FeCoHfBCu非晶、纳米晶合金性能及其经验电子理论研究

摘要

HITPERM型FeCoHfBCu纳米晶合金是二十世纪末国际上涌现出的一种新型纳米微晶软磁材料，具有高磁导率、高饱和磁通密度、低矫顽力、频散特性好等特点，是各种新式武器装备和新动力系统（电动系统）的首选材料，因此成为近些年软磁材料研究的热点。而纳米晶合金则是通过非晶合金的纳米晶化获得的，可见非晶合金FeCoHfBCu的制备及其稳定性的研究也十分重要。
　　本论文针对FeCoHfBCu非晶、纳米晶合金，采用透射电镜(TEM)、穆斯堡尔谱、正电子湮没技术(PAT)和差热分析(DTA)等测试手段，对其微结构和性能进行了研究。并且借助固体与分子经验电子理论（EET理论）和非晶合金的微晶模型，计算了FeCoHfBCu非晶合金的理论磁矩。本论文的主要研究内容如下：
　　(1)首先采用单辊熔体急冷法分别制备了x=0.3～0.6的(Fe1-xCox)86Hf7B6Cu1合金。在样品的制备中，B元素的添加方式有两种:纯B和FeB，铜辊的转速也分别采用49m/s和45m/s两种。然后对上述制备的所有样品采用XRD、TEM、SEM和穆斯堡尔谱进行表征，结果表明本实验采用单辊熔体急冷法制备的(Fe1-xCox)86Hf7B6Cu1合金样品均为非晶态。
　　(2)借助DTA曲线、PAT和振动样品磁强计(VSM)研究了辊速、B元素的加入方式和x的取值对(Fe1-xCox)86Hf7B6Cu1非晶合金性能的影响。DTA结果表明:对于相同B元素的添加方式，而不同辊速制备的非晶合金，采用较大冷速49m/s制备的非晶合金的晶化激活能较大;对于相同辊速，B元素添加方式不同时，添加纯B的非晶样品的晶化激活能较大;而对于相同辊速、相同B元素添加方式的(Fe1-xCox)86Hf7B6Cu1非晶合金，x=0.4的样品晶化激活能最大。PAT研究发现:(Fe1-xCox)86Hf7B6Cu1(x=0.4)样品的中类空位型缺陷和微空洞（空位团）的体积相对较小，且类空位型缺陷的数量较少。最后采用VSM测量得到了上述样品的软磁性能参数:矫顽力(Hc)和饱和磁化强度(Ms)，结果显示，当x=0.4、辊速为49m/s、添加纯B的(Fe1-xCox)86Hf7B6Cu1非晶合金的软磁性能最好。
　　(3)为了优化Fe52Co34Hf7B6Cu1非晶合金的磁性，对其进行了中频脉冲磁场处理，采用XRD、TEM和穆斯堡尔谱对脉冲磁场处理后的样品进行表征，结果表明非晶Fe52Co34Hf7B6Cu1合金经中频脉冲处理后发生了不同程度的纳米晶化。然后借助PAT研究了纳米晶合金的微结构变化，结果显示:Fe52Co34Hf7B6Cu1非晶合金经中频脉冲处理后，样品中的微空洞数量、类空位和微空洞体积减小，类空位数量增加。这表明脉冲磁场处理合金的结构不断发生弛豫，不同类型的缺陷不断发生湮灭、复合以及扩散等变化。为了进一步消除脉冲磁场处理后样品内的结构缺陷或残余应力等，对脉冲磁场处理的样品进行真空低温(100℃～400℃)退火处理，采用TEM对脉冲磁场叠加退火处理后样品进行表征，并用VSM测量了软磁性能参数，结果显示以100℃/30min退火处理后试样的软磁性能最好，即矫顽力为41.98A/m，饱和磁化强度为185.15emu/g。
　　(4)利用经验电子理论（EET理论）中的BLD方法计算了(Fe1-xCox)86Hf7B6Cu1(x=0.4～0.6)非晶合金的价电子结构参数和磁矩值。首先采用非晶合金近程有序结构模型，计算了非晶中可能存在的α-Fe、面心立方Co、α-Fe-B、α-Fe-Co、Co-Hf和Fe-Cu六种晶胞的价电子结构参数和磁矩值。然后根据六种晶胞分别在(Fe1-xCox)86Hf7B6Cu1(x=0.4～0.6)非晶合金中所占有的比例，计算出三种(Fe1-xCox)86Hf7B6Cu1(x=0.4～0.6)合金总磁矩值，结果显示每种非晶合金总磁矩的理论计算值与实验测定值的误差小于10％，初步实现了从电子层次上研究非晶(Fe1-xCox)86Hf7B6Cu1合金软磁性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 非晶态合金

