CuZrTiCo块体非晶合金中铁磁相的析出及其磁性能研究

摘要

Cu基非晶合金是近年来在非晶合金体系中发展最为迅速的非晶体系,同时巨磁电阻效应也是非常热门的研究课题,两者在实际生产中都有很强的应用价值。本实验的目的是想通过工艺设备和成分设计将两者结合起来,制备出具有磁电阻效应的Cu基块体非晶合金。本文采用铜模真空吸铸法制备一系列(Cu60Zr30Ti10)100-xCox片状样品,主要针对x=6、8、10、13四种样品进行试验,在真空环境下分别对其进行不同温度的热处理,利用差示扫描量热法(DSC)、X射线衍射(XRD)、光学显微镜、扫描电子显微镜、振动样品磁强计(VSM)、四探针法等检测手段,研究了这一系列样品的晶化行为,微观组织、微观成份分布、磁性能以及磁电阻效应。得到如下的研究结果:
　　 四种片状试样在铸态下形成非晶态基体+晶态相的复合结构。DSC分析表明,(Cu60Zr30Ti10)87Co13和(Cu60Zr30Ti10)94Co6在400℃到600℃之间都出现了明显的晶化放热峰,而(Cu60Zr30Ti10],)92Co8、(CU60Zr30Ti10)90Co10两种试样无此特征峰；四种试样均无明显的玻璃化转变。XRD与DSC结果均说明,x=6、13试样的非晶比例较x=8、1O试样多。考察(Cu60Zr30Ti10)100-xCox(x=2、4、6、8、9、10、13)成分的棒状样品,分别当x=2、9时,才能形成2mm棒状的完全非晶合金,说明这两种成分是这一系列当中,玻璃形成能力最强的,其他Co含量的试样均有晶态相出现。由此可以说明Co元素的加入降低了Cu60Zr30Ti10合金的非晶形成能力。
　　 真空热处理这四种成分试样,退火温度分别定为200℃、300℃、480℃,保温30min。(Cu60Zr30Ti10)94Co6和(Cu60Zr30Ti10)92Co8两种成分试样随着退火温度的上升,微观结构和成份发生变化,退火温度从200℃到300℃时,Co与Zr、Ti的化合物从基体中析出,磁性析出物比较弥散,从300℃上升到480℃,微结构磁性颗粒不断吞并,形成更为明显的富Co、Zr、Ti区和富Cu区,在XRD的漫散射峰附近出现了明显的晶化峰,非晶比例越来越少,样品晶化析出的化合物越来越多,尺寸越来越大,成份也越来越复杂,主要是以CoZr和CoTi为主的化合物,(Cu60Zr30Ti10)90Co10和(Cu60Zr30Ti10)87Co13两种成分试样的内部结构变化更为复杂,从铸态开始就出现两相分离,随着退火温度的不断上升,出现了类似于共晶体或共析体的协同生长组织,内部结构和成分发生很大变化。
　　 四种样品对于不同退火温度,表现出来的磁性能有很大差异,(Cu60Zr30Ti10)100-xCox当x=6、8、10三种成分饱和磁化强度先上升后下降,在退火温度为300℃时,达到最大的单位质量饱和磁化强度,分别为13.0emu/g、15.9emu/g、13.4 emu/g。通过四探针原理测量样品在铸态和退火之后试样的磁电阻效应,同一样品在不同外磁场下表现出来的磁电阻率是不同的,在低场下磁电阻率较低,随着外磁场的增加,磁电阻率不断增大,当外磁场进一步增大时,磁电阻率又随之减小。同种成份的样品经不同温度退火后,在相同磁场下,变现出来的磁电阻率也是不同的,四种样品在退火温度为200℃或300℃时达到最大的磁电阻率。(Cu60Zr30Ti10)100-xCox x=6、8、10、13四种成分的最大磁电阻率分别为5.8％、6％、5.3％、4.3％。