钴基非晶合金粉末的制备及性能研究

摘要

本文采用化学还原法制备了Co-B和Co-Zr-B两种非晶合金粉末，即用硼氢化钠(NaBH<,4>)的水溶液分别加入到氯化钴COCl<,2>·6H<,2>O或者COCl<,2>·6H<,2>O和硫酸Zr(SO<,4>)<,2>·4H<,2>O的混合水溶液中，利用BH<,4><'->把氯化钴COCl<,2>·6H<,2>O水溶液中的CO<'2+>还原出来形成Co-B合金；把氯化钴COCl<,2>·6H<,2>O和硫酸锆Zr(SO<,4>)<,2>·4H<,2>O混合溶液中的Co<'2+>和Zr<'4+>同时还原出来形成Co-zr-B合金。分别使用x射线衍射分析(XRD)、等离子发射光谱分析(ICP)、透射电镜分析(TEM)、选区电子衍射分析(SAED)、差示扫描量热法(DSC)及振动样品磁强计(VSM)分析了样品的结构、成分和磁性能。 针对Co-B二元体系，研究了制备条件(滴加速度、反应温度、还原剂浓度、滴加方式)对Co-B非晶合金粉中硼含量和结构的影响。试验结果表明，当把硼氢化钠水溶液加入到氯化钴水溶液中时，可成功制备出非晶态纳米Co-B二元合金粉末。粉末颗粒呈球形，粒径在20-60nm之间，并且团聚成网状。硼氢化钠水溶液的浓度越高、滴加速度越快以及提高反应温度，合金粉末中的硼含量就越高。如果把氯化钴水溶液滴加到NaBH<,4>水溶液中，反应产物中有大量的CoO晶体颗粒存在，并且反应过程也不易控制。 通过DCS实验，非晶态Co<,74.67>B<,25.33>粉末所有DSC曲线上都有一个放热峰，这说明晶化是一步发生的经过非等温晶化后结构组成为面心立方的Co，体心立方的Co<,2>B和正交立方的Co<,3>B三种状态。利用Kissinger方程计算出成分为Co<,74.67>B<,25.33>的非晶粉末的表观晶化激活能为(422.76±4.89)kJ/mol，这个数值比相似成分的Co<,75>B<,25>非晶薄带的激活能大，说明化学还原法制备的Co-B非晶粉体的热稳定性较液体急冷法得到的非晶薄带的热稳定性高。 在Co-Zr-B体系中，分别改变Co<'2+>/Zr<'4+>的比值和NaBH<,4>的加入速度制备了两组粉末。分析了样品的成分、结构和磁性能。结果发现，所制备的不同成分的粉末颗粒呈球形，粒径在20～60nm之间。纳米粉末由非晶相基体和少量晶体相杂质组成，而非晶相基体又是由Zr基非晶颗粒和含有zr的Co基非晶颗粒所构成。还产物中的Co原子和zr原子的摩尔数之比与金属盐混合溶液中的Co<'2+>与Zr<'4+>的摩尔浓度之比几乎相等。提高NaBH<,4>溶液的加入速度，可增加产物中硼元素的含量。样品的热稳定性随其中Zr含量的增加而增加，而样品的磁性能也与样品中Co、zr原子的含量之比有关系。当Co/Zr比值从1.94增加到5.14时，饱和磁化强度从4.76emu/g增加到8.87emu/g，但矫顽力却在15.980e到26.81Oe之间不规则变化。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1非晶态合金简介

1.1.1非晶态合金的概念

1.1.2非晶态合金的发展历史

1.2非晶态材料的性能及应用

1.2.1块体非晶的性能及应用

1.2.2非晶粉末的性能及应用

1.3非晶合金的晶化

1.4非晶态合金粉末的制备方法

1.4.1非晶合金带材、线材及块体的制备方法

1.4.2非晶合金粉末的制备方法

1.4.3化学还原法简介

1.5本研究工作的内容及意义

第2章实验方法及实验数据处理

2.1实验方案

2.2实验装置

2.3非晶、纳米晶的检测

2.3.1 X射线衍射分析(XRD)

2.3.2电感耦合等离子体发射光谱分析(ICP)

2.3.3透射电子显微镜(TEM)

2.3.4差示扫描量热分析(DSC)

2.3.5振动样品磁强计分析(VSM)

第3章制备条件对Co-B合金的形貌及硼含量的影响

3.1实验方法

3.2制备工艺因素对产物中硼含量的影响的理论分析

3.2.1还原剂的浓度对产物中硼含量(XB)的影响

3.2.2反应温度对产物中硼含量(XB)的影响

3.3结果与讨论

3.3.1粉末的结构与形貌

3.3.2制备条件对产物中硼含量的影响

3.4本章小结

第4章Co74.67B25.33非晶合金的晶化激活能

4.1实验结果与分析

4.2晶化动力学参数

4.5本章小结

第5章Co-Zr-B的化学还原法制备及晶化和磁性能分析

5.1合金的制备

5.2实验结果与讨论

5.2.1样品的成分

5.2.2样品的结构和热稳定性

5.3本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A硕士期间发表的论文