块体HITPERM合金快速凝固组织演化及软磁性能研究

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本文分别采用熔融玻璃净化与循环过热相结合的深过冷法和过冷熔体铜模激冷法制备了Fe44Co44Nb7B4Cu1块体合金。借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、能谱仪(EDS)和电子探针(EPMA)等分析测试技术深入研究了合金在不同凝固条件下的组织演化规律和晶粒细化机制。采用枝晶熔断理论模型对合金的深过冷凝固组织的晶粒细化现象进行了分析。运用经典形核理论和纳米晶生长动力学理论模型分析了铜模激冷及合金元素对过冷熔体铜模激冷的晶粒细化的影响。采用振动样品磁强计(VSM)和维氏显微硬度计分别对合金的磁滞回线和硬度做了测试,并结合凝固组织做了简单分析。结论如下:1.Fe44Co44Nb7B4Cu1深过冷凝固组织在45K<ΔT<145K时,α-Fe(Co)相经历了枝晶→粒状晶的转变,组织转变临界过冷度是145K。随着过冷度的增加,凝固组织不断得到细化,并在枝晶间形成了层片间距约500nm的共晶组织。深过冷合金中α-Fe(Co)相的晶粒细化是再辉过程枝晶熔断的结果。2.在45K<ΔT<95K范围内,Fe44Co44Nb7B4Cu1铜模激冷凝固组织中α-Fe(Co)相依次经历了细枝晶→细枝晶与粒状晶混合→完全细小粒状晶的转变过程,由枝晶到完全的粒状晶的组织转变临界过冷度为65K。与深过冷凝固组织相比,同等过冷度下铜模吸铸的组织更加细小均匀。3.FeCo基多元块体合金的铜模激冷凝固组织由三个晶区构成,即靠近型壁的细晶区,中间的枝晶与粒状晶的混合区和芯部的等轴晶区。4.熔体过冷、枝晶熔断和铜模激冷提高熔体的形核率,并抑制晶粒长大是铜模吸铸过冷熔体获得晶粒细化凝固组织的根本原因,合金化元素在晶界聚集并不是阻碍晶粒长大的主要原因。通过添加适量的类金属元素,提高合金非晶形成能力可以促使铜模激冷凝固组织晶粒更好细化。5.过冷熔体铜模激冷制备的Fe44Co44Nb7B4Cu1合金具有优异的软磁性能,虽然其饱和磁感应强度有所降低,但矫顽力比传统的FeCo合金更低。合金硬度随着晶粒尺寸的减小而增加。
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