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FeCo基纳米晶合金高温磁性及其微观机理研究

作　者: 杨静
导　师: 王治
学　校: 天津大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 初始磁导率磁致伸缩系数交换耦合穿透深度
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文研究了Fe_78.4-xCoxSi₉B₉Nb_2.6Cu₁ （x=27.4, 40, 51, 78.4 ）系列非晶及纳米晶合金的磁性、微观结构及高温下磁性起源的微观机理并探索了Ni元素的加入对合金磁性能的影响。重点分析了Co含量对合金高温及室温下磁性的影响及高温下磁性起源的微观机理。利用XRD对合金微观结构进行了分析。分别研究了500℃等温退火不同时间及不同退火温度对合金微观结构及磁性的影响。利用Origin软件模拟XRD衍射峰计算晶化相体积分数、晶粒尺寸和剩余非晶层厚度。结果表明,退火条件对合金的微观结构有显著影响,退火温度和退火时间变化对合金的晶化体积分数、晶格常数以及剩余非晶层的厚度都有很大影响。随退火温度的升高,退火时间的增长,晶化相体积分数增大,而晶粒间的非晶层厚度不断减小,晶格常数增加,但其数值一直小于bcc-FeCo的晶格常数。利用测量交流初始磁导率μ_i随温度的变化规律（即μ_i–T曲线）,研究了合金的高温磁性。采用在线测量初始磁导率变化的方法,得到了20℃～800℃范围内的磁导率与温度的关系。结果表明, Co部分替代合金中的Fe可以显著提高了FINEMET型合金的非晶相居里点,使合金μ_i保持到较高温度没有明显下降,但是Co的加入却使饱和磁感应强度下降,磁致伸缩系数增加,导致室温下磁导率的显著下降。由不同温度真空退火后的纳米晶合金初始磁导率随温度的变化规律,发现经较高温度退火的合金的初始磁导率在非晶相居里温度以上很大范围内没有明显衰减,这是在双相纳米晶合金中观察到的一种新现象,其磁特性不同于Fe基纳米晶合金。我们利用Hernado关于Fe基合金的交换耦合作用模型,采用理论计算和实验验证的方法分析了FeCo基合金高温下交换耦合作用的微观机理,结果显示,双相纳米晶合金晶粒间发生完全交换耦合穿透作用时,晶粒间非晶层的表观居里温度可大幅提高到与晶化相居里点相同的温度（即T_C^A =T_C^α）,并计算得到α-FeCo晶粒间发生完全交换耦合穿透作用的临界厚度（Λ_c）小于α-Fe晶粒的Λ_c,解释了高温下FeCo基纳米晶合金磁导率明显高于Fe基纳米晶合金的原因。为了提高FeCo基纳米晶合金的初始磁导率,在FeCo基纳米晶合金中加入了不同的Ni含量,并测试了Ni含量对磁致伸缩,居里温度、饱和磁感应强度及初始磁导率等磁学参数。结果表明,加入Ni后可显著提高FeCo基纳米晶合金的初始磁导率,但却降低了合金的居里温度。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-22
  1.1 磁性与磁性材料  8-13
    1.1.1 软磁材料  8-9
    1.1.2 非晶软磁材料  9-11
    1.1.3 纳米晶软磁材料  11-13
  1.2 FeCo基纳米晶软磁材料结构及其特点  13-14
    1.2.1 FeCo基纳米晶材料简介  13-14
    1.2.2 FeCo基纳米晶材料的形成元素  14
  1.3 两相纳米晶合金交换相互作用模型  14-19
    1.3.1 Herzer 的有效各向异性模型  15-16
    1.3.2 Hernando 的有效各向异性模型  16-17
    1.3.3 Suzuki的有效各向异性模型  17-19
  1.4 纳米晶合金的研究现状  19-20
  1.5 本文的研究目的及主要内容  20-22
    1.5.1 研究目的及意义  20
    1.5.2 本文主要内容  20-22
第二章实验方法  22-31
  2.1 非晶合金的制备  22-23
  2.2 纳米晶合金的制备  23-26
    2.2.1 管式真空炉结构  23-24
    2.2.2 管式真空炉控温部分电路图  24-25
    2.2.3 管式真空炉实验操作步骤  25-26
  2.3 高温磁性测量装置  26-28
    2.3.1 测量装置  26
    2.3.2 测量原理  26-27
    2.3.3 测量步骤  27-28
  2.4 实验分析技术  28-31
    2.4.1 差示扫描量热法（DSC）  28-29
    2.4.2 X射线分析衍射技术（XRD）  29-30
    2.4.3 静态磁性测量技术（VSM）  30
    2.4.4 场发射扫描电镜分析技术（SEM）  30-31
第三章 FeCoSiBNbCu纳米晶合金的高温磁性研究  31-46
  3.1 FeCoCuNbSiB合金淬态的μ_i -T曲线  31-32
  3.2 不同退火时间对合金的结构影响  32-35
  3.3 不同退火温度对合金的磁性影响  35-41
  3.4 不同Co含量对高温磁性的影响  41-45
  3.5 小结  45-46
第四章非晶居里温度之上磁性起源的微观机理  46-56
  4.1 Fe_(38.4)Co_(40)Si_9B_9NB_(2.6)Cu真空500℃退火后晶化相及剩余非晶相的主要成分  46-47
  4.2 高温下FeCo基合金磁性起源的讨论  47-55
    4.2.1 高温下磁导率变化的主要原因  48-50
    4.2.2 发生明显交换耦合穿透作用的临界值  50-55
  4.3 小结  55-56
第五章 Ni元素对室温及高温磁性的影响  56-63
  5.1 Ni对FeCo基合金居里温度的影响  56-58
  5.2 Ni元素对初始磁导率的影响  58-62
  5.3 小结  62-63
第六章结论  63-65
参考文献  65-71
致谢  71-72
攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目  72

FeCo基纳米晶合金高温磁性及其微观机理研究

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