强磁场下结构弛豫对铁基块体软磁非晶结构及性能的作用机理研究

与同成分的晶态合金相比，铁基非晶态合金独特的原子排列结构使其不仅具有高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀等优异性能，更具有高饱和磁感应强度、高导磁率、低矫顽力、低损耗等优良的（软）磁性能，具有极大的工业应用价值。但是认识和控制原子尺度结构、开发兼有大尺寸和优异综合性能的软磁块体金属玻璃（BMG）仍然是目前该领域研究的难点及热点。本项目将强磁场这种极端物理场引入到铁基BMG的结构弛豫过程中，利用强磁场的磁化及能量传输原理，研究强磁场对低Fe含量铁基BMG的原子团簇类型、原子对排列或取向等本征结构的作用机理，揭示强磁场下结构弛豫对所研究BMG强韧性和软磁性能的作用规律，提高低Fe含量铁基非晶的综合性能，开发大尺寸高性能的软磁BMG。优化强磁场处理工艺，发展提高铁基BMG力学及软磁等综合性能的新方法。本研究可增进对决定BMG软磁性能的结构因素的认识，为开发新的软磁BMG成分和工艺提供重要依据。

铁基非晶、以及在非晶基础上形成的铁基非晶/纳米晶软磁复合材料作为新型的软磁材料，已经逐步替代某些传统软磁材料，目前获得了极大的工业应用价值。但由于非晶合金结构上长程无序特点，使得对非晶结构的认识至今仍是该领域的研究难点和热点，而非晶合金处于热力学上亚稳态的特点，使得对非晶结构弛豫衍变规律以及结构衍变对合金性能的影响的研究至关重要。本项目把强磁场这种极端物理场引入到铁基块体非晶（BMG）的结构弛豫过程中，利用强磁场的磁化及能量传输作用，影响低Fe高B含量铁基BMG合金结构及软磁性能，并得出以下主要研究结论：1. 对Fe71(Nb0.8Zr0.2)6B23块体非晶在玻璃转变点以下50 oC进行一小时保温退火时，施加12T强磁场可以抑制该BMG的结构弛豫过程，稳定该合金非晶态结构；较之原始合金和无磁场退火处理，施加12T强磁场退火可以降低合金矫顽力，提高磁导率；与相同温度下无磁场退火相比，施加强磁场退火可以抑制该BMG结构弛豫脆性。强磁场退火提高该BMG非晶稳定性，与强磁场处理后该合金的晶化激活能增加相关。 2. 对Fe71(Nb0.8Zr0.2)6B23块体非晶在玻璃转变点温度进行一小时保温退火时，施加12T强磁场可以抑制该BMG硼化物的析出而促进α-Fe的生成；较之无磁场退火处理，施加12T强磁场退火可以有效抑制该合金软磁性能的恶化，在提高该合金饱和磁感应强度的同时具有较小的矫顽力，同时施加强磁场退火可以降低该合金退火脆性。3. [(Fe0.5Co0.5)0.75B0.2Si0.05]96Nb4在玻璃转变温度（Tg）附近保温退火一小时，施加强磁场会促进该BMG的结构弛豫，并促进α-(Fe，Co)相的析出。在第一晶化温度附近保温一小时，施加强磁场促进合金第一步晶化。磁场对合金弛豫过程纳米晶的形成有影响作用，通过磁化能的不同改变不同Fe含量化合物的析出顺序。4. 合金凝固过程中，电磁场可影响合金中固溶的Nb元素扩散，低磁场会促进Nb元素偏析。5.本研究初步探索了强磁场对铁磁性较弱的Ni基BMG结构弛豫的影响，其作用机理为磁化能对合金内能的改变。以上研究证明强磁场磁化控制是调控合金组织性能的新手段。通过本资助，共发表SCI论文5篇，EI论文1篇，ISTP论文1篇，获批国家专利一项，在申请国家专利一项。培养已毕业硕士研究生3名，在读硕士研究生两名。