Nd-Fe-Al基大块金属玻璃的制备及其力学谱研究

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Nd-Fe-Al基大块金属玻璃是金属玻璃中的特殊一类,它具有较强的硬磁性。传统的热学测量方法探测不到其玻璃转变过程,这给它的制各、发展和应用带来了许多阻力。不过,近年的研究逐步证实其玻璃转变实质上是动力学弛豫过程。在该转变过程中,材料的力学性能会发生显著变化。为此,提出Nd-Fe-Al基大块金属玻璃的制备及其力学谱研究,其目的是研究其玻璃转变及其附近的弛豫行为,阐明它的玻璃转变本质,为制备和开拓新型的硬磁性材料提供理论依据。本文的主要研究结果如下:  为使力学参量数据可靠精确,研制了一台基于葛氏扭摆装置原理的高精度内耗仪。经过机械、电子和软件三方面精心设计,这台内耗仪具有较高的精度:在强迫振动模式下,测量精度为±5×10-5;在自由衰减模式下,测量精度可达±7×10-6。  提出了一种水淬法制备Nd-Fe-Al基大块金属玻璃的新方法,并为此搭建了一台由感应加热炉、真空系统、充气系统、石英管、石英管固定夹头、连接石英管和真空系统的软管和冰水浴池组成的水淬法制备大块非晶装置。该装置的特点是结构简单、样品尺寸可控、既可以持续抽气也可以充入保护气体、净化剂的加入很方便、熔体可在持续抽真空或持续充气状态下进行水淬。同时,根据这台仪器的特点,制定了一套适合Nd-Fe-Al基大块金属玻璃的制备工艺。  研究了水淬法制得的Nd-Fe-Al基各种合金的非晶形成能力。发现在研究的合金范围内,Nd60Fe20Al10CO10具有最强的玻璃形成能力,Nd65 Fe15Al10Co10次之;如果Nd60Fe20Al10Co10合金中Ni取代Co,非晶形成能力下降;对于Nd70-xFe20+xAl10(x={0,5,10})系,随着Fe含量的增加,合金的非晶形成能力下降;对于Nd60Fe20+xAl10CO10-x(x={0,5,10})系,随着Co含量的增加,其合金的非晶形成能力逐渐变强。  利用内耗技术探测了Nd-Fe-Al基大块金属玻璃的玻璃转变过程、β弛豫和玻璃转变后过冷相结构变化引起的弛豫过程。分析、拟合、计算得到了它们的弛豫参量及其Eβ/RTg值,发现由耦合参量n和τ0β计算得到的三种非晶合金的Eβ/RTg值均在24附近波动,合金中出现的β弛豫可能是JG弛豫,它与α弛豫之间有着本质内在联系,它是α弛豫的基元。进一步的分析表明Nd-Fe-Co-Al系非晶合金加热过程中出现的β弛豫可能是由各向异性Nd-Nd、Nd-Fe和Al小磁畴局域协同运动引起的;而α弛豫可能是较大的Nd-Nd和Nd-Fe构成的柱状Nd-Fe-Al亚稳磁畴相集体协同运动的结果,而过冷相弛豫可能是由板条状类δ的亚稳团簇内部组态调整引起的。
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