高硬高强FE-Ni-P磁性合金的制备与性能研究

摘要

铁镍合金是一种具有高磁导率、低矫顽力、优异加工性能和高稳定性等特点的软磁材料，广泛应用于磁记录、电磁屏蔽和电工机械等诸多领域，但存在硬度、强度低，制备工艺复杂，成型温度高等不足，从而限制了其在高性能耐磨磁头等范围的应用。本论文旨在采用液相烧结法(LPS)，在较低温度下制备出高硬高强Fe-Ni-P三元磁性合金，研究工艺参数和P元素对烧结样品组织、成分与性能的影响，并分析其烧结成型机理，为开发新型铁镍合金及扩展铁镍合金的应用方面提供试验与理论基础。
　　本论文在他人研究工作的基础上，以3～5μm的球形羰基铁粉为原料，采用化学镀镍法制备了具有包覆型结构的Fe-23.69wt.％Ni-2.67wt.％P复合粉末。将该粉末经过预处理、微压成形后，分别在950、975、1000和1025℃进行真空烧结0.5h，并在950℃又进行了延长保温时间至1h和4h的真空烧结处理。对不同工艺制备的样品进行了显微组织的观察及物相结构、化学成分、密度、磁学性能、硬度和压缩性能的测试与分析，同时运用第一性原理对烧结样品物相的形成能和态密度进行了计算与分析。
　　研究结果表明，本论文制备的Fe-Ni-P复合粉末主要由α-Fe和厚度约为0.5～1μm的非晶态Ni-P镀层组成。Fe-Ni-P复合粉末的烧结过程为液相烧结，烧结样品的显微组织形貌与烧结温度及固液扩散层中的Fe/Ni原子比有关，在低温(950、975℃)烧结时，扩散层中较高的Fe/Ni原子比使固溶相区扩大而发生离异共晶转变，在高温(1000、1025℃)烧结时，因较低的Fe/Ni原子比而发生正常的共晶转变。不同工艺制备的Fe-Ni-P合金均由γ-Fe(Ni，P)、α-Fe(Ni，P)和(Fe，Ni)3P相组成，γ-Fe(Ni，P)、α-Fe(Ni，P)固溶体为亚稳相，键合能力较弱，主要分布在晶粒内，而(Fe，Ni)3P为主要分布在晶界处的金属间化合物，在热力学和结构上均具有稳定性，键合能力较强，具有较高的硬度。随着烧结温度的升高或保温时间的延长(950℃)，烧结样品的晶粒有明显的长大，密度先增后减，硬度大幅提高，压缩性能降低，而磁学性能对烧结温度的敏感性较低，但延长保温时间(950℃)可以有效的改善烧结样品的磁学性能。研究发现，在本论文中，950℃保温1h烧结得到的Fe-Ni-P合金具有较高的硬度(349HBW)、抗压强度(2088.44MPa)和饱和磁化强度(124.00emu/g)等最佳的综合性能。在Fe-Ni合金中加入P可以实现液相烧结，降低烧结温度，增加结构稳定性，大幅提高合金的硬度和强度，但对其磁学性能的影响较小，增加了材料的脆性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 铁镍合金概述

1．1．1 铁镍合金的性能、应用与分类

1．1．2 铁镍合金的研究现状

1．2 化学镀Ni-P工艺介绍

1．2．1 化学镀Ni-P的原理

1．2．2 化学镀Ni-P的特点及应用

1．2．3 化学镀Ni-P法制备铁镍合金的研究现状

1．3 粉末冶金简介

1．3．1 粉末冶金材料

1．3．2 粉末冶金工艺

1．3．3 粉末冶金的特点及应用

1．4 本论文研究的目的与意义

1．4．1 本论文研究的目的

1．4．2 本论文研究的意义

第2章 材料的制备及试验方法

2．1 Fe-Ni-P复合粉末的制备

2．1．1 试验材料

2．1．2 Fe-Ni-P复合粉末的制备原理与工艺

2．2 Fe-Ni-P粉末冶金材料的制备工艺

2．2．1 粉末预处理

2．2．2 成形工艺

2．2．3 烧结工艺

2．3 Fe-Ni粉末冶金材料的制备工艺

2．4 材料组织、成分的分析

2．4．1 金相试验

2．4．2 扫描电子显微镜(SEM)测试

2．4．3 晶粒度测试

2．4．4 X射线衍射(XRD)测试

2．4．5 物相含量测试

2．5 材料性能的测试

2．5．1 密度测试

2．5．2 磁学性能测试

2．5．3 硬度测试

2．5．4 压缩性能测试

2．5．5 第一性原理计算

第3章 Fe-Ni-P复合粉末的组织、成分及性能分析

3．1 Fe-Ni-P复合粉末的显微组织

3．2 Fe-Ni-P复合粉末的微观组织

3．3 Fe-Ni-P复合粉末的物相组成

3．4 Fe-Ni-P复合粉末的磁学性能

3．5 本章小结

第4章 烧结温度对材料组织、成分及性能的影响及分析

4．1 烧结温度对材料组织的影响及分析

4．2 烧结温度对材料组成的影响及分析

4．2．1 烧结样品的物相分析

4．2．2 烧结样品的成分分析

4．3 烧结温度对材料性能的影响及分析

4．3．1 烧结样品的密度

4．3．2 烧结样品的磁学性能

4．3．3 烧结样品的硬度

4．3．4 烧结样品的压缩性能

4．4 本章小结

第5章 保温时间对材料组织、成分及性能的影响及分析

5．1 保温时间对材料组织的影响及分析

5．2 保温时间对材料组成的影响及分析

5．3 保温时间对材料性能的影响及分析

5．3．1 烧结样品的密度

5．3．2 烧结样品的磁学性能

5．3．3 烧结样品的硬度

5．3．4 烧结样品的压缩性能

5．4 本章小结

第6章 分析与讨论

6．1 Fe-Ni-P复合粉末的烧结成型机理分析

6．2 运用第一性原理对Fe-Ni-P合金的性能研究

6．2．1 模型构建

6．2．2 Fe-Ni-P合金的形成能

6．2．3 Fe-Ni-P合金的态密度

6．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

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