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磁致发热材料是一种有前景的防覆冰材料,但目前尚没有合适的材料进入应用。本文对低居里点Fe-Cr-B系非晶合金磁致发热材料进行了研究。
本文采用单辊快淬法制备了不同成分的Fe-Cr-B系合金快淬薄带,研究了合金成分对样品非晶化的影响。当Cr含量为15at%或16at%,B含量为20at%时,样品为单一的非晶结构。
研究了工艺参数,包括快淬速度、喷嘴形状尺寸、喷射压力差、喷嘴贴辊距离、感应加热熔化状态等,对快淬薄带形貌和非晶化的影响。研究结果表明:对于Fe-Cr-B系非晶合金,其快淬薄带的最佳制备工艺参数为快淬速度33 m/s;圆形喷嘴,直径0.5 mm;喷射压力差0.05 MPa;喷嘴贴辊距离0.3 mm;加热熔融后保温30s。此工艺下制备出的Fe65Cr15B20和Fe64Cr16B20非晶快淬薄带,带宽1.2 mm,带厚32μm,带长100~200 mm。
采用SQUID测得非晶样品制备态的居里温度分别为28℃和11℃,采用VSM测量非晶样品的磁性能,在0C时,Fe65Cr15B20的饱和磁为0.69 T,剩磁为0.39 T,矫顽力为10.92kA/m;Fe64Cr16B20的饱和磁为0.62 T,剩磁为0.31 T,矫顽力为10.65kA/m。
研究了Fe64Cr16B20,Fe65Cr15B20非晶合金的晶化过程。结果表明:对于Fe64Cr16B20,当热处理温度低于450℃,无晶化相形成;随温度升高,样品中出现晶化相;当温度达510℃时,样品完全晶化。对于Fe65Cr15B20,热处理温度为400℃时,已经出现晶化相;热处理温度为450℃时,样品完全晶化。研究结果表明Cr在非晶合金的晶化过程中具有一定的稳定化作用。Fe-Cr-B非晶合金的晶化相以体心立方结构α-Fe(Cr)固溶相为基体、小颗粒状的四方结构(Fe,Cr)3B相分布于基体中。其组织为均匀的等轴晶,平均晶粒尺寸为200~400 nm。
自行设计组装了一种近似绝热的磁致热效应测量装置,测量Fe-Cr-B非晶合金的磁致热功率。外场为8kA/m时,Fe64Cr16B20非晶快淬薄带的实测结果为1.2W/kg,理论计算结果为0.9 W/kg。