第22卷第6期南 京 理 工 大 学 学 报Vol.22N o.6 1998年12月Journal of Nanj ing University of Science and Technology Dec.1998铁基非晶软磁合金及其晶化a沈桂娣X 李建平 周传伟 杨 锋(南京理工大学材料科学与工程系,南京210094)摘要 用差热分析、X射线衍射、冲击法等方法研究了铁基非晶Fe72.5Cu1Nb2V2Si13.5B9合金及其经不同温度退火处理后材料的结构和磁性。
结果表明,合金经350℃退火,结构短程有序范围扩大,材料磁化比非晶合金容易;经520～560℃退火,A-Fe(Si)晶粒析出,得到微晶结构并具有优良的软磁性能,例如相对初始磁导率L i≥4.7×104,矫顽力H c≤1.4A/m;在620℃以上退火,第二相Fe x B y析出,材料磁化困难,软磁性能恶化。
关键词 金属玻璃,晶化,微晶,磁性;软磁材料分类号 TG139.8铁基非晶软磁合金经过适当温度退火得到的微晶软磁合金是综合性能优良的软磁材料。
因而近年来围绕其成份、热处理、结构及磁性已有不少研究工作[1～4]。
本文对非晶Fe72.5 Cu1Nb2V2Si13.5B9合金及其晶化过程中结构和性能的变化进行了研究。
1 试验方法研究用的非晶Fe72.5Cu1Nb2V2Si13.5B9条带宽9mm、厚0.023mm。
用差热分析技术研究合金在加热过程中变化,以确定退火温度。
把条带绕制成内径18m m,外径24m m的环形试样,在高纯氮气保护下退火,温度为350～750℃,保温0.5h后炉冷,控温精度为±5℃,用冲击法测量磁性,在磁场强度H为0.08A/m条件下测定初始磁导率。
用电位差计法测电阻率。
用X射线衍射CuK A射线测定材料结构。
2 试验结果与讨论原始条带的X射线衍射图示于图1(a),结构为非晶态。
差热分析曲线示于图2。
以20℃/ min速率加热,在520～620℃、680～740℃出现2个放热峰,由此确定退火温度。
2.1 退火温度对材料结构的影响经不同温度退火处理后合金的X射线衍射图示于图1(b)、(c)。
由图可见,经过350℃处a本文于1997年11月8日收到X沈桂娣 女 58岁 副教授图1 合金X 射线衍射图Fig .1 X -ray diffraction patterns of alloy s 理,合金仍具非晶结构。
用Scherrer 公式B=k K Dco s H[5]计算短程有序范围约为4.0nm,而非晶条带约为1.7nm ,说明短程有范围扩大。
540℃退火,与差热分析曲线第1个峰相对应,在非晶基体上出现结晶相衍射峰。
峰的2H 角稍大于A -Fe 的(110)、(200)、(211)晶面衍射角,说明对应点阵常数较A -Fe 稍小。
从元素互溶性考虑[6],可以认为是由于钒、硅等元素溶入,使A -Fe 点阵畸变,点阵常数减小、衍射角增大。
用Scherr er 公式得出A -Fe 晶料尺寸约10nm 。
因此合金由纳米级A -Fe(si)晶粒和非晶基体构成微晶结构。
经过620℃退火,A -Fe(si)衍射角向小角度方向移动,并出现2H =44.5.衍射峰,但难以确定对应的晶化相。
经750℃退火试样,A -Fe(si)衍射角继续减小,并出现2H 为42.1.和44.5.两个衍射峰,与差热分析曲线第2个放热峰相对应,即有第二相析出,因与FeB,Fe 2B 相衍射参数相差较大而定为Fe x 、B y相。
2.2 退火温度对磁性影响用冲击检流计测量试样的磁化曲线示于图3。
由图可见,经350℃退火试样较非晶态易磁化,而经520～560℃退火的试样最易磁化,退火温度高于620℃试样,在弱磁场下图2 非晶态合金差热分析曲线Fig.2 DT A cur ve of am orphous alloy 极难磁化。
合金的相对初始磁导率L i ;矫顽力H c 列于表1。
非晶铁基合金由于不存在磁晶各向异性而具有软磁性。
但由于非晶合金是液态金属以106℃/s 冷速高速固化而成,内部存在很大内应力。
因条带不同部位固化推进方式不同而形成局域应力场,通过应变-磁致伸缩耦合作用产生的应力感生磁各向异性[7]。
合金经350℃退火,内应力得到一定程度松弛,应力感生磁各向异性降低,软磁性能提高。
520～560℃退火处理后的合金饱和磁致伸缩系数K s 由20×10-6降为2×10-6[1];内应力充分释放,磁畴细化等因素使有效磁各向异性常数K 降低[2],合金表现优良的软磁性能。
温度高于620℃,A -Fe (si )晶粒长大,同时析出Fe x B y 相使磁各向异性增545总第102期 沈桂娣 李建平 周传伟 杨锋 铁基非晶软磁合金及其晶化大,大量晶界对畴壁位移、磁矩转动起阻碍作用,导致软磁性能恶化。
图3 合金的磁化曲线Fig.3M agnetig ation cur ves o f alloys表1 合金的磁性和电阻率QT able 1 M agnetic pr operties and rssistivitye of allo ys合金非晶350℃退火520℃退火540℃退火560℃退火620℃退火750℃退火L0.5×104[1] 4.6×1048.7×1048.2×104H c /A õm -11150.56 1.05 1.347252200Q (8õm ) 1.49×10-6 1.80×10-6 1.33×10-6 1.36×10-6 1.46×10-62.4 退火温度对电阻率影响电阻率是软磁材料主要性能指标。
由表1所列的合金电阻率值均为坡莫合金的2～3倍,这对交流应用时能耗降低是有利的。
金属电阻是因原子振动和晶格缺陷对电子散射作用所引起。
非晶态在结构上长程无序可以看作是缺陷极多的晶体,因此缺陷对电子散射起极重要作用。
即非晶态金属对电子散射主要来自结构无序,因而呈现高电阻率[8]。
温度升高引起短程有序变化及原子迁移使电阻率增大;达晶化温度时结构无序度降低,缺陷贡献减少使电阻率呈现谷值;随温度升高晶化过程继续进行,原子热振动对电子散射作用逐渐增大而使电阻率略有增大。
综上所述,非晶Fe 72.5Cu 1Nb 2V 2Si 13.5B 9软磁合金晶化过程为非晶→非晶+A -Fe (si )→非晶+A -Fe(si)+Fe x B y →A -Fe(si)+Fe x B y ;非晶合金经350℃处理,软磁性能提高,经520～560℃退火,具有微晶结构,相对初始磁导率L i :≥4.7×104矫顽力H c ≤1.4A/m ;超过620℃退火,软磁性能恶化;合金具有高电阻率。
