四元Fe-B-Nb-Y(Er)块状非晶合金的制备及性能研究

摘要

金属玻璃的发展已经近50年了,目前依然是金属材料中研究最为活跃的领域。Fe基块状非晶合金由于具有较高强度、良好软磁性能、较高热稳定性和优异的耐腐蚀性能而具有良好的应用前景。
　　 本文首先通过在Fe-B-Nb合金系中添加稀土元素Y、Er来研究Fe-B-Nb-Y(Er)系非晶合金的性能变化。在此基础上,添加Mo元素制备了Fe-Mo-B-Nb-Y非晶合金系。通过X射线衍射(XRD)分析、差示扫描量热分析(DSC)、振动样品磁强计(VSM)测试、穆斯堡尔谱(M(o)ssbauer spectrum)、压缩实验几种测试方法,分别探讨了三个合金系非晶合金的形成能力、热稳定性、磁性和力学性能。
　　 采用工业级纯度原料而未采用任何净化处理手段利用铜模浇铸方法分别成功制备出直径3.0mm的(Fe72B24Nb4)95Y5和5.0mm的(Fe72B24Nb4)95Er5块状非晶合金。实验结果表明:随着Y、Er含量的增加,样品临界尺寸增大,这说明Y、Er元素的加入提高了两个合金系的非晶形成能力。
　　 通过对热稳定性的研究发现:块状非晶合金过冷液相区宽度都较大(大于或接近70K),热稳定性较高。Er含量的增加并没有使过冷液相区宽度呈单一性的变化趋势；Y含量的增加使得非晶合金的过冷液相区逐渐减小。直径2mm的(Fe72B24Nb4)96Y4非晶棒材的过冷液相区达到114K,是在目前所有文献报道中过冷液相区很宽的样品,这表明这种合金成分热稳定性很高。DSC曲线上过冷液相区内放热峰的出现是由于合金组元之间的混合焓有很大的差异,加热过程中,局部区域原子之间重新排序,放出热量造成的。
　　 磁性研究发现:在Fe-B-Nb-Y合金系中随Y含量的增加,样品的饱和磁化强度和矫顽力呈现出先增大后减小的变化趋势,而磁导率呈现先减小后增大的变化趋势；在Fe-B-Nb-Er合金系中随Er含量的增加,样品的磁性参数都呈现先增大后减小的变化趋势,当Er元素增加到6.0at.％时恶化了合金系的软磁性能。其中直径为2.0mm的(Fe72B24Nb4)95Er5非晶合金棒的软磁性能最好。
　　 在Fe-B-Nb-Y合金系中添加Mo元素后,制备了直径为2.5mm与3.0mm的(Fe71Mo1B24Nb4)96Y4和(Fe71Mo1B24Nb4)95Y5非晶棒材。直径2.0mm的(Fe71Mo1B24Nb4)95Y5非晶棒材的过冷液相区达到122.9K,这表明这种合金成分热稳定性很高。VSM测试表明Mo元素加入到Fe-B-Nb-Y合金系中,在一定程度上恶化了该合金成分的软磁性能。压缩实验结果显示直径2.0mm的(Fe71Mo1B24Nb4)96Y4试样断裂强度为4023.41Mpa,这个断裂强度是已有文献中第二高的断裂强度值。