不同前过渡金属元素M对16mn无缝管性能的影响

由于具备优良的软磁性能,不同前过渡金属元素M对16mn无缝管性能的影响含类金属及全金属组元高铁非晶16mn无缝管的形成与磁性能研究铁基非晶/纳米晶16mn无缝管.如高的饱和磁化强度,低的矫顽力以及高的初始磁导率,可以普遍应用于磁传感器、变压器、电子、电信设施以及航天、卫星通信等领域。而且,电力系统中,代替硅钢片理想的绿色材料,从而引起了相当大的关注度。然而,相比于Zr基、Pt基、Ni基等16mn无缝管,铁基非晶16mn无缝管的形成能力受到较大局限性,成分上极其依赖于类金属元素(B,Si,P等)加入。有研究表明,铁基非晶16mn无缝管的软磁性能和室温脆性与类金属元素的种类、含量及分布密切相关。因而,减少类金属元素的含量和提高铁磁性元素的含量,开发出新型的具备优良软磁性能的全金属组元铁基非晶16mn无缝管具有很重要的应用和学术意义。本文采用Inoue经验准则、相似元素替代法和微量元素添加法进.行成分设计与优..化,通过单辊甩带工艺制备了一系列含少量类金属元素Fe-Zr,Hf-B,Si系、Fe-M-Si-B系以及全金属组元(Fe,Co,Ni-TM-X系高铁含量铁基非晶16mn无缝管薄带。利用XRDDSCVSM以及软磁直流测试仪等检测手段对带材的相结构和软磁性能进行了测试和表征;通过微16mn无缝管化技术,研究了Fe,Co-Hf-Zr-B非晶16mn无缝管在不同含量Cu掺杂后的相结构和软磁性能的变化规律。同时对制备的两种全金属组元高铁含量Fe基非晶16mn无缝管的形成能力(GFA晶化动力学、晶化析出相以及退火前后的软磁性能进行了研究,并与同类型的含少量类金属元素的铁基非晶16mn无缝管进行了对比。主要开展了以下实验:1高铁含量Fe90Zr7-xHfxB3x=0,1,2,3,4,5,6,716mn无缝管中,研讨了Hf元素逐步代替Zr元素对16mn无缝管的GFA热稳定性以及软磁性能的影响。结果表明:Hf元素的逐步增加,16mn无缝管形成了非晶态结构,两级起始晶化温度的差值AT具有增大的趋势,16mn无缝管的热稳定性逐渐增加。Fe90Zr7-xHfxB316mn无缝管△T值的变化范围在230260℃之间,高于其他铁基非晶16mn无缝管系,具有更为优异的热稳定性以及更宽泛的热处理温度区间。然而,此16mn无缝管系在淬态下的软磁性能比较差,可以通过适当退火优化其软磁性能。2高铁含量Fe90-xZr10Sixx=1,2,3,4,5,1016mn无缝管中,研讨了Si元素的变化对16mn无缝管的GFA以及软磁性能的影响。结果表明:不同含量Si元素的参与,16mn无缝管的GFA具有明显的差异。总体上16mn无缝管的GFA较弱,依赖于Si元素的含量,当Si含量为3at.%时才能形成非晶态结构。其△T=169.1℃,略低于Fe-Zr,Hf-B16mn无缝管系,其热稳定性较Fe-Zr,Hf-B16mn无缝管系要差,而软磁性能比Fe-Zr,Hf-B16mn无缝管系要好,Fe87Zr10Si3非晶16mn无缝管在淬态下饱和磁化强度Ms=111.4emu/g,矫顽力Hc=39.1A/m3高铁含量Fe84M3B8Di5M=Ti,Zr,Mo,Hf,Nb16mn无缝管中,研究了不同前过渡金属元素M对GFA与软磁性能的影响。结果表明:16mn无缝管的GFA与M元素的种类关系密切,Mo和Hf元素的加入更有利于Fe84M3B8Si5非晶16mn无缝管的形成。Fe84Mo3B8Si5和Fe84Hf3B8Si516mn无缝管中,AT达到值约298℃,表现出异的热稳定性。总体上,Fe84M3B8Si516mn无缝管表现出较好的软磁性能,其中具有非晶态结构的Fe84Mo3B8Si516mn无缝管表现异的软磁性能,其Ms=152.8emu/g,Hc=11.3A/m550650℃之间退火时,Fe84M3B8Si5M=Zr,Mo,Hf16mn无缝管的Ms可达177.0195.7emu/g4研究了Co替代部分Fe对Fe85-xCoxHf8Zr1B6x=0,10,20,30,4016mn无缝管GFA热稳定性与软磁性能的影响。结

