钆含量对Fe-B-Nb-Gd非晶合金磁学性能和氧化机制的影响规律

研究了Gd含量对(Fe_(73)B_(22)Nb_(5))_(100–x)Gd_(x)(x=0,0.5,1.0,1.5,2.0)合金非晶形成能力、热稳定性和磁学性能的影响规律,并对比分析了非晶氧化机制.通过添加Gd元素,合金的原子尺寸差超过13%,构型熵增大了30%,提升了合金的非晶形成能力.随着Gd含量的增大,过冷液相区范围达到73 K,热稳定性得到明显增强.Gd元素导致合金局部各向异性受到限制,准位错偶极子型缺陷密度降低.这有效减少了阻碍磁畴壁旋转的钉扎位点,提高合金软磁性能.此外,Gd元素使得非晶在氧化过程中对温度的变化更为敏感,达到最大氧化速率的温度降低了15 K,但是并未恶化其抗氧化性能.Gd原子受结合能影响向表层迁移,形成的富Gd氧化物填充了表层缺陷,占据了大量顶部空间,合金表面附近的结构更加致密.这种结构减少了氧原子通过微观组织界面进行扩散的通道,有助于增强抗氧化性能.

三元Fe_(73)B_(22)Nb_(5)合金的快速凝固组织控制与物理性能研究

本文研究了三元Fe_(73)B_(22)Nb_5合金快速凝固过程中的组织演变规律,系统分析了凝固组织与合金微观力学性能以及室温磁学性能的关联机制.实验测定出合金固相线温度为1410 K,液相线温度为1525 K.在近平衡凝固条件下,初生Fe_(2)B相率先析出,剩余液相形成(FeNbB+αFe+Fe_(2)B)三元共晶.自由落体过程中合金液滴的过冷度随其直径的减小呈指数关系单调递增,最大过冷度可达352 K (0.23T_L).实验表明,基于过冷度对相组成的强烈影响,可以实现对合金微观力学性能和磁学性能的调控.随着过冷度的增大,初生Fe_(2)B相的生长被抑制,共晶组织体积分数逐渐增加.三元共晶中的FeNbB相对合金的微观力学性能有着显著的强化作用,其硬度为15.1 GPa,杨氏模量为170.7 GPa.深过冷条件下,液态合金快速凝固全部形成非规则三元共晶组织.溶质截留效应使得Nb元素分布更为均匀,FeNbB相体积分数明显增大,合金硬度最高可达1197 HV,矫顽力则由79 Oe锐减至54 Oe.