具有大过冷液相区的软磁性铁基块体非晶合金的制备和性能

摘要

铁基非晶合金由于其高强度、高硬度、优异的软磁性能、良好的耐蚀性和较低的成本而备受关注，并已在节能变压器中得到应用。采用基于非晶合金过冷液相区内粘性流动特性的超塑性加工技术，铁基非晶合金可实现微型高性能磁性元件和电动机械器件的批量生产，应用前景非常广阔。然而现有软磁性铁基非晶合金并不具备超塑性加工所需的低玻璃化转变温度（Tg）、大过冷液相区间(△Tx)和高玻璃形成能力(Glass forming ability,GFA)。为了开发超塑性加工用软磁性铁基非晶合金，本论文采用微合金化和相似元素添加的方法，通过在软磁性Fe75P10C10B5非晶合金中添加Mo、(Co，Ni)和Cr元素制备出了具有低Tg、大过冷液相区和高玻璃形成能力的铁基块体非晶合金，并评价了其磁性能、力学性能、过冷液相区内的粘度和耐蚀性。本论文的主要包括以下内容:
　　1.随Mo元素含量的增加，Fe-Mo-P-C-B系非晶合金Tg由723K逐步升高至760K;合金过冷液体热稳定性和合金玻璃形成能力显著提高，△Tx和临界直径（dc）由37K和小于1mm增加至Fe67.5Mo7.5P10C10B5的96K和3mm。
　　2.Fe75P10C10B5合金晶化时首先出是Fe3(P,B)相，Fe67.5Mo7.5P10C10B5合金则为Fe3(P,B)相和复杂相(Fe，Mo)23(C，B)6同时出现。Fe67.5Mo7.5P10C10B5合金优异的过冷液体热稳定性归因于其多相同时出现的晶化方式及复杂相(Fe，Mo)23(C，B)6的出现。
　　3.Co、Ni元素部分取代Fe元素降低了Fe67.5Mo7.5P10C10B5合金Tg，其中Fe60Ni7.5Mo7.5P10C10B5合金Tg低至727K;扩大了△Tx，其中Fe60Co5Ni2.5Mo7.5P10C10B5合金△Tx达到100K;提高了合金玻璃形成能力，dc可达4mm。Cr元素进一步取代Mo元素降低了Tg，但没有提高合金过冷液体热稳定性和合金玻璃形成能力。
　　4.(Fe，Co，Ni)-(Mo，Cr)-P-C-B系非晶合金在其过冷液相区内具有较低的粘度，最低可达107Pa·s数量级，表明该系合金具有良好的超塑性加工成形性。
　　5.(Fe，Co，Ni)-(Mo，Cr)-P-C-B系非晶合金具有良好的软磁性能，合金饱和磁化强度（Is）为0.77～0.83T，矫顽力（Hc）为2.07～12.36A/m。该系合金也表现出高强度和高硬度，屈服强度(σc,y)达到3263～3479MPa，杨氏模量(E)达到165～181GPa，塑性应变(εc,y)在0.5～1.5％之间，维氏硬度(Hv)达到943～992。
　　6.(Fe，Co，Ni)-(Mo，Cr)-P-C-B系非晶合金在1N硫酸、1N盐酸和3mass％氯化钠溶液中具有良好的耐蚀性。其中含Cr的(Fe，Ni)-(Mo，Cr)-P-C-B系非晶合金具有可与SUS316L不锈钢相比拟的耐蚀性。