参 考 文 献1 Yo shiza wa Y ,Og uma S,Yamauchi K.New Fe -ba sed so ft magnetic allo ys composed o fultr afine g rain str uct ur e.J A ppl Phy s,1988,64:6044～60462 Herzer G.G rain str uct ur e and mag netism of nano -cr y st alline ferr om agnets.IEEE T r ansM ag n ,1989,M AG -25:3327～33293 刘涛.蒲玉写.赵钟涛等.纳米晶Fe 73.5Cu 1N b 3V 2Si 13.5B 9合金中缺陷及内应力的分布研究.金属学报,1995,31(4):B 159～1624 张延忠,年素珍,金慧娟等.纳米晶Fe 74.7Cu 1N b x V 1.8Si 13.5B 9合金的磁性.金属学报,1995,31(5):B 212～218546南 京 理 工 大 学 学 报 第22卷第6期5 范雄.X 射线金属学.北京:机械工业出版社,1981.1436 胡赓祥.钱苗根.金属学.上海:上海科学技术出版社,1980.347 王一禾.杨膺善.非晶态合金.北京:冶金工业出版社,1989.142～1528 王绪威.非晶态材料及应用.北京:高等教育出版社,1992.100～103Fe -based Amorphous Soft Magnetic Alloy andIts CrystallizationShen Guidi Li Jianping Zhou Chuanwei Y ang Feng(Depar tm ent o f Materials Science and Eng ineering ,NUST ,Nanjing 210094)ABSTRACT The structures and m agnetic pro perties for am orphous and annealed Fe 72.5Cu 1Nb 2V 2Si 13.5B 9alloys at various temper atures in the r ang e of 350～750℃w ere studied by means of differential therm al analysis ,X -ray diffraction and ballistic g alvanometer .The results show ed that,w ith the increase of temper ature sho rt-rang e order expanded the mag netization of annealed alloy at 350℃is more easier than that of amo rphpo us allo y.A microcr ystallite structure and superior soft mag netic properties e .g ,hig h relativ e initialperm eability of L i ≥4.7×104,lo w coercivity of H c ≤1.4A /m can be obtained by annealingat 520～560℃.A nnealing abov e 620℃,the second phase Fe x B y precipitated,soft mag netic properties deter io rated rapidly.KEY WORDS amo rphous alloys ,cr ystallization ,micr ocry stals ,soft mag netic m aterials ;mag netic properties(上接第528页)Determination of the Malar Substitution ofHydroxypropyl Cellulose by 1H -NMRY ang Xujie Huang Hairong Liu Xiaoheng L u Lude Wang Xin(Scho ol o f Chemical Engineering ,NU ST ,Nanjing 210094)ABSTRACT M easuring the molar substitution (M S )of hydro xy pro pyl cellulo se by pr oton nuclear magnetic resonance has been established.The pr ocedure for the deter mination of M S w as based o n hydroly sis o f hydrox ypropyl cellulose w ith deuteriohydrochlo ric acid and integration of ar ea of the resonance peaks.A chrom ic acid ox idatio n distillatio n m ethod has also been used to m easure the MS of hydro xy pro py l cellulose.Futher more,acco rding to the established relation ship betw een M S and content of hy drox ypropyl gr oup (H C ),the MS of hy dro xy pro pyl cellulose could be calculated.Thus ,it is found that the NMR m ethod is feasible .KEY WORDS cellulose ,hydroly sis ,nuclear magnetic reso nance ,determination 547总第102期 沈桂娣 李建平 周传伟 杨锋 铁基非晶软磁合金及其晶化。