非晶FeCo基合金的相變動力學(xué)和軟磁性能研究.pdf

1、非晶FeCo基合金作為一種新型功能材料，具有良好的力學(xué)性能，并表現(xiàn)出優(yōu)異的高溫軟磁特性，在高溫鐵磁材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，在設(shè)備和器件的小型化設(shè)計時，可拓展應(yīng)用溫度范圍，降低磁性材料的使用體積，減少散熱空間。非晶合金的亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)決定著合金復(fù)雜的相變動力學(xué)過程，其過程對理解合金的結(jié)構(gòu)，元素在合金中的作用和遷移過程，以及非晶合金的高溫結(jié)構(gòu)演變過程起著至關(guān)重要的作用。而包括Fe和Co元素在內(nèi)的多成分組合決定著合金優(yōu)異的軟磁性能，研究有效各

2、向異性的機(jī)理、磁導(dǎo)率頻譜以及軟磁特性與成分結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，可拓展合金的應(yīng)用頻帶，提高軟磁特性，以及為設(shè)計開發(fā)新型鐵磁合金提供理論和實踐基礎(chǔ)。
　　由于非晶FeCo基合金的開發(fā)時間較晚，目前相關(guān)的研究較少，基本沿用Fe基合金的研究成果。在相變動力學(xué)方面，Johnson-Mehl-Avrami（JMA）方程基于等溫?zé)崃W(xué)中具有結(jié)晶成核和增長兩個過程的假設(shè)，這種建立在假設(shè)基礎(chǔ)上的理論缺乏普遍性，無法解釋非晶FeCo基合金的非等溫相變過程

3、。在軟磁性能研究方面，宏觀磁疇理論上的一致進(jìn)動模型常被用于解釋合金的動態(tài)磁化過程，但無法解釋具有納米尺度有序結(jié)構(gòu)非晶FeCo基合金的動態(tài)磁化過程。
　　本論文緊密圍繞非晶FeCo基合金的相變動力學(xué)和軟磁性能開展了系列研究工作。采用熔體快淬法制備了系列成分的非晶FeCo基合金快淬薄帶，采用磁控濺射法制備了非晶FeCo基合金濺射薄膜，通過對差熱測試法和納米量熱法熱分析測試數(shù)據(jù)的系統(tǒng)研究，提出并驗證了非晶合金的相變機(jī)理模型以及基于熱容變

4、化數(shù)據(jù)的熱分析方法；提出、模擬并實驗驗證了納米晶粒的非一致進(jìn)動高頻微波共振，為拓寬材料的應(yīng)用頻帶提供了新思路。其主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下：
　　1.建立了用于非晶FeCo基合金的熱分析和數(shù)據(jù)處理方法，發(fā)展了基于Ozawa公式的激活能計算方法，從熱分析實驗測試數(shù)據(jù)中計算得出合金相變激活能與相變分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系，對元素成分對激活能的影響規(guī)律和作用機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的描述。并針對非晶FeCo基合金薄帶表現(xiàn)出的放熱反應(yīng)，首次建立了相變級數(shù)機(jī)理模

5、型，具有重要的物理意義和工程應(yīng)用價值。該模型提出了基于相變濃度的反應(yīng)速率表達(dá)式，實現(xiàn)了對合金放熱反應(yīng)熱容變化特征的描述，通過對模型擬合參數(shù)的求解分析，揭示了合金非等溫相變過程中三個放熱反應(yīng)的熱力學(xué)機(jī)理。
　　2.在微磁學(xué)理論的基礎(chǔ)上，建立了非晶FeCo基合金晶粒磁矩分布的解析和數(shù)值分析方法，計算得出一致分布和渦旋分布的兩種晶粒磁矩分布狀態(tài)；通過對晶粒脈沖磁場響應(yīng)特性的數(shù)值模擬研究，觀察到FeCo晶粒的多共振頻譜現(xiàn)象；通過對自然共振

6、的觀察研究，計算得出FeCo固溶體的有效各向異性常數(shù)。研究了FeCo基合金的自然共振特征，并利用熱處理工藝成功激發(fā)出FeCo合金薄帶晶粒內(nèi)部的非一致進(jìn)動模式，實驗觀察結(jié)果與理論研究相符，該研究對拓展合金的共振頻帶具有顯著意義。
　　3.通過對非晶FeCo基合金薄帶的元素?fù)诫s研究，對Al元素和Si元素在合金中的遷移特性和作用機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)的描述。觀察到快淬合金薄帶的格里菲斯裂紋式梯度織構(gòu)，這種織構(gòu)可大大提高薄帶的脆性，該研究對優(yōu)化球

7、磨等后期粉末化工藝具有重要的工程意義。觀察到非等溫?zé)崽幚頃rAl元素在薄帶表面析出并形成氧化物的現(xiàn)象，該特性可明顯降低顆粒復(fù)合物的介電常數(shù)。觀察到Si元素與FeCo晶格所形成的固溶體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有較低的有效各向異性。
　　4.利用半導(dǎo)體工藝技術(shù)，首次開發(fā)出納米熱傳導(dǎo)量熱陣列器件。該器件不僅可用于測試非晶FeCo基合金薄膜的熱性能，還可廣泛用于磁控濺射薄膜的熱分析研究。通過對多組分FeCo基合金薄膜的測試研究，觀察到非晶薄膜相變溫度