1．2．1 非晶态合金的简介

1．2．2 非晶态合金的发展简史

1．2．3 非晶态合金的结构

1．2．4 非晶态合金的制备

1．2．5 FeCo系非晶态合金简介

1．3 纳米晶软磁合金

1．3．1 纳米晶软磁合金发展简史

1．3．2 纳米晶软磁合金制备

1．3．3 纳米晶软磁合金的特点及应用

1．4 本论文研究的背景、目的及研究内容

第2章 经验电子理论概述

2．1 引言

2．2 电子理论在材料研究中的发展

2．3 固体与分子经验电子理论(EET)简介

2．4 EET理论在软磁材料中的应用

第3章 实验方法

3．1 脉冲磁场处理实验

3．2 试样的温升测量

3．3 X射线衍射分析(XRD)

3．4 透射电镜分析(TEM)

3．5 穆斯堡尔谱分析

3．6 扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析

3．7 差热分析(DTA)

3．8 正电子湮没寿命谱

3．9 试样的软磁性能测量

第4章 非晶合金的制备及表征

4．1 引言

4．2 母合金成分计算

4．3 非晶合金制备

4．3．1 母合金的制备

4．3．2 非晶薄带的制备

4．4 非晶合金薄带的表征

4．4．1 X射线检测

4．4．2 透射电镜检测

4．4．3 穆斯堡尔谱检测

4．4．4 扫描电镜及能谱分析

4．5 小结

第5章 非晶合金的热稳定性和软磁性能的研究

5．1 引言

5．2 非晶合金的热稳定

5．2．1 辊速对非晶合金热稳定性的影响

5．2．2 B的加入方式对非晶合金热稳定性的影响

5．2．3 非晶的组成成分对非晶合金热稳定性的影响

5．3 非晶合金的正电子寿命谱分析

5．3．1 正电子湮没寿命谱仪的调试

5．3．2 正电子寿命谱测量

5．4 非晶合金的软磁性能

5．5 小结

第6章 非晶、纳米晶合金性能优化

6．1 引言

6．2 中频磁脉冲处理非晶合金—纳米晶合金制备

6．2．1 X射线分析

6．2．2 透射电镜分析

6．2．3 穆斯堡尔谱分析

6．3 中频磁脉冲处理非晶合金的正电子寿命谱分析

6．4 真空退火处理纳米晶合金

6．4．1 透射电镜分析

6．4．2 试样的软磁性能分析

6．5 小结

第7章 FeCoHfBCu非晶合金的EET理论研究

7．1 引言

7．2 非晶合金的价电子结构计算

7．2．1 α-Fe晶胞价电子结构的计算

7．2．2 面心立方Co晶胞价电子结构的计算

7．2．3 α-Fe-B晶胞价电子结构的计算

7．2．4 Fe-Co晶胞价电子结构的计算

7．2．5 Co-Hf晶胞价电子结构的计算

7．2．6 Fe-Cu晶胞价电子结构的计算

7．3 非晶(Fe1-xCox)86HfTB6Cu1合金磁矩的理论计算

7．4 小结

第8章 总结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论著和科研情况

作者简历