基于团簇和胶粘原子模型的(Fe-Ni)-B-Y-Nb块体非晶合金

应用团簇+胶粘原子模型在三元Fe-B-Y合金系中设计三元合金成分,选择最密堆的CN10Archimedes八面体反棱柱Fe8B3作为基本团簇,Y为胶粘原子。在此基础上添加3at%Nb作为微合金化元素形成四元合金。以适量的Ni替换Fe,形成五元合金[(Fe100-xNix)8B3-Y]97-Nb3。结果表明,当Ni的含量小于30at%时,均可形成直径为2mm的块体非晶合金,其中,合金[(Fe94Ni6)8B3-Y]97-Nb3具有最大的Tg、Tx和Trg值,分别为:884K、972K和0.634。     

基于团簇和胶粘原子模型的(Fe-Ni)-B-Y-Nb块体非晶合金

应用团簇+胶粘原子模型在三元Fe-B-Y合金系中设计三元合金成分,选择最密堆的CN10 Archimedes八面体反棱柱Fe8B3作为基本团簇,Y为胶粘原子。在此基础上添加3at%Nb作为微合金化元素形成四元合金。以适量的Ni替换Fe,形成五元合金[(Fe100-xNix)8B3-Y]97-Nb3。结果表明,当Ni的含量小于30at%时,均可形成直径为2 mm的块体非晶合金,其中,合金[(Fe94Ni6)8B3-Y]97-Nb 3具有最大的Tg、Tx和Trg值,分别为：884 K、972 K和0.634。     

基于团簇线的Fe-B-Y基五元块体非晶合金

在三元Fe-B-Y合金系中,以团簇线判据设计了5个基础合金成分,即5条成分线Fe8B3-Y,Fe8B2-Y,Fe83B17-Y,Fe6B-Y和Fe9B-Y与一条团簇线Fe12Y-B的交点.在此基础上加入微量Nb和M(M=Ti,Hf, Ta,Mo,Ni和Sn)形成五元合金,用铜模铸造方法制备出直径为3 mm的合金棒.考虑到元素B和Y在合金制备过程中的损耗,对每个合金进行了成分修正.在M=Ti,Hf,Ta和Mo时,能够形成块体非晶合金的三元基础成分均接近Fe8B3-Y与Fe12Y-B两条团簇线交点成分,表明其对应的基础团簇为Archimedes八面体反棱柱Fe8B3.最佳非晶成分为(Fe69.9B24.6Y5.5)96Nb2Ti2,其Tg=944 K,Tx=997 K,Trg=0.666.当M=Ni和Sn时,均没有得到块体非晶合金.     

基于团簇+连接原子模型的Fe-B-Si-Ta块体非晶合金的成分设计

依据团簇+连接原子模型设计具有高玻璃形成能力的Fe-B-Si-Ta软磁块体非晶合金,以共晶点Fe83B17对应的共晶相Fe2B为基础,根据最大径向原子数密度和孤立度原则,得到以B为心的[B-B2Fe8]主团簇,结合理想非晶合金团簇式的电子浓度判据,构建出Fe-B二元非晶合金的理想团簇式[B-B2Fe8]Fe.为提升Fe-B二元合金的非晶形成能力,选择与Fe具有较大负混合焓的Si替代[B-B2Fe8]团簇的中心原子B,得到Fe-B-Si三元非晶合金的理想团簇式[Si-B2Fe8]Fe.由于Ta与B和Si间具有较大的负混合焓,进一步以Ta替代[Si-B2Fe8]Fe团簇式中壳层位置的Fe原子,设计出[Si-B2Fe8-xTax]Fe四元非晶系列成分.结果表明,[Si-B2Fe8-xTax]Fe在x=0.4~0.7成分处均可形成直径为1.0 mm的非晶合金棒.其中,[Si-B2Fe7.4Ta0.6]Fe合金的非晶形成能力最佳,其非晶样品的约化玻璃转变温度Trg为0.584,玻璃转变温度Tg为856 K,过冷液相区宽度ΔTx达33 K.[Si-B2Fe8-xTax]Fe(x=0.4~0.7)块体非晶合金的Vickers硬度Hv随Ta的添加从1117 HV(x=0.4)上升到1154 HV(x=0.7).[Si-B2Fe7.6Ta0.4]Fe非晶合金具有良好的室温软磁性能,其饱和磁化强度Bs为1.37 T,矫顽力Hc为3.0 A/m.     

Fe-B-Si-Nb块体非晶合金的成分设计与优化

利用"团簇加连接原子"模型设计和优化具有高形成能力的Fe-B-Si-Nb块体非晶合金.以源于Fe-B二元共晶相的Fe_2B局域结构为基础,结合电子浓度判据,构建Fe-B二元理想非晶团簇式[B-B_2Fe_8]Fe;考虑到原子间混合焓的大小,选择Si和Nb原子分别替代[B-B_2Fe_8]团簇的中心原子B和壳层原子Fe,得到[Si-B_2Fe_(8-x)Nb_x]Fe系列四元非晶成分.结果表明,[Si-B_2Fe_(8-x)Nb_x]Fe团簇式在x=0.2~1.2成分处均可形成块体非晶合金,其中在x=0.4~0.5的成分区间内均可形成临界尺寸为2.5 mm的块体非晶合金.考虑到原子半径的大小,鉴于增加Nb的同时降低Si的含量可维持[Si-B_2Fe7.6Nb0.4]Fe非晶团簇结构的拓扑密堆性,由此得到另一系列[(Si1-yBy)-B_2Fe_(8-x)Nb_x]Fe团簇式成分.结果表明,在(x=0.5,y=0.05)~(x=0.9,y=0.25)成分区间内均可通过Cu模铸造法获得直径为2.5 mm的块体非晶.新设计获得的Fe-B-Si-Nb块体非晶合金具有优良的室温软磁性能和力学性能,其中[Si-B_2Fe_(8-x)Nb_x]Fe(x=0.2~0.6)非晶合金的饱和磁化强度为1.14~1.46 T,矫顽力为1.6~6.7 A/m;[(Si_(0.95)B_(0.05))-B_2Fe_(7.5)Nb_(0.5)]Fe块体非晶合金的室温压缩断裂强度达4220 MPa,塑性形变约为0.5%.     

