鈷基非晶合金的晶化行為及玻璃形成能力研究.pdf

1、以X-射線衍射、差示掃描量熱分析(DSC)、掃描電鏡及振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)等為主要研究手段，以Co43Fe20Ta5.5B31.5非晶合金為對(duì)象，首次系統(tǒng)研究了該合金在不同條件下的晶化行為、等溫退火對(duì)玻璃轉(zhuǎn)變和晶化的影響以及晶化對(duì)磁性能的影響。然后，又以Co43Fe20Ta5.5B31.5、Co48Cr15Mo14C15B6Er2和Co74.4B25.6為對(duì)象，首次系統(tǒng)研究了熔體冷速或制備工藝對(duì)它們的晶化行為及磁性能的影響。此外，對(duì)目前已有的

2、合金玻璃形成能力判據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)研究，新提出了一個(gè)能更好地表征合金玻璃形成能力的判據(jù)。最后研究了稀土元素Y的微量添加對(duì)Co43Fe20Ta5.5B31.5合金的玻璃形成能力的影響，開(kāi)發(fā)出玻璃形成能力更強(qiáng)的新型(Co43Fe20Ta5.5B31.5)97Y3塊體非晶合金。以上研究發(fā)現(xiàn)： 升溫速度對(duì)Co43Fe20Ta5.5B31.5非晶合金的非等溫晶化激活能存在顯著影響，其晶化過(guò)程可以分成前后2個(gè)階段。前一階段符合形核與核長(zhǎng)大模型；

3、后一階段符合晶粒正常長(zhǎng)大模型。這兩個(gè)階段在整個(gè)晶化過(guò)程中所占的比重與升溫速度有關(guān)，但是，非等溫晶化的大部分階段是靠晶粒的正常長(zhǎng)大來(lái)完成的。等溫晶化溫度對(duì)Co43Fe20Ta5.5B31.5非晶合金的形核與核長(zhǎng)大行為有顯著影響。隨著溫度的升高，晶核長(zhǎng)大由受擴(kuò)散控制轉(zhuǎn)變?yōu)槭芙缑婵刂啤＞钟蚓Щせ钅苡?jì)算表明非等溫晶化阻力越來(lái)越小，而等溫晶化阻力越來(lái)越大。 在玻璃轉(zhuǎn)變溫度附近進(jìn)行退火處理可使Co43Fe20Ta5.5B31.5非晶合金產(chǎn)

4、生結(jié)構(gòu)弛豫。結(jié)構(gòu)弛豫對(duì)合金的晶化動(dòng)力學(xué)效應(yīng)沒(méi)有顯著影響，但可以減弱玻璃轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。另外，結(jié)構(gòu)弛豫會(huì)阻滯合金發(fā)生玻璃轉(zhuǎn)變，但對(duì)晶化的影響卻具有雙重性，即有促進(jìn)的一面，又有阻滯的一面。 晶化對(duì)Co43Fe20Ta5.5B31.5非晶合金的磁性能存在顯著影響。在928K等溫條件下，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Ms和矯頑力Hc都隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。但是，保溫時(shí)間小于30min時(shí)，Ms和Hc的變化幅度很小。當(dāng)保溫時(shí)間達(dá)到30min時(shí)，二者突然

5、增高。保溫時(shí)間大于30min之后，Ms的變化不大而Hc有明顯的增高。在非等溫晶化條件下，晶化試樣的Ms和Hc也都比制備態(tài)試樣大許多。就不同終止溫度來(lái)說(shuō)，Ms隨終止溫度的提高而單調(diào)增大，但增加幅度很小。Hc隨著晶化終止溫度的提高而變化的幅度較大，并且變化是非單調(diào)的。當(dāng)晶化終止溫度位于第一個(gè)晶化峰溫度范圍內(nèi)時(shí)，Hc隨晶化溫度而提高，當(dāng)晶化終止溫度高于第二個(gè)晶化峰結(jié)束溫度時(shí)，矯頑力又急劇下降。 熔體冷速影響Co基非晶合金內(nèi)部短程序原子

6、團(tuán)簇的大小，并且這種影響可以在合金的等溫晶化動(dòng)力學(xué)及磁性能方面得到充分體現(xiàn)。對(duì)于冷速相差不大的Co43Fe20Ta5.5B31.5非晶條帶來(lái)說(shuō)，冷速對(duì)合金的非等溫晶化動(dòng)力學(xué)及晶化產(chǎn)物沒(méi)有影響，但對(duì)其等溫晶化動(dòng)力學(xué)存在少許影響。主要表現(xiàn)在冷速改變形核速率隨時(shí)間增加的晶化階段占整個(gè)晶化過(guò)程的比例。磁滯回線的測(cè)量表明，非晶條帶的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和矯頑力都隨冷速降低而增大。對(duì)于冷速相差較大的Co48Cr15Mo14C15B6Er2非晶條帶和圓棒來(lái)

7、說(shuō)，冷速對(duì)合金的非等溫和等溫晶化動(dòng)力學(xué)都有顯著影響。對(duì)非等溫晶化來(lái)說(shuō)，隨著冷速降低，試樣的玻璃轉(zhuǎn)變溫度下降，玻璃轉(zhuǎn)變激活能減小。雖然晶化峰值溫度不受冷速的影響，但是晶化激活能同樣隨冷速降低而降低。對(duì)等溫晶化來(lái)說(shuō)，雖然不同冷速條件下制備的試樣都表現(xiàn)出擴(kuò)散控制的晶核三維長(zhǎng)大過(guò)程，但是形核速率與冷速有關(guān)。冷速越快，形核速率越低，同時(shí)晶化孕育時(shí)間越短。熔體冷速對(duì)Co48Cr15Mo14C15B6Er2非晶合金的磁性能影響很大。冷速高時(shí)，合金表現(xiàn)

8、出順磁性；冷速低時(shí)，合金表現(xiàn)出鐵磁性。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度隨冷速的降低而增大。制備工藝對(duì)Co-B二元非晶的晶化和析出相存在顯著影響。雖然甩帶法制備的非晶條帶和化學(xué)還原法制備的非晶態(tài)粉末成分十分相近，但在晶化產(chǎn)物方面卻相差很大。對(duì)于同樣用化學(xué)還原法制備的成分幾乎相同的非晶態(tài)粉末來(lái)說(shuō)，由于具體的制備條件不同，它們?cè)诰Щ袨榉矫嬉脖憩F(xiàn)很大的差異。 向Co43Fe20Ta5.5B31.5合金中添加微量的稀土元素Y可以增大其玻璃形成能力。新型塊