FeCoNi基高熵非晶软磁合金的制备与性能研究

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高熵合金(HEAs)是一种新型多组元合金,每种组元的含量在5 at.%-35 at.%之间。由于其独特的成分规则,微观结构和优异的机械性能。高熵合金在先进金属材料领域受到广泛关注。然而现有的研究中大家普遍关注的是其力学性能,对于高熵合金磁学性能的研究却是寥寥无几。高熵合金的原材料成本较高,为了实现高熵合金的商业化应用,除了要保证合金的性能足够优异外,还需要保证合金的使用寿命与稳定性要足够的好,这样高熵合金才具有高的性价比。针对这些问题,本文对Fe24Co24Ni24Si13B9M6、Fe27Co27Ni27Si9B9RE1以及Fe27Co27Ni27Si10-xB9Lax合金的热力学性能、耐腐蚀性能和磁学性能展开研究,并对Fe27Co27Ni27Si10-xB9Lax高熵合金的力学性能进行探索。(1)对于六元Fe24Co24Ni24Si13B9M6高熵非晶软磁合金,主要研究的是合金元素Cr、Mo、Nb和V对其结构、热力学性能、耐腐蚀性能和磁学性能的影响。通过实验发现:合金在45 m/s的甩带速度下,保持完全非晶结构。合金元素Cr、Mo、Nb和V能够有效提高合金的热稳定性与非晶形成能力。其中Nb合金提高了合金的非晶形成能力最为明显,其约化玻璃转变温度达到了0.636,而添加Mo元素对合金的一次晶化温度Tx1和二次晶化温度Tx2影响最大,其二次晶化温度已经达到了631℃。合金在0.1 mol/L的NaCl溶液中,含Cr元素的合金具有最好的耐腐蚀性能,其自腐蚀电压为-0.27 V,腐蚀电流密度为1.25×10-6 A/cm2。含V元素的合金饱和磁感应强度Bs最低,含Mo元素的合金具有最大的居里温度250℃,而普通Co基非晶合金的居里温度仅为200℃左右。在动态M-T曲线含V元素的合金出现了两次居里温度,分别为非晶相居里温度和晶化相的居里温度。其中含Cr元素合金的晶化相居里温度Tc超过700℃。而普通Fe基非晶纳米晶合金居里温度仅为550-600℃。合金晶化相的超高的居里温度为Fe24Co24Ni24Si13B9M6系列合金在高温环境服役提供了实验依据。(2)在Fe27Co27Ni27Si9B9RE1合金中,稀土元素可略微提高合金的Tx1,但可大幅提高合金Tx2。与不含稀土元素相比,含稀土Nd的合金其Tx2可达547℃,合金的二Tx2提高了30℃。在耐蚀性方面,稀土元素Pr可显著提高合金的耐蚀性,而稀土Nd却会恶化合金的耐蚀性。对于合金磁学性能的研究发现,稀土元素La可略微降低合金的矫顽力,此外合金热处理工艺对其饱和磁感应强度的影响也较大。在晶化温度附近热处理时,合金的饱和磁感应强度均有一定程度提高,但在高温热处理时合金软磁性能恶化明显。(3)针对稀土La取代部分非金属元素Si制备Fe27Co27Ni27Si10-xB9Lax合金的研究中发现:微量稀土元素La可抑制合金晶粒的长大,还可抑制金属间化合物的析出。对合金的热力学的研究还发现其Tx1以及Tx2与稀土La之间的关系,当稀土La的含量为0.51 at.%时具有最大Tx1 424℃,含量在0.87 at.%时具有最大Tx2 549℃。在磁学性能方面合金Fe27Co27Ni27Si9.4B9La0.6在580℃热处理5分钟后合金的饱和磁感应强度达到了1.25 T。在力学性能上,微量稀土也能提高铸态合金的断裂强度与韧性变形。
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