FeNbYB非晶合金的晶化过程及磁性能

用单辊快淬法制备Fe74Nb6-xYxB20(x=3 at%、4 at%、5 at%)非晶合金,取不同的温度对合金热处理,利用差热分析仪(DTA)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)研究了合金的非晶形成能力、晶化过程和磁性能。结果表明,添加微量Y元素提高了合金的非晶形成能力,当Y含量为5 at%时,Fe74Nb1Y5B20非晶合金过冷液相区具有最大值、△Tx=63℃。Fe74Nb6-xYxB20(3 at%、4 at%、5 at%)合金的晶化过程为:非晶→非晶+α-Fe+Fe23B6+Fe2B→α-Fe+Fe23B6+Fe2B。随着退火温度的升高,3种合金Fe74Nb6-xYxB20(x=3 at%、4 at%、5 at%)饱和磁化强度MS变化趋势是一致的,在670℃退火后3种合金MS均达到最大、分别为128、122、134 A·m2·kg-1,矫顽力Hc为2.96、3.12、3.36 kA·m-1,在750℃退火后,Hc快速增大。     

Fe-Dy-B-M(M=Nb,Ti)块体非晶合金玻璃形成能力及其磁性能的研究

采用水冷铜模吸铸法制备了一系列直径为2mm的(Fe72Dy6B22)1-xNbx(x=0.02,0.03,0.04,0.05)和(Fe72Dy6B22)1-xTix(x=0.01,0.02,0.03,0.04)非晶合金棒,并测试了块体非晶合金的结构、热稳定性和软磁性能。结果表明:一定量的Nb、Ti的添加有助于改善合金的热稳定性和非晶形成能力。其中(Fe72Dy6B22)0.96Nb0.04的过冷液相区宽度ΔTx高达58℃,饱和磁感应强度为75.2 emu/g,该合金同时具有较大的热稳定性、较强的玻璃形成能力和较好的软磁性能。     

块体非晶合金Fe-Ni-P-B-Ga的制备与性能

采用助熔剂净化和铜模铸造相结合的工艺，用工业纯原料制备出块体(Fe40Ni40P14B6)100-xGax(x=0-8)合金，样品为直径3mm的圆柱体或宽6mm、厚1mm的片材，长度都在10至15mm左右，XRD与DSC分析表明，x=4—6时易于形成非晶合金，测试表明，这些非晶合金具有优异的耐腐蚀性能和软磁性能，显微硬度测试表明，对相同成分合金，非晶态的显微硬度值比晶态的低，适量Ga的加入，提高了Fe—Ni—P—B合金的非晶形成能力。     

稀土Y对Co43Fe20Ta5.5B31.5合金的非晶形成能力及性能的影响

采用单辊甩带和铜模吹铸法,制备了(Co43Fe20Ta5.5B31.5)100-xYx(x=0.5,1,1.5,2,2.5,3)合金薄带及ф2mm的圆棒.X射线衍射及差热扫描量热分析表明:当x=3时合金具有最大的玻璃形成能力,可以很容易地制备出ф2 mm的非晶圆棒.该成分合金的约化玻璃转变温度Trg=0.657,参数γ=0.436,在所研究的系列成分中是最大的,这说明Trg和γ能够很好地表征Co-Fe-Ta-B合金的玻璃形成能力.压缩试验和磁滞回线测试表明,Y的添加导致Co-Fe-Ta-B非晶合金的压缩断裂强度和软磁性能急剧下降.ф2 mm的(Co43Fe20Ta5.5B31.5)97Y3非晶圆棒的压缩断裂强度为1852 Mpa,断裂应变为0.18%.与Co43Fe20Ta5.5B31.5非晶合金相比,(Co43Fe20Ta5.5B31.5)97Y3非晶合金的磁滞回线上存在约327×79.6 A/m的矫顽力,同时饱和磁感应强度也显著下降.     

铁基非晶合金的形成能力与力学性能

采用工业用原材料在铜模铸造条件下研究Fe48-xCr15Mo14C15B6Y2Mx（M为Ni和Nb：x=0,1,2,3）合金的非晶形成能力与力学性能。TEM和XRD分析表明：当M为Nb和x=2时,可获得直径为7mm的块体非晶合金,而x=0合金形成非晶的直径小于5 mm。DSC分析表明：Fe48-x Cr15MO14C15B6Y2Nix（x=0,1,2,3）非晶合金过冷液相区的温度分别为38．1、43．7、46．0和35．8℃：而F048-xCr15MoO14C15B6Y2Nbx（x=1,2,3）非晶合金过冷液相区的温度分别为44．4、47．1和34．4℃,过冷液相区的大小与合金非晶形成能力具有良好的对应关系。压缩实验表明：Fe48-xCr15MO14C15B6Y2Nix（x=1,2,3）和Fe48-xCr15MO14C15B6Y2Nbx（x=1,2）合金的压缩断裂强度分别为2997．9、2881．9、2850．7、3645．7和3018．9MPa。而x=0合金的压缩断裂强度为2518．5MPa。