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铁基非晶合金的晶化动力学研究

作　者: 郭晓雷
导　师: 党淑娥
学　校: 太原科技大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: Fe-基非晶合金单辊旋淬法热稳定性晶化动力学
分类号: TG139.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

铁基非晶合金的软磁性能十分优异,本文就是在FINEMET合金的基础上通过成分设计优化,以Ni部分替代贵金属Nb元素,在氩气保护下采用真空非自耗电弧炉熔炼制备合金铸锭,使用单辊旋淬法制备Fe73.5Cu1Nb3-xSi13.5B9Nix(x=0,0.5,0.8,1.0,1.5)合金薄带,利用X-射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC),对带材的微观结构和性能进行了表征和测试。用差示扫描量热法(DSC)对铁基非晶合金的等温和非等温晶化动力学进行了研究,发现随着Ni含量的增加,开始晶化温度TX和晶化峰温度Tp都在降低,即非晶合金的形核激活能和晶体长大激活能都减小,晶化行为变得容易。同时非晶合金A-0、A-2、A-3、A-4的等温DSC曲线表现为单一的放热峰,随Ni含量的增加放热峰宽急剧变窄,各个非晶合金的孕育时间很短,再次表明晶化行为明显变得容易。采用等温的Arrhenius方程计算出A-0、A-2、A-3、A-4的晶化激活能分别为425.4KJ/mol、387.5KJ/mol、398.6KJ/mol、397.1KJ/mol,Ni替代Nb元素晶化激活能不同程度的下降,表明Ni元素部分取代部分Nb元素后削弱了FINEMET合金的热稳定性。等温时的晶化体积分数与时间成“S”型曲线,等温JMA曲线基本为直线。利用JMA模型对非晶合金A-0、A-2、A-3、A-4的等温晶化过程进行了分析,发现析出单一的Fe3Si相,温度升高、孕育期减小、反应峰宽减小,晶化行为变得容易。同时非晶合金A-0、A-2、A-3、和A-4的不同温度下Avrami指数都维持在1.5左右,不同温度下的晶化机制没有发生变化,表明非晶合金是由非晶基体中预存的小尺寸晶粒长大开始的,短程有序区最为现成的晶核直接长大完成,析出Fe3Si相,随后的形核率几乎为零。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
引言  9
第一章绪论  9-25
  1.1 非晶合金的定义及其发展历史  9-10
  1.2 非晶合金的性能与应用  10-13
    1.2.1 非晶合金的力学性能  10-11
    1.2.2 非晶合金的耐腐蚀性能  11
    1.2.3 非晶合金的磁性能  11-12
    1.2.4 非晶合金的应用  12-13
  1.3 大块非晶的形成能力  13-15
    1.3.1 热力学因素  13-14
    1.3.2 动力学因素  14-15
  1.4 非晶合金的制备方法  15-17
    1.4.1 液相冷凝法  15-16
    1.4.2 气相沉积法  16-17
      1.4.2.1 溅射法  16
      1.4.2.2 真空蒸发沉积  16
      1.4.2.3 化学气相沉积法  16-17
      1.4.2.4 辉光放电分解法  17
    1.4.3 机械研磨法  17
  1.5 非晶合金的晶化反应  17-19
    1.5.1 晶化反应类型  17-18
    1.5.2 晶化反应的多阶段性  18-19
      1.5.2.1 单阶段晶化  18
      1.5.2.2 多阶段晶化  18-19
  1.6 铁基纳米晶非晶合金的研究现状及形成机理  19-22
    1.6.1 Finemet 型合金  19-20
    1.6.2 Nanoperm 型合金  20
    1.6.3 Hitperm 型合金  20
    1.6.4 Finemet 合金形成机理  20-22
  1.7 本课题的研究内容及意义  22-25
第二章实验方法  25-29
  2.1 实验方案  25
  2.2 非晶式样的制备  25-27
    2.2.1 块体非晶试样的制备  25-26
    2.2.2 非晶薄带试样的制备  26-27
    2.2.3 非晶薄带试样的鉴定  27
  2.3 试样形貌及微观结构的观测  27
  2.4 非晶合金的晶化热分析实验  27-29
    2.4.1 线性加热 DSC 实验  27-28
    2.4.2 等温DSC 实验  28
    2.4.3 试样标号  28-29
第三章 Ni 含量对 Fe_(73.5)Cu_1Nb_(3-x)Si_(13.5)B_9Ni_x非晶合金的非等温晶化动力学影响  29-33
  3.1 晶化动力学分析的理论基础  29
  3.2 非等温转变  29-30
  3.3 非等温晶化动力学分析  30-32
    3.3.1 A-3 的XRD 分析  30-31
    3.3.2 DSC 分析  31-32
  3.4 本章小结  32-33
第四章 Ni含量对Fe_(73.5)Cu_1Nb_(3-x)Si_(13.5)B_9Ni_x非晶合金的等温晶化动力学影响  33-49
  4.1 等温转变  33-35
  4.2 等温晶化动力学理论  35-37
  4.3 等温晶化动力学分析  37-47
    4.3.1 A-3 的XRD 分析  37
    4.3.2 等温晶化激活能  37-40
    4.3.3 等温DSC 分析  40-46
    4.3.4 等温晶化机制分析  46-47
  4.4 本章小结  47-49
主要结论和创新点  49-51
参考文献  51-57
学位期间发表的学术论文  57-59
致谢  59-60

铁基非晶合金的晶化动力学研究

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