通过亚稳液相分离机制制备块体磁性纳米合金

实验结果表明，当熔融共晶合金被过冷到它的熔点以下时，一个亚稳的液相spinodal分解将可能发生，使熔融合金分为成分不同，相互缠绕的液相网络。液相网络的宽度随过冷度的增加而减小。当达到足够大的过冷度后，后继的结晶将使熔融合金凝固成块体纳米合金。基于上述机制，本项目将针对成分为(Fe,Co,Ni)80(P,B,C,Si)20形式的共晶磁性非晶态合金，利用fluxing提纯技术和J-Quenching快速凝固技术，使合金获得大的过冷度，利于亚稳液相分离机制，获得没有孔洞，组织均匀，且晶粒尺寸分布狭窄的块体纳米磁性合金。通过本项目的研究，有望为制备具有优异机械性能和磁性能的块体磁性纳米合金提供一条新思路。同时，对合金大过冷态下的亚稳液相分离机制的研究，对于完善材料凝固理论也具有重要的研究价值。

本项目主要目的是研究大过冷态下熔融合金中的亚稳液相分离机制。利用玻璃融覆技术和等温过冷技术，我们研究了Fe80P13C7和Fe80P14B6两个Fe基伪二元共晶合金在不同过冷度的凝固组织。结果表明，随着过冷度的增加，这两个合金都展现了从传统的过冷凝固组织向液相分离导致的网络状凝固组织形貌的转变。随着过冷度的增大，凝固组织的晶粒尺寸不断减小。Fe80P13C7和Fe80P14B6合金达到的最大过冷度分别为300 K和350 K，对应的凝固组织的平均晶粒尺寸分别约为70 nm和50 nm。此外，本项目也对Fe基块体非晶态合金的结晶动力学进行了研究，以便获得合金在大过冷态下的热力学信息。对Fe80P13C7块体非晶态合金和非晶薄带的非等温晶化动力学的比较研究表明，在超过冷液相区，金属玻璃并不是一个完全的弛豫状态，而是与样品的初始状态有关。Cu 和Nb对Fe80P13C7块体非晶合金晶化动力学影响的研究表明，Cu的加入促进了Fe80P13C7块体非晶态合金中alpha-Fe相的析出，而Nb的加入抑制了初生相的生长。基于亚稳液相分离机制，我们能够获得组织均匀，且晶粒尺寸分布狭窄的块体纳米合金。因此本项目的研究为制备具有优异磁性能和机械性能的块体纳米合金提供了一个新思路。