Fe-Cu-Nb-Si-B-Ni铁基非晶合金的性能与晶化动力学研究

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本文研究了Fe-Cu-Nb-Si-B-Ni非晶合金的玻璃形成能力、软磁性能以及等温和非等温晶化动力学;通过成分设计,Ni部分替代FINEMET铁基软磁材料中的贵金属Nb元素,采用真空非自耗电弧炉在氩气保护下熔炼制备合金的铸锭,由单辊甩带机制备了非晶合金带材,利用X-射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、振动样品磁强计(VSM)对带材的微观结构和磁性能进行了表征和测试。通过对铸态Fe73.5Cu1Si13.5B9Nb3-xNix (x = 0, 0.5, 0.8, 1.0, 1.5, 2) XRD图谱的分析得出喷射压力对微观结构影响很大。用DSC分析得到其中Fe73.5Cu1Si13.5B9Nb2.5Ni0.5非晶合金的热稳定性最好,Fe73.5Cu1Si13.5B9Nb2Ni1非晶合金带材的热稳定性最差,非晶合金Fe73.5Cu1Si13.5B9Nb1.5Ni1.5与Fe73.5Cu1Si13.5B9Nb2Ni1的热稳定性跟原始成分Fe73.5Cu1Si13.5B9Nb3很接近,说明此时的非晶形成能力也与原始成分很接近;由以上分析可看出Ni含量和非晶合金的玻璃形成能力关系密切。VSM测试结果显示Ni=2时合金的软磁性能最好,并且超过原始成分FINEMET的软磁性能,由此看来只要Ni元素替代适量的Nb元素可以在降低FINEMET型合金成本的同时提高它的软磁性能。用差示扫描量热法(DSC)对Fe-基非晶合金的等温和非等温晶化动力学进行了研究,利用Kissinger和Ozawa方法分析了晶化过程的晶化激活能,非晶合金Fe73.5Cu1Si13.5B9Nb3-xNix (x = 0.5, 1.0, 1.5, 2)的初晶晶化激活能Ep1分别为:380.8、398、363.2、434.6 kJ/mol,结果表明的热稳定性非常高。晶化体积分数与时间的关系曲线呈S形变化,由JMA曲线的斜率得到的Avrami指数n在1.69~1.92之间,表明非晶合金的晶化为晶核生长受扩散控制的初晶型晶化。
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