铁基非晶合金的热力学与动力学研究

摘要

铁基非晶合金自上世纪六十年代问世以来，因其特有的内部结构和优异性能（如软磁性能、力学性能和耐腐蚀性能等），成为了广大学者研究的热潮。经过不断的努力，其制备方法，处理工艺以及理论体系不断的完善，其制备技术日益成熟。各种具有较大玻璃形成能力的Fe基非晶体系被发掘出来，其非晶尺寸不断突破。但是，关于铁基非晶合金的理论体系还需进一步完善，其研究工作仍需继续进行。
　　本文以Fe(AlGa)-BPSiC非晶合金系为研究对象，研究Nb元素的添加和不同预退火处理方法（低温预退火、高温预退火和分步预退火）对Fe基非晶合金热力学、动力学以及晶化过程的影响。
　　根据XRD图谱分析可知，向Fe74Ga2P9.65B4.6Si3C6.75合金添加Nb元素后，其衍射图谱中仍为“馒头峰”，表明合金仍为非晶;通过DSC分析可知，其热力学参数（Tg、Tx、Tp）明显提高，表明玻璃形成能力增强;由Kissinger方程计算的出各特征激活能数据显示，非晶合金添加Nb后其Eg、Ex、Ep分别从403J/mol、324J/mol、356J/mol增加到507KJ/mol、365KJ/mol、408KJ/mol。表明适量Nb的添加能提高Fe74Ga2P9.65B4.6Si3C6.75热稳定性;在不同加热速度下样品的热力学参数均向高温区移动表明具有动力学效应;由BT值的变化，表明(Fe74Ga2P9.65B4.6Si3C6.75)98Nb2合金具有更明显的动力学效应。
　　(Fe74Ga2P9.65B4.6Si3C6.75)98Nb2样品经不同预退火处理，经XRD分析表明，非晶合金仍为非晶态，但是与淬态样品Z相比，A、B和C样品峰强增大，其中C样品的预峰最大，表明非晶合金经高低温分部预处理后结构更复杂，存在低温结构弛豫与高温结构弛豫的现象。经预处理后样品的DSC曲线图只有一个放热峰，表明为一级晶化方式;非晶合金各特征热力学参数均有增加，表明非晶合金经预处理后，其内部结构发生改变;经三种预处理后的样品在不同加热速度下，其Tg、 Tx、Tp均向高温区移动，表明，非晶具有动力学效应;各特征激活能大幅度增加，表明非晶合金的热稳定性提高，其中，经高低温分步退火后的Ep最大，达到827KJ/mol，表明合金晶化过程需要克服更大的壁垒，因而稳定性最高。
　　预处理后的非晶合金样品在873K温度下退火30min，根据XRD分析可知:经预处理后非晶合金晶化后的相种类增加，晶粒尺寸减小，晶化面积增加。S1、S2、S3三种样品的析出相种类在焠态样品z的基础上增加了FeP4相;样品S3有新相Fe3C和Fe3Si的析出;经计算z、S1、S2和S3的晶粒尺寸分别为32.2nm、27.7nm、29.6nm、19.7nm，晶化面积分别为19.4％、20.5％、28.9％、32.8％，S3样品减小的最多，晶化面积增大。由此说明分步预退火对非晶合金的晶化效果最好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 非晶合金的概念及发展历程

1．1．1 非晶合金的概念

1．1．2 非晶合金的发展历程

1．2 非晶合金的形成机理

1．2．1 非晶合金的热力学

1．2．2 非晶合金的动力学

1．2．3 非晶合金的结构学

1．2．4 GFA的判据

1．3 非晶合金的晶化

1．3．1 晶化过程的形核与长大

1．3．2 晶化过程的热力学

1．3．3 晶化过程的动力学

1．3．4 晶化相尺寸计算

1．4 Fe基非晶合金的发展

1．4．1 合金元素对Fe基非晶合金GFA的影响

1．4．2 铁基非晶合金的预处理

1．4．3 铁基非晶合金的晶化处理方法

1．5 本文研究的意义与主要内容

1．5．1 目前国内发展现状

1．5．2 本文研究的主要内容

第二章 铁基非晶的研究方案和制备及检测

2．1 Fe基非晶合金的制备

2．1．1 实验方案

2．1．2 实验设备及材料

2．1．3 母合金的制备

2．1．4 非晶合金的制备

2．2 非晶合金的检测

2．2．1 XRD分析

2．2．2 DSC分析

2．3 非晶合金的热处理

2．3．1 预退火处理

2．3．2 非晶合金的晶化处理

第三章 Nb对Fe74Ga2P9．65B4．6Si3C6．75热力学与动力学影响

3．1 Nb添加后的XRD分析

3．2 Nb对Fe74Ga2P9．65B4．6Si3C6．75非晶合金热力学影响

3．3 Nb对Fe74Ga2P9．65B4．6Si3C6．75非晶合金动力力学影响

3．4 本章结论

第四章 预处理对(Fe74Ga2P9．65B4．6Si3C6．75)Nb2热力学影响

4．1 非晶合金结构弛豫的XRD分析

4．2 预处理对非晶合金热力学影响

4．2．1 预处理对非晶合金热力学参数的影响

4．2．2 预处理对非晶合金热稳定性的影响

4．3 本章结论

第五章 非晶合金预处理后的晶化过程分析

5．1 晶化处理后样品的XRD分析

5．2 本章结论

第六章 总结

参考文献

致谢

攻读硕士研究生学位期间发表的论文