Fe基块体非晶合金中异质非晶结构及纳米晶形成演变机理

In this application, the analytical tools of DSC, DTA, TEM, SEM, EDS and X-ray diffraction are used. The formation and evolution mechanism of the heterogeneous amorphous structures and the nanocrystals in Fe-based bulk amorphous alloys are studied comprehensivly and systematically, combining experimental research and theoretical analysis; determining the formation of heterogeneous amorphous alloy structures and nanocrystals; observing the formation and growth process of heterogeneous amorphous alloy structures and the nanocrystals; clarifing the diffusion mechanism of nucleation elements; revealing the role of heat treatment on type, quantity, distribution, morphology and size of heterogeneous amorphous structures and nanocrystals, and then explaining the physical phenomena of Fe-based amorphous alloys in soft magnetic and mechanical properties from the microscopic view point; building the precipitation and transformation model of heterogeneous amorphous structure and nanocrystals in Fe-based bulk amorphous alloys..The completion of this application can not only enrich the theory of Fe-based amorphous alloy materials science,but also provide a new method and theoretical basis for the research and development of new amorphous alloy/nanocrystalline soft magnetic materials with high properties.

本申请项目拟采用DSC、DTA、TEM、SEM、EDS 和X-衍射等分析测试手段，通过实验研究和理论分析相结合的方法，系统研究Fe 基非晶合金基体中异质非晶结构和纳米晶的形成过程及演变机理。确定异质非晶结构、纳米晶粒的形成；观察异质非晶结构、纳米晶粒的形成和长大过程；阐明成核元素的扩散机理；揭示热处理对异质非晶结构、纳米晶粒的种类、数量、分布、形貌、尺寸的作用规律，进而从微观层次解释Fe 基非晶合金的软磁性能、机械性能表现出的物理现象；构建Fe 基非晶合金中异质非晶结构与纳米晶粒析出转化的物理模型。. 该项目的完成不仅能够丰富Fe 基非晶金属材料学理论，也为新型高性能的非晶合金/纳米晶软磁材料的研究开发提供新的方法和理论依据。

Fe 基非晶软磁材料磁性强，磁导率、铁损、激磁电流和矫顽力等性能优于硅钢片，代替硅钢做配电变压器可降低铁损60~70％。但是，Fe基非晶合金由于形成能较低，在实际应用中受到很大限制。如何制备兼具高饱和磁感应强度和优异综合软磁性能，并具有高非晶形成能的合金体系，一直是非晶软磁材料研究中的难点。在本项目的支持下，制备了具有高非晶形成能的FeCoBSiPCu非晶合金，系统研究了高饱和磁感应强度FeCoBSiPCu纳米晶软磁合金的晶化行为，并通过优化合金成分和热处理工艺，提高了其综合磁性能。并在微合金化机制指导下，通过组元设计和成分调整，开发了具有耐腐蚀性能的FeCoBSiPCr合金系。本研究为开发高性能非晶/纳米晶软磁合金提供了新的研究思路。本项目的主要工作和成果概括如下：.1、利用Co元素置换了Fe基非晶合金中的Fe元素， (Fe0.9Co0.1)76Si9.6B9.6P4.8合金具有良好的非晶形成能，可以获得49K的过冷液相区间，铸造最大非晶临界尺寸为3.0mm，并且表现出较好的力学性能，破坏强度达到了3800MPa以上。该合金系的饱和磁感应强度为1.48-1.39T，矫顽力为3.4-4.1A/m. 在Fe70Co6P4.8Si9.6B9.6合金系中，添加0.1at%Cu元素时，可获得48K的过冷液相区间，非晶临界直径为2.5mm。屈服强度为3700MPa，塑性变形由原来的0.3%增加到0.7%。该合金系还具有优异的软磁性能，饱和磁感应强度为1.39-1.34T，矫顽力为2.4-3.1A/m。利用固体与分子经验电子理论（EET 理论），计算了FeCoBSiPCu 非晶合金系中的价电子结构和磁矩，磁矩的理论计算值与实验测定值的误差均小于12%，满足一级近似要求，实现了从价电子层次上计算(FeCoBSiPCu非晶合金的磁矩，这对于优化FeCoBSiPCu非晶合金的软磁性能将具有理论指导意义。 .2、通过微合金化法制得的Fe66.4Co7.6Si7B10P5C2Cr2非晶合金具有59K的过冷液相区间，临界直径为5.0mm。屈服强度为3700MPa，饱和磁感应强度为1.2-1.35T，矫顽力为2.7-3.0A/m。由于Cr元素的添加，从而提高该合金系的耐腐蚀性能。