【摘 要】
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铁基非晶合金具有特殊的原子结构特点,从而使其某些软磁性能明显优于传统晶态合金,一直被视为新材料开发的重点。铁基非晶合金作为高性能软磁材料被广泛应用于电力电子行业,极大地提升了磁性制品的产品性能,使磁性产品朝着更加小型化和节能化的趋势发展。但铁基非晶合金的饱和磁感应强度(Bs)和非晶形成能力限制了其在工业生产上的使用范围,在高精尖领域对于高性能材料的需求十分迫切,因此提高铁基非晶合金的饱和磁感应强度
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铁基非晶合金具有特殊的原子结构特点,从而使其某些软磁性能明显优于传统晶态合金,一直被视为新材料开发的重点。铁基非晶合金作为高性能软磁材料被广泛应用于电力电子行业,极大地提升了磁性制品的产品性能,使磁性产品朝着更加小型化和节能化的趋势发展。但铁基非晶合金的饱和磁感应强度(Bs)和非晶形成能力限制了其在工业生产上的使用范围,在高精尖领域对于高性能材料的需求十分迫切,因此提高铁基非晶合金的饱和磁感应强度等性能具有重大现实意义。本文对高磁感的铁基非晶合金的成分、磁性和磁畴结构进行了研究。采用高真空电弧熔炼和甩带的方法制备了铁基非晶合金,通过XRD检测合金带材是否为非晶结构。利用MATS磁性测量装置对非晶合金带材的磁性能进行了检测;利用差示扫描量热仪(DSC)进行了晶化动力学研究,采用Kissinger和Ozawa两种模型对数据进行了拟合分析,获得晶化激活能,进而研究材料晶化的难易程度;采用Mumax软件对Fe82Si3B15非晶合金进行了微磁学模拟,研究了在不同的频率或温度下该成分的非晶合金内部磁矩分布、磁性和能量变化情况。研究得到的主要结果如下:(1)保持Fe原子百分比为80%,当Si/B比为3/17时,非晶合金的Bs达到1.603 T;保持Fe原子百分比为82%,且当Si原子百分比为3%时,非晶合金的Bs最高,达到1.654 T,所以磁性能最好的成分为Fe82Si3B15。对成分范围进行微调,Fe原子百分比为82%时,Si原子百分比为2.5%~3.5%为其最佳的成分范围,在此成分范围内,非晶合金的Bs都超过1.638 T。(2)在恒定工作磁感应强度(0.02 T~0.1 T)下,磁场频率在30 KHz~100 KHz的频率范围内,随着外加磁场频率的增加,Fe82Si3B15非晶合金的弹性磁导率和粘性磁导率都减小,损耗(Ps)增大;在恒定磁场频率(30 KHz~100 KHz)下,随着工作磁感应强度的增大,矫顽力(Hc)大致呈线性增加,Ps呈幂函数的形式增加。(3)Fe82Si3B15非晶合金的晶化激活能比Fe79.5Si9.5B11非晶合金的低,Fe82Si3B15非晶合金的熔点比Fe79.5Si9.5B11非晶合金的高7℃左右,但综合来看,两种非晶合金的特征温度、熔点以及晶化激活能都较高。经过生产现场试验,Fe82Si3B15非晶合金具有优异的非晶形成能力和热稳定性,并且具有高的Bs和其它优异的磁性能。(4)磁畴结构模拟表明,Fe82Si3B15非晶合金在起始磁化阶段,塞曼能随频率的增大而增速变快;随磁场频率的增大,形成相同的磁畴结构所用的时间缩短,内部磁矩更快地转向磁场方向。在起始磁化阶段,仅10 MHz存在双C态磁畴,而500MHz和1 GHz出现迷宫畴结构,三种频率下都出现Flower态磁畴;随着磁场频率不断加大,Flower态区域减小。在剩磁阶段,500 MHz和1 GHz都出现了 Flower态磁畴,且随磁化的进行,Flower态区域不断向内部扩展,而10 MHz出现双C态磁畴。在矫顽阶段,都出现双C态磁畴,相比于10 MHz,500 MHz和1 GHz时磁矩的进动更加复杂,且在1 GHz下,磁化过程加快,达到剩磁点和矫顽点的时间缩短。随温度的升高,内部磁矩受温度场影响而发生偏转,偏离外磁场方向。
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