纳米合金Fe(Co)-Hf-B-Cu稳定性及磁性研究

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HITPERM型软磁合金具有优异的高温软磁性能,如高磁导率、高饱和磁通密度、低矫顽力、频散特性好等特点,最有希望用于第二代电动航天飞机(MEA)和其它高温应用领域,已成为近年来国内外研究的热点。本文用单辊急冷法,制备Fe(Co)-Hf-B-Cu软磁非晶材料。采用X射线衍射、透射电镜、穆斯堡尔谱对合金样品进行表征。通过差示扫描热分析仪和振动样品磁强计,重点对样品的稳定性及磁性等方面进行了研究。主要工作归纳如下:1、本次研究的非晶合金成分为(Fe1-xCox)86Hf7B6Cu1(x=0.4);通过对母合金反复熔炼4-5次以保证母合金成分均匀;利用单辊液相急冷法,制备合金条带。2、通过X射线初步分析制备得到原始态的(Fe1-xCox)86Hf7B6Cu1(x=0.4)合金条带,XRD曲线表现为一非晶包,初步判断可能为完全非晶态的。并通过透射电镜分析可知淬态合金条带的衍射环为宽化了的漫散环状结构,且基体形貌衬度均匀即为无结构特征形貌,由此可以判断其淬态的薄带为非晶态。最后经穆斯堡尔谱分析可知谱形为不对称展宽的六线谱,且第2和第5峰明显大于第1和第6峰峰高,表现为明显的非晶态特征。3、对非晶样品进行中频磁脉冲处理:脉冲场强100Oe~2500e、脉冲作用时间10min~30min、脉冲频率1500Hz和2000Hz。采用X射线衍射、透射电镜和穆斯堡尔谱对磁脉冲处理后样品的微结构进行了检测。结果表明:中频磁脉冲可实现非晶合金的单相纳米晶化,析出的晶化相为α-Fe(Co),纳米晶的平均尺寸为10~15nm,且弥散分布于剩余非晶基体相之中,构成所谓的双相纳米合金。随脉冲磁场场强的增加、处理时间延长,和脉冲频率的增加,晶化相的析出有增加趋势。在实验设定的处理条件下,合金的晶化量在11.21%-42.06%范围内发生变化。对淬态及处理后样品(处理条件H=250Oe, T=20min, f=2000Hz)进行DSC测量,实验表明:均有三个放热峰,晶化起始温度及峰值温度差异不大。但处理后样品三次晶化的热焓分别为65.86J/g,106.4J/g,19.32J/g,而淬态样品三次晶化热焓分别为51.48J/g,60.19J/g,6.113J/g,明显偏低,所以从这个角度来说,非晶样品经磁脉冲处理后稳定性优于淬态。4、采用VSM对处理前后合金的软磁性能进行了测量:与淬态合金相比,双相合金的比饱和磁化强度有所增加,矫顽力减小。最佳处理条件为f=2000Hz, H=200Oe时,T=10min。此时,Hc=0.42172g, Bs=174.59emu/g。和淬态的Hc=0.68533g, Bs=154.32emu/g相比,软磁性能有了明显优化。当晶化量达到25%左右时,矫顽力保持在0.4g左右,且比饱和磁化强度增大至170emu/g,磁性优化较为明显。
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