合金元素对Fe基块体非晶合金形成能力和自旋玻璃行为的影响

摘要

Fe基非晶合金由于具有优异的软磁性能、节能环保、成本低等优势，已经得到了广泛的应用。但是除了常温以及高温时的软磁性能，Fe基非晶合金还有一些低温下的特殊磁性能也值得关注研究。自旋玻璃材料在温度低于某一特征温度时，有磁化不可逆、剩磁、弛豫效应和记忆效应等非平衡态特点，是新一代低温磁存储材料的有力竞争者。本文通过元素替代法研究了Fe基非晶合金的非晶形成能力和在低温下的自旋玻璃行为，采用XRD（X-ray diffraction，X射线衍射）和DSC（differential scanning calorimetry，差示扫描量热法）分析微观结构和热学性能，PPMS(physical property measurement system，综合物性测量系统)测量样品的低温直流和交流磁化特性分析样品的自旋玻璃行为。研究工作主要包括:
　　(1)通过添加Co元素制备了Fe48-xCoxCr15Mo14C7B14Tm2(x=0，2，4，6，8，10)合金的非晶带材和棒材，研究了Co元素的添加对该体系的热稳定性、非晶形成能力和自旋玻璃行为的影响。研究发现Co元素的添加提高了该体系的热稳定性和非晶形成能力，合金的临界尺寸由1.5mm提高至2mm。该体系所有成分样品的低温直流磁化特性符合自旋玻璃体系的特征，其磁化强度峰值Mmax以及冻结温度Tf峰值温度Tp、居里温度Tc随Co元素含量的增加先增大后减小，与Slater-Pauling曲线的规律相符。
　　(2)通过更改稀土元素（rare-earth elements，RE）的种类制备了Fe42Co6Cr15Mo14C7B14RE2(RE=Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm)合金的非晶带材和棒材，探究了稀土元素种类对该体系的非晶形成能力和自旋玻璃行为的影响。研究发现RE=Er的临界尺寸小于1mm。RE=Gd、Tb、Dy的临界尺寸为1.5mm，RE=Ho、Tm的合金体系的临界尺寸为2mm。RE=Tb，Dy，Ho，Er，Tm的样品低温直流磁化特性符合自旋玻璃体系的特征。RE=Gd的直流和交流磁化特性都不符合自旋玻璃的特点。
　　(3)通过调整C/B比制备了Fe48Cr15Mo14CxB21-xTm2(x=3，5，7，9，11，13)合金的非晶带材和棒材，研究了C/B比对该体系的非晶形成能力的影响。研究发现，随着C/B比的增加，过冷液相区宽度ΔT由54K增至92K，非晶合金棒材的临界尺寸分别为＜1mm，＜1mm，1.5mm，2mm，2.5mm，8mm。C/B比的增加显著提高了体系的非晶形成能力。该非晶合金体系在室温下是顺磁的。
　　(4)成功制备了临界尺寸为2mm并且具有明显自旋玻璃行为的块体非晶合金Fe42Co6Cr15Mo14C7B14Tm2，为制造应用在低温特殊工作环境下的磁存储器件提供一种选择。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 Fe基非晶合金概述

1．2 Fe基非晶合金的磁性能

1．2．1 Fe基非晶合金的软磁性能

1．2．2 不同元素对Fe基非晶合金的软磁性能的影响

1．3 铁磁性非晶合金的自旋玻璃行为

1．3．1 自旋玻璃简介

1．3．2 铁磁性非晶合金中的自旋玻璃行为

1．4 课题意义和目的以及研究内容

第二章 实验研究方法及设备

2．1 样品制备方法

2．1．1 母合金制备

2．1．2 非晶带材制备

2．1．3 非晶棒材制备

2．2 性能表征及测试方法

2．2．1 样品尺寸及密度测试

2．2．2 物相分析及微观结构

2．2．3 磁性能测试

2．3 实验研究方案

第三章 Co元素含量对Fe48-xCoxCr15Mo14C7B14Tm2合金体系自旋玻璃行为的影响

3．1 前言

3．2 Fe48-xCoxCr15Mo14C7B14Tm2非晶合金的微观结构和热学性能

3．3 Co含量对Fe48-xCoxCr15Mo14C7B14Tm2非晶合金形成能力的影响

3．4 Co含量对Fe48-xCoxCr15Mo14C7B14Tm2非晶合金自旋玻璃行为的影响

3．4．1 Fe48-xCoxCr15Mo14C7B14Tm2非晶合金的直流磁化特性

3．4．2 Fe48-xCoxCr15Mo14C7B14Tm2非晶合金的交流磁化特性

3．5 本章小结

第四章 稀土元素对Fe42Co6Cr15Mo14C7B14RE2合金体系自旋玻璃行为的影响

4．1 前言

4．2 Fe42Co6Cr15Mo14C7B14RE2非晶合金的微观结构和热学性能

4．3 稀土元素对Fe42Co6Cr15Mo14C7B14RE2合金非晶形成能力的影响

4．4 稀土元素对Fe42Co6Cr15Mo14C7B14RE2合金自旋玻璃行为的影响

4．4．1 Fe42Co6Cr15Mo14C7B14RE2非晶合金的直流磁化特性

4．4．2 Fe42Co6Cr15Mo14C7B14Gd2非晶合金的交流磁化特性

4．5 本章小结

第五章 C／B含量比对Fe48Cr15Mo14CxB21-xTm2合金体系非晶形成能力的影响

5．1 前言

5．2 C／B含量比对Fe48Cr15Mo14CxB21-xTm2非晶形成能力的影响

5．3 Fe48Cr15Mo14CxB21-xTm2非晶条带的室温磁性能

5．4 本章小结

第六章 总结

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文和取得的学术成果