单分散铁基金属玻璃球形粒子的制备及其影响因素研究

摘要

铁基金属玻璃粒子由于其良好的力学性能、软磁性能和在过冷液相区具有超塑性的特性在微成型、磁粉芯、热喷涂涂层、合成大块金属玻璃等领域都有着良好应用。脉冲微孔喷射法是一种基于喷墨打印原理来制备均匀粒子的技术，该技术具有成本低、对原材料无限制、所得粒子粒径均匀可控、球形度高、热历史一致等优点。本文基于微孔局域脉冲扰动原理，优化改造了高熔点脉冲微孔喷射设备，分别在Ar气和He气氛围下制备了铁基Fe60Ni7.5Mo7.5P10C10B5金属玻璃粒子，探讨了工艺参数对粒子粒径大小及其分散程度的影响。对粒子表面形貌、内部相组成和结构、热稳定性等性能进行评价，建立理论模型来计算金属玻璃的临界冷却速度，得到的主要结论有： （1）脉冲微孔喷射法能够制备出粒径均匀、球形度高、表面质量好、内部没有缺陷的Fe60Ni7.5Mo7.5P10C10B5金属玻璃球形粒子； （2）金属玻璃粒子的粒径大小及其分散程度与工艺参数密切相关，粒子的粒径随着坩埚内外压力差的增加、压电陶瓷驱动电压增大、驱动波形上升沿时间的减小而增大。本论文实验条件下稳定制备出均匀金属玻璃粒子的最佳参数为：压力差为5-6kPa、驱动电压为105V、上升沿时间为250μs； （3）冷却凝固时，金属玻璃粒子表面最先与气体接触，冷却的最快，因此在不同气体氛围下制备的粒子其表面均表现出了完全玻璃相； （4）本论文实验条件下，Ar气氛围下得到完全玻璃相粒子的最大粒径为285μm，随着粒径增加，粒子内部会从完全玻璃相状态向晶体相发生转变，He气氛围下制得的粒子均为完全玻璃相，这是因为He气的热导率远大于Ar气。 （5）通过建立理论模型计算得到Fe60Ni7.5Mo7.5P10C10B5金属玻璃粒子临界冷却速度应大于1300K/s。

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