玻璃形成能力 ( f e l 。( c o x ) o7 2 b o l 9 2 s i o0 4 8 n b o0 4 】9 8 d y 2 合金系的玻璃形成能力。 2t h e t a ( d e g ) 图2 5 直径为2 m m 的【( f e l x c o x ) 7 2 8 1 92 s i 48 l q b 4 】9 8 d y 2 合金系的x r d 图谱 f i g2 - 5x r a yd i 所a c t i o np a n e r n so f ( f e l - x c 0 x ) 7 2 8 1 9 2 s “n b 4 】9 8 d y 2a 1 1 0 y sw i t hd i a m e t e r2m m 由图2 5 可见，在中2 姗的 ( f e l x c o x ) o7 2 b o1 9 2 s i 00 4 8 n b o0 4 】9 8 d y 2 合金系的x r d 图谱中，f e c o 比例从5 ：5 增加到8 ：2 的过程中，该合金系只有一个漫散射峰，表明 该合金系为完全非晶态合金。但当f e c o 比例提高到9 ：1 时，在衍射角2o 。4 5 。 附近有一个弥散的漫射峰，但在漫射峰上有一个晶态衍射峰，表明该合金的相态是 大量非晶相+ 少量的晶态相。 2 4 3 f e 含量对 ( f e l x c o x ) o 7 2 b o 1 9 2 s i o0 4 d 妯0 0 4 9 8 t b 2 合金玻璃形成能力的 影响 图2 4 表明，在( f e o5 c o o5 ) 7 2 8 1 92 s i 48 n b 4 合金中，加入2 a t 的t b 较明显地增加 了合金的玻璃形成能力，现在合金中逐步提高f e 含量，研究 ( f e l ) o x ) o7 2 8 0 1 9 2 s i o0 4 8 n b o0 4 】9 8 t b 2 ( ) f 0 3 ，0 4 ，o 5 ) 合金系的玻璃形成能力。 广东工业大学工学硕士论文 兮 8 j 而 旦 量 图2 6 中2 m m 的【( f 。i _ x c o x ) o7 2 8 0 1 9 2 s i o0 4 8 n b o0 4 】9 8 t b 2 合金系的x r d 图谱 f i 9 2 - 6x r a yd 衙a c t i o np a n e m so f 【( f 。1 x c0 ) c ) o7 2 8 0 l9 2 s i o0 4 8 n b o0 4 9 8 t b 2 a 1 1 0 yr o d sw i t hd i a m e t e r2 m m 由图2 6 可见，当直径为2 m m 的【( f e l x c o x ) o7 2 b o l 9 2 s i o0 4 8 n b o0 4 】9 8 t b 2 合金系中 f e c o 比例从5 ：5 增加到7 ：3 时，该合金系只有一个漫散射峰，表明该合金系为非晶 态合金。但当f e ，c o 比例为8 ：2 时，合金衍射谱中出现尖锐的晶态衍射峰，表明该 合金存在较多的晶态相。 2 4 4 不同稀土元素对合金系的玻璃形成能力的影响比较 由图2 7 可见，直径为3 m m 的【( f e o6 c o o4 ) o7 2 b o l 9 2 s i 00 4 8 n b 00 4 】9 8 t b 2 合金m 谱 出现晶态峰，表明该合金此时存在晶态相；而直径也是3 m m 的 ( f e o6 c o o4 ) o7 2 8 0 1 9 2 s i o0 4 8 n b o0 4 】9 8 d y 2 合金在衍射角2 0 4 4 。附近仅有一个弥散的漫 射峰，表明该合金为非晶态合金。同时可见，直径为2 m m 的 ( f e o8 c o o2 ) o7 2 b o1 9 2 s i o0 4 8 n b 00 4 】9 8 d y 2 也为非晶态合金 ， 而 【( f e o8 c 0 0 2 ) o7 2 b o l 9 2 s i o0 4 8 n b 0 0 4 9 8 1 b 合金中含有晶态相所以。可见，添加元素d y 比 t b 更有利于f e c o b s 烈b 非晶合金的形成。 第二章f e c o b s i n b r e 块体非晶的玻璃形成能力 图2 - 7 0 扣3 m m 的【( f e l x c 0 ) ( ) o7 2 b o l 9 2 s i o0 4 8 n b o0 4 】9 “d y ，t b ) 2 合金系的x r d 图谱 f i 9 2 7 x r a y d i 珩a c t i o np a n e r n so f 【( f 。l - x c o x ) o7 2 8 0 1 9 2 s i o 艄8 n b o0 4 9 “d y ，t b ) 2 a 1 1 0 yr o d sw i t hd i a m e t e r2t o3 m m 2 5 本章小结 采用铜模吸铸法，通过添加稀土元素d y 、t b ，分别讨论它们以及它们的不同 含量对f e c o b s n b 系合金玻璃形成能力的影响，可以得到以下结论： 1 ( f e o5 c o o5 ) 7 2 8 1 92 s i 48 n b 4 合金只可制得直径为2 m m 的非晶合金棒：当添加元 素2 a t 的d y 和t b 时，可以制得直径3 r n m 的【( f e o5 c o o5 ) 7 2 8 1 9 2 s i 48 n b 4 】9 8 ( d y ，t b ) 2 非晶合金棒。 2 在合金中逐步提高f e 含量，其玻璃形成能力相应地下降：在直径为2 m m 的 ( f e l - x c o x ) o7 2 b o1 9 2 s i 00 4 9 n b o0 4 9 8 d y 2 和【( f e l 一x c o x ) o7 2 b o1 9 2 s i 00 4 8 n b 00 4 】9 8 t b 2 合金中当 f e c o 比例分别为9 ：1 和8 ：2 时，出现晶态相。 3 ( f e o6 c o o4 ) o7 2 8 0 1 9 2 s i 00 4 8 n b 0 0 4 9 8 d y 2 合金可以制得巾3 唧的非晶棒，而只 能获得中2 姗的【( f e o6 c o o4 ) o7 2 b o l 9 2 s i 00 4 8 n b 0 0 4 9 8 t b 2 非晶棒，可见，d y 比t b 更有 利于提高合金的玻璃形成能力。 广东工业大学工学硕士论文 第三章f e c o b s i n b r e 块体非晶合金的热稳定性 i n o u e 关于块体非晶合金形成能力的三点经验规律，通常用来评判或分析合金 系的玻璃形成能力，随着对块体非晶合金研究的不断深入，对非晶形成能力的研究 及其表征方法的研究也在逐步向前发展。临界冷却速率( r c ) ，约化玻璃转变温度 ( 1 毡) ，过冷液相区( t 。= t