铁基合金薄带多次等温回火特性的研究

Fe基合金薄带的磁性能对应力敏感,特别是退火过程应力感生磁各向异性是否可以用回火方法消除,是一个令人感兴趣的科学问题.本文采用同步辐射X射线衍射技术,观测Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶薄带经外加394.7 MPa应力540℃保温30 min退火后,进行多次等温回火样品的微观结构,用SupereyesB011型显微摄像机记录样品应力退火和回火过程的宏观伸长量,并利用HP4294A型阻抗分析仪测量相应样品的磁各向异性.对实验数据进行曲线拟合后发现,虽然应力退火过程的残余应力引起的晶格各向异性是产生磁各向异性的主要原因,但不是唯一原因,在应力退火过程中非晶基底的蠕变引起的纳米晶晶粒定向团聚,也是应力退火感生磁各向异性的重要原因;而且,因应力退火过程中非晶基底的蠕变引起纳米晶晶粒定向团聚感生的磁各向异性无法用等温回火方法完全消除.

低温应力退火Fe基合金薄带巨磁阻抗特性的研究

通过同步辐射X射线衍射技术,观测Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶薄带经过不同温度和不同应力退火60 min后样品的微观结构,利用HP4294A型阻抗分析仪测量相应样品的巨磁阻抗比与磁各向异性。研究结果表明,在450℃下施加不同应力退火的样品仍然处于非晶结构状态,并且在应力为112.1 MPa的条件下产生优异的磁性能,样品的最大巨磁阻抗比达到了1818.7%,是自由退火条件下最大巨磁阻抗比的1.9倍,同时能够改变巨磁阻抗曲线的形状,使Fe基合金薄带的巨磁阻抗曲线具有宽线性的特性。对实验数据进行拟合后发现,样品的最大巨磁阻抗比和磁各向异性场与外加应力都具有线性关系,磁感灵敏度与外加应力具有负指数关系。通过探究发现具有非晶结构的Fe基合金薄带的磁学性能对应力敏感,可以作为研究非晶纳米晶合金材料应力敏感问题的另一个新方向。

非晶薄带横向均匀性的研究

非晶薄带横向均匀性是影响非晶软磁器件性能的关键因素。本文通过分析单辊快淬法制备铁基非晶合金薄带过程中冷却铜辊热膨胀、表面弯曲程度等影响单辊快淬法制备铁基非晶合金薄带横向均匀性的关键因素,采用调节喷嘴弧度来补偿冷却铜辊在制带过程的受热膨胀,消除因铜辊膨胀而引起的薄带横向非均匀性。通过不同宽度薄带所需喷嘴弧度的工艺参量总结,揭示了非晶薄带宽度与喷嘴弧度的一般性关系式,该关系式对于非晶薄带生产实际的工艺设计具有重要的指导意义。

多场耦合Fe基合金巨磁阻抗效应调控机制

Fe基合金性能优异,是首选的“双绿色”节能材料,在电力电子信息领域具有重要的应用价值.本文对单辊快淬制备的Fe_(64.8)Co_(7.2)Nb_(4)Si_(4.8)B_(19.2)非晶薄带实施多场耦合热处理(电流张应力退火),采用阻抗仪和磁力显微镜观测薄带纵向驱动巨磁阻抗效应及磁畴结构,结合X射线衍射、随机各向异性模型和数值拟合分析薄带的磁晶各向异性和应力各向异性,提出磁各向异性竞争因子k,从磁各向异性角度研究合金带巨磁阻抗效应调控机制.结果表明,k≤0.147的薄带展现出“单峰”和“穹顶”状的巨磁阻抗效应,且具有较规则的横向磁畴结构;而k>0.147的薄带展现出“尖刺+穹顶”状巨磁阻抗效应,同时在较不规则的横向畴畴壁处观测到新畴的形核和分裂,这为磁各向异性的竞争抑制作用提供了佐证.因此,本研究认为多场耦合热处理Fe_(64.8)Co_(7.2)Nb_(4)Si_(4.8)B_(19.2)合金薄带展现出良好的应力敏感特性可由磁各向异性的竞争抑制作用解释,它是材料巨磁阻抗效应实现调控的主要原因,在调制优化材料磁性能方面具有良好的应用前景.

Fe基合金应力感生不可逆磁各向异性机理

Fe基合金因独特的磁性能和简单的生产工艺,被视为是重要的“双绿色”节能材料.本文对Fe_(73.5)Cu_(1)Nb_(3)Si_(13.5)B_(9)非晶薄带进行不同物理时效处理(张应力退火、回火),采用动态应变测量技术,结合纵向驱动巨磁阻抗效应和同步辐射X射线衍射研究应力感生磁各向异性和晶格各向异性的弛豫动力学,探寻应力感生磁各向异性的物理起源.结果表明:退火过程薄带轴向应变在玻璃转变点以下表现为弹性,在玻璃转变点以上主要表现为塑性;感生磁各向异性和晶格各向异性表现出不同的弛豫动力学,数值拟合预言前者通过无限次回火归一化的磁各向异性趋于κ=0.144的稳态值,而后者仅通过有限次回火便可弛豫为0;构建纳米晶分布各向异性模型,主张应力感生不可逆磁各向异性K_(d)是由纳米晶分布各向异性Δδ所致,且满足K_(d)=kΔδ的函数关系.本文认为应力感生磁各向异性起源于纳米晶晶格各向异性和分布各向异性的协同作用,对理解应力感生磁各向异性机理具有指导意义.

电流应力退火感生磁各向异性焦耳热回火特性

本文采用跟踪观测Fe基合金薄带焦耳热应力退火及多次回火过程中样品应变,并测量经退火和各次回火样品的磁各向异性场的方法研究焦耳热应力感生磁各向异性在多次回火过程的变化行为。利用Gaosuo视频录像原位监测Fe基合金薄带在焦耳热应力退火及多次回火过程的宏观伸长量,由HP4294阻抗仪分别测量经焦耳热应力退火和不同次数回火样品的纵向驱动巨磁阻抗曲线,并由巨磁阻抗曲线计算各样品的磁各向异性场。研究结果表明,焦耳热应力退火产生显著的磁各向异性,而感生的磁各向异性采用多次回火只能减小不能被完全消除。这项研究结果表明,非晶软磁器件生产过程中采用退火方法消除应力对器件性能影响的做法存在严重缺陷,因为存在应力作用的退火过程会感生不可消除的感生磁各向异性。欲提高非晶软磁器件的性能,需要开发在生产过程中不引入或少引入纵向应力作用的新工艺。

FeCuNbSiB合金薄带电流应力退火感生磁各向异性的研究

应力感生磁各向异性机理是一项备受关注的重要基础科学问题,本文采用电流应力退火原位观测装置,监测FeCuNbSiB合金薄带在应力作用下电流退火过程中薄带的伸长量,由纵向驱动巨磁阻抗效应曲线得到薄带应力退火感生的磁各向异性场。分析比较应力电流退火感生磁各向异性场与退火电流及薄带伸长量之间的关系获知,在50 MPa外加应力作用下,退火电流密度J = 45 A/mm2为薄带蠕变的临界点,在退火电流小于蠕变点时,电流应力退火没有感生明显的磁各向异性场,在退火电流大于蠕变点时,电流应力退火感生的磁各向异性场迅速变大,且随退火电流密度的增加呈线性增大。