高饱和磁感应强度的无磷铁基软磁非晶合金的制备与性能

摘要

铁基软磁非晶合金具有矫顽力（Hc）低、铁损低、工艺流程短等特点而备受关注，并在节能变压器上得到了广泛的应用。现代电子电力设备朝着节能化，小型化和高效化的方向发展，然而现有的铁基软磁非晶合金的饱和磁感应强度（Bs）仍需进一步提升；同时部分合金成分中包含易挥发且易与熔炼坩埚反应的P元素，不利于工业化生产。开发出一种具有高Bs、无P的铁基软磁非晶合金具有重大的意义。因此，本文以铁含量高达86 at%的Fe-B-Si-C系合金为基础，采用微合金化和相似元素添加的方法，通过添加Cu、Co等合金元素，成功研制出具有较大非晶形成能力，优良磁性能以及良好韧性的高饱和磁感应强度铁基软磁非晶合金，并调查了不同热处理温度对其磁性能的影响。本论文的主要内容如下：
　　1.添加0.25-1 at.%的Cu元素能够有效地改善Fe86B11Si1C2合金的非晶形成能力，其临厚度由13μm可提高到35μm；Cu元素的添加会稍许降低合金的Bs，而对Hc的影响不大。其中，Fe85.5B11Si1C2Cu0.5合金的临界厚度达到35μm，Bs与Hc分别为1.62 T和12.3 A/m；
　　2.2.5-7.5 at.%的Co替代Fe元素对Fe86B11Si1C2合金非晶形成能力的影响不大，其临界厚度均为13μm；Co元素的添能够使合金的Bs由基础合金的1.63 T上升到1.80 T，Hc也出现了上升。其中，Fe81Co5B11Si1C2合金的Bs与Hc分别为1.80 T和21.3 A/m；
　　3.共同添加Cu和Co在改善Fe86B11Si1C2合金非晶形成能力的同时，也有效地提高了合金的Bs。其中，Fe80.5Co5B11Si1C2Cu0.5具有最优的综合性能，临界厚度达到35μm，Bs与Hc分别为1.78 T和21.1 A/m；
　　4.随热处理温度升高，含Co非晶合金的Bs逐渐上升，其结构仍保持为非晶态结构，并具有良好的韧性。

目录

声明

1 引言

1.1 非晶态合金的发展历史及性能

1.1.1 非晶合金的发展历史

1.1.2 非晶合金的性能

1.2 非晶合金形成能力的影响因素及判据

1.2.1 热力学因素

1.2.2 动力学因素

1.2.3 非晶形成能力的判据

1.3 软磁性非晶合金的发展历史

1.3.1 软磁材料的分类及应用

1.3.2 非晶软磁合金组分元素的作用

1.3.3 铁基软磁非晶合金的研究现状

1.4 具有高饱和磁感应性能的铁基非晶合金的研究现状及展望

1.5 本文选题依据和主要内容

1.5.1 选题依据

1.5.2 研究内容

2 实验内容及方法

2.1 样品制备

2.1.1 母合金制备

2.1.2 条带样品制备

2.2 性能检测

2.2.1 非晶结构表征

2.2.2 微观结构测定

2.2.3 热性能测试

2.2.4 磁性能测试

3 实验结果

3.1 Fe86B12-xSixC2合金的性能

3.2 Cu元素的添加对Fe-B-Si-C系合金性能的影响

3.2.1 Fe86-xB11Si1C2Cux合金条带样品的非晶形成能力

3.2.2 Fe86-xB11Si1C2Cux非晶合金的热性能

3.2.3 Fe86-xB11Si1C2Cux非晶合金的磁性能

3.2.4 小结

3.3 Co替换Fe元素对 Fe-B-Si-C系非晶合金性能的影响

3.3.1 Fe86-xCoxB11Si1C2合金的非晶形成能力

3.3.2 Fe86-xCoxB11Si1C2非晶合金的热性能

3.3.3 Fe86-xCoxB11Si1C2非晶合金的磁性能

3.3.4 小结

3.4 Cu、Co元素的复合添加对Fe-B-Si-C系合金性能的影响

3.4.1 Fe81-xCo5B11Si1C2Cu0.5合金的非晶形成能力

3.4.2 Fe81-xCo5B11Si1C2Cu0.5非晶合金的热性能

3.4.3 Fe81-xCo5B11Si1C2Cux非晶合金的磁性能

3.4.4 小结

3.5 其他元素添加对Fe-Co-B-Si-C系合金性能的影响

3.5.1 Fe80.5Co5B11Si1C2M0.5合金的非晶形成能力

3.5.2 Fe80.5Co5B11Si1C2M0.5非晶合金的热性能

3.5.3 Fe80.5Co5B11Si1C2M0.5合金的磁性能

3.5.4 小结

4 实验结论

参考文献

致谢