FINEMET型软磁合金的结晶动力学和磁性研究

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本论文系统研究了FINEMET型软磁合金的晶化动力学和磁性,主要结果如下:利用标准的单辊甩带技术在大气环境下成功制备了Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3-xMox(x=1,2,3), Fe(73.5)Si13.5B9Cu1Nb3-xVx(x=1,2), Fe(73.5-x)CoxSi13.5B9Cu1Nb3(x=10,30,50)和Fe73.5Si13.5-xGexB9Cu1Nb3(x=3,6)非晶薄带。利用差示扫描量热法(DSC)研究了非晶薄带的晶化动力学行为,实验研究发现:非晶薄带的晶化特征温度随着升温速率的增加而升高,表明非晶薄带的晶化具有明显的动力学特征。分别采用Kissinger、Ozava和Augis-Bennett方法计算了非晶薄带的晶化表观激活能。利用JMA模型计算了表征非晶薄带晶化过程中形核和长大行为的局域Avrami因子n随晶化分数α的变化关系,从而确定了上述非晶薄带一次晶化的机制为:随着晶化过程的进行,由扩散控制的三维形核和晶粒生长的整体晶化,形核率逐渐减小过渡为一维形核和生长的表面晶化,形核率近似为零。利用定制的单辊甩带机在大气环境下成功制备了宽度为10mm,厚度约为0.03mm的Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb1Mo2和Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb2V1非晶薄带,饶制成环状铁芯样品后在不同温度下对其进行晶化退火处理,然后测量其磁滞回线。实验结果发现,Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb1Mo2非晶薄带样品经过470℃保温45min预退火处理,540℃保温60min等温晶化处理后获得了最优的磁性能,频率为1kHz下测得的磁性能数据为:Hm=199.1A/m,BS=0.4760T,HC=8.43A/m,Ps=4.708W/kg,Br=0.1908,μ=2.391mH/m;Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb2V1非晶薄带样品经过470℃保温45min预退火处理,545℃保温60min等温晶化处理后获得了最优的磁性能,频率为1kHz下测得的磁性能数据为:Hm=197.88A/m,BS=0.690T,HC=6.933A/m,Ps=3.384W/kg,Br=0.1678,叠片系数为0.63。通过磁性能的比较可以看出:Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb2V1铁芯1kHz频率下的软磁性能要优于Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb1Mo2铁芯。利用550℃保温60min晶化退火处理后的Fe63.5Co10Si13.5B9Cu1Nb3薄带样品,对其进行球磨、筛分、包覆处理、冷压成型和去应力退火处理,制备成内外径尺寸分别为10mm×20mm的环状磁粉芯样品。研究了粉末颗粒尺寸、粘结剂含量、压制成型压力和去应力退火时间对Fe63.5Co10Si13.5B9Cu1Nb3纳米晶磁粉芯的密度、有效磁导率以及品质因子的影响。实验结果发现其最佳制备工艺参数为:环氧树脂含量为3%,最佳成型压力为174kN,最佳去应力退火工艺为100℃保温11h。相应的磁性能为:有效磁导率最高达到55,而且在5MHz的频率范围内具有良好的频率稳定性,250kHz对应的最大的品质因子为35。利用普通热处理+磁场热处理两步热处理的方式对FINEMET铁芯进行了热处理,研究了磁场方向、磁场强度和热处理温度对铁芯磁滞回线的影响。实验结果发现:随着横磁处理温度的增加,FINEMET铁芯磁滞回线的形状逐渐呈现直线型(恒导磁性),横磁处理可以减小磁芯的磁导率和铁损;随着纵磁处理温度的增加,FINEMET铁芯磁滞回线的形状逐渐呈现矩形,纵磁处理可以提高磁芯的磁导率和铁损;FINEMET非晶薄带铁芯样品经过纵向+横向复合磁场热处理后,其磁滞回线兼具横磁和纵磁处理两者的优点,从而表现出优良的软磁性能。
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