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《山东大学》 2019年
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高Fe含量Fe-B-P系非晶合金制备及软磁性能研究

邵鹏程  
【摘要】:Fe基非晶合金作为性能优异的磁性功能材料是目前非晶合金中应用最成熟最广泛的体系。近几十年来,针对Fe基非晶性能提升的开发和应用推广一直是非晶合金领域极其活跃和重要的部分。Fe基非晶合金具有极小的各向异性,也由此获得了无与伦比的软磁性能:极低的矫顽力,高磁导率以及高电阻率等。然而Fe基非晶合金的饱和磁化强度受Fe含量的限制与合金密堆无晶格的结构的影响,其饱和磁化强度(Bs1.72 T),与硅钢(2.0 T)相比仍存在明显的差距。为开发高性能Fe基非晶合金并推进其工业化生产,本文就以下方面展开工作:1.为了更好地进行高B历非晶软磁材料的开发,本文对Fe基非晶合金Bs对成分的依赖性进行了研究。文中首先在刚带模型和电荷转移模型基础上,以Fe基非晶合金中各成分浓度为基础计算得到了饱和磁化强度的理论值(Bs.cal),发现Bs,cal与实验测得饱和磁化强度(Bs)之间满足线性关系。并且,Fe含量小于80at.%的Fe基非晶合金的Bs随成分元素的浓度的变化与通过电子转移模型计算得到的Bs,(cal十分吻合。而当Fe含量高于80at.%时,BS的变化除了受成分影响外,其磁性原子间交换作用涨落导致合金Bs并不随Fe含量线性递增,甚至出现了降低,与电子转移计算结果也出现了明显的偏离,这部分影响可用纯Fe团簇中铁磁性与反铁磁性的竞争进行解释。随后本文拟合了一种综合考虑电子转移和交换作用对合金Bs的影响的近似计算公式,该公式对数据的拟合度以及线性相关性较之前模型有较大提升,可以作为设计具有所需Bs的Fe基非晶合金成分时的参考。2.本文通过设计合金成分Fe83B10P5Si2-xMnx,研究了低纯Fe-P预合金中常见微量杂质Mn对Fe-B-P-Si合金非晶形成能力,软磁性能的影响。实验结果表明,随着Mn含量的增加,Fe83B10P5Si2-xMnx合金的非晶形成能力表现出先增强后减弱的趋势。值得注意的是,微量反铁磁元素Mn的添加(小于0.3at.%)对合金BS和非晶形成能力均有提升作用,在本实验中0.1at.%的Mn掺杂对BS有最佳的作用效果,使合金Bs从1.54T(Fe83B10P5Si2)提升至1.6T。该实验结果体现了微量金属杂质对Fe基非晶合金显著的性能调控作用,为使用低纯原料制备非晶合金时的杂质元素控制提供了参考。3.在Fe基非晶合金工业化生产方面,为使高铁含量的含磷Fe基非晶合金Fe85B10P5能适应低真空、多杂质的工业生产条件,本文进行了适用于该成分的钢水净化剂的开发。将B203和不同氧化物组成的净化剂对目标合金进行熔体净化,通过调配两者的之间的质量比例对其碱度进行调节,并从所得条带非晶形成能力强弱,脱渣性以及锭形貌,对熔体净化剂的效果进行评价。实验得到具有理想净化效果的净化剂体系的碱度如下:B203-MgO最佳碱度在R=0.25~0.33;B203-MtnO净化剂体系最佳碱度在R=0.33~1;B203-焊剂净化剂体系碱度在R= 0.47。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TG139.8

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