温度与成分对Fe--V合金微观磁结构影响的研究

摘要

磁性作为材料的基本物理性质之一，具有广泛的应用价值。目前，已被开发并使用的磁性产品种类甚多，在军事、高精密传感器、磁记录等领域的发展尤其迅猛。近些年，由日本渡边(T Wantanabe)教授提出了一种新的概念“磁有序强化”更是将磁性与材料的力学性能联系在了一起。他在总结自己对Fe-Co、Fe-Cr和Fe-Mo合金的实验结果后发现，温度和成分是影响Fe基磁性合金强度的两个宏观因素。无论成分还是温度，其对强度的作用都是通过影响Fe基磁性合金的微观结构来实现的，包括合金的电子结构和磁畴结构等。 在我们之前的研究中发现，Fe-V合金作为一种磁性合金同样具有渡边教授所描述的“磁有序强化”现象。为了说明成分和温度对Fe-V合金磁性的影响，本文通过实验以及第一性原理计算两方面分析了Fe-V合金的磁性变化。 在实验部分，我们利用X射线衍射(XRD)测量合金晶格常数的变化，利用振动样品磁强计(VSM)测量合金的饱和磁化强度，利用磁力显微镜(MFM)对样品的磁畴结构进行观察。实验结果显示，随着环境温度的升高，合金的饱和磁化强度下降，并在约625℃处下降趋势发生转折，高于625℃后合金的饱和磁化强度随温度升高下降速度更快。磁畴结构观测结果也有相似结果，Fe-V合金的磁畴结构的变化也分为两个阶段。625℃以下，随温度升高磁畴结构变化主要表现为磁畴宽度的减小;而当温度超过625℃，温度继续升高，条状枝磁畴结构的长度开始缩短，相邻磁畴内部自发磁化强度以及取向差异减小，磁畴结构开始模糊。合金的成分也会对其磁性能产生影响，表现在V含量增加，合金饱和磁化强度降低以及磁畴宽度减小两方面。 在计算部分，我们分别建立了晶体模型和团簇模型对Fe-V合金进行模拟。模拟结果显示，Fe-V晶体中Fe原子与V原子之间以反铁磁性耦合，两种原子的原子磁矩方向相反，这从微观解释了V含量增加会导致Fe-V合金饱和磁化强度的降低。另外，在团簇模型计算中，我们发现V原子位于体心和顶点两位置时，其与Fe原子的磁相互租用发生改变，V原子位于体心时，Fe和V原子呈反铁磁性耦合;V原子位于顶点时，Fe和V原子的原子磁矩同向。

目录

声明

摘要

1．1材料的磁性

1．1．1材料磁性的发展

1．1．2原子磁矩与磁性结构

1．1．3磁畴的成因及其结构

1．1．4磁畴结构的观测方法简介

1．2第一性原理计算

1．2．1微观粒子的描述

1．2．2密度泛函理论

1．2．3电子态密度与能带结构

1．2．4 CASTEP软件包简介

1．3本文的研究内容及意义

第2章实验方法

2．1合金成分选择与原料制备

2．2热处理工艺

2．3样品表征

2．3．1金相组织分析

2．3．2 SEM分析

2．3．3 XRD分析

2．4磁性能检测与磁畴结构观察

2．4．1振动样品磁强计测试

2．4．2磁畴结构观察

第3章成分及温度对Fe-V合金微观磁结构的影响

3．1再结晶热处理工艺确定

3．2合金成分分析

3．3XRD数据分析

3．4初始磁化曲线分析

3．5磁力显微镜磁畴结构分析

3．6本章小结

第4章Fe-V合金电子结构计算

4．1．1超晶胞构建及计算参数

4．1．2能带结构与电子态密度

4．1．3原子磁矩计算结果

4．2团簇模型下的电子结构计算

4．2．1团簇模型构建及计算参数

4．2．2团簇模型电子态密度

4．3本章小结

第5章结论

参考文献

致谢