果表明:1030at.%Co添加提高了该16mn无缝管系的GFA和热稳定性.淬态Fe85Hf8Zr1B616mn无缝管带材的Ms仅为59.2.emu/g,Hc为2.9A/m添加Co后,淬态16mn无缝管的Ms大幅度提高,Co含量为20at.%时达到值124.0emu/g5研究了微量Cu掺杂对成分Fe65Co20Hf8Zr1B6非晶16mn无缝管的晶化析出相及退火前后软磁性能的影响。结果表明:淬态下Fe64.5Co20Hf8Zr1B6Cu0.5非晶合金管表现出的软磁性能,M=116.4emu/g,Hc=6.9A/m然而,550℃退火后,Fe63Co20Hf8Zr1B6Cu2非晶16mn无缝管表现出的软磁性能,M达到值139.2emu/g,而Hc依然保持低值,约为7.8A/m6先前探索的基础上制备了全金属组元(Fe1-x.yCoxNii72Cr15Zr10W3x=0,0.25,y=0,0.25非晶16mn无缝管。研究表明:当x=0.25y=0.25时形成了完全非晶态结构,其Hc为5.0A/m采用Kissing模型和Ozawa模型计算出的初始晶化激活能和晶化峰值激活能分别为ExK=331.8kJ/mol和EpK=255.5kJ/mol;ExO=329.7kJ/mol和EpO=246.9kJ/mol,通过两模型所计算的激活能值非常接近。并且,该非晶16mn无缝管的晶化体积分数与温度的关系曲线呈规则的S型,随着加热速率的增加,关系曲线明显向高温处移动。7成功制备了全金属组元高铁含量Fe89Hf7Zr1Al3非晶16mn无缝管,并与含少量类金属元素的Fe89Hf7Zr1B316mn无缝管进行对比实验。结果表明:全金属组元Fe89Hf7Zr1Al316mn无缝管与含3at.%类金属元素BFe89Hf7Zr1B316mn无缝管能够形成完全非晶态结构。两种非晶16mn无缝管的DSC曲线上均呈现出两个明显的放热峰,而Fe89Hf7Zr1Al3非晶16mn无缝管的AT值为50.7℃,明显低于Fe89Hf7Zr1B3非晶16mn无缝管的△T值200.8℃。表明X从非金属元素向金属元素转变,非晶16mn无缝管热稳定性有降低的趋向。8对Fe89Hf7Zr1A13和Fe89HfZr1B3非晶16mn无缝管的晶化动力学和软磁性能进行了分析和对比,结果表明:采用Kissing方程和Ozawa方程计算出来的Fe89Hf7Zr1B3和Fe89Hf7Zr1A13非晶16mn无缝管的晶化激活能都呈现出Ep2Ex2Ep1Ex1变化规律。淬态下,Fe89Hf7ZriA13非晶16mn无缝管表现出十分优异的软磁性能,其Ms=165.1emu/g,Hc=4.3A/m,Tc=336.6℃;而Fe89Hf7Zr1B3非晶16mn无缝管的软磁性能相对较差,其Ms=65.8emu/g,Hc=17.4A/m,Tc=326.8℃。Fe89Hf7Zr1A13非晶16mn无缝管在375℃低温退火时具有异的软磁性能,Ms=165.3emu/g,Hc=3./m;而Fe89Hf7Zr1B3非晶16mn无缝管比较依赖高温退火处理来优化其软磁性能。

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