正混合热元素对铁基非晶合金异质结构的形成及对其力学、磁性能的影响与机制

Lack of plastic deformation ability is the bottleneck restricting the application of Fe-based amorphous alloys as structural materials. As soft magnetic materials, their soft magnetic properties also need to be improved continuously. In recent years, studies have shown that the properties of amorphous alloys can be enhanced by the atom-scale inhomogeneity and nano-and micron-scale heterostructures. However, the physical mechanism of the formation of heterostructure and their effects on properties in these alloys is still unclear. Our previous studies have found that the addition of elements of positive mixing enthalpy with Fe can form heterostructure in amorphous alloys. The characteristics of alloying elements such as mixing enthalpy, atomic size, electronegativity, Poisson's ratio, and electronic structure will affect the formation and evolution of amorphous matrix and heterostructure in alloys. In this research, the influence and mechanism of positive mixing elements on the formation and evolution of amorphous and heterostructures will be studied. The effects of heterostructures on the mechanical behavior, dynamic mechanical properties, and soft magnetic properties will be investigated. It is helpful to understand the physical correlation mechanism between amorphous matrix, heterostructure and macroscopic properties. This study will provide a new method to prepare Fe-based amorphous with good properties.

缺乏塑性变形能力是限制铁基非晶合金作为结构材料应用的瓶颈，作为软磁材料其软磁性能也需要不断优化提高。近年来研究表明，通过调控合金中原子尺度的不均匀性、纳米微米尺度的异质结构可有效调控合金的性能。然而合金中异质结构的形成及其对性能影响的物理机制仍不清晰。前期的研究发现，添加正混合热元素是调控合金中异质结构的有效方法，不同特点（混合热值、原子尺寸、电负性、泊松比、外层电子结构等）的正混合热元素的加入会影响合金中非晶基体与异质结构的形成与演化。本项目系统的研究具有不同特征的正混合元素对合金的非晶相、异质结构的形成与演变的影响与机理，探明异质结构的形成及演化对合金的力学行为、动态机械性能、磁性能、磁畴的形态与迁移的影响与结构起源，深入地认识“非晶基体-异质结构-宏观性质”之间的物理关联机制。为制备具有优异性能的铁基非晶合金提供新途径。

铁基非晶合金由于具有优异的软磁性能及力学性能，但由于其缺乏塑性变形能力，限制了铁基非晶合金作为结构材料应用的瓶颈，作为软磁材料其软磁性能也需要不断优化提高。近年来研究表明，通过调控合金中原子尺度的不均匀性、纳米微米尺度的异质结构可有效调控合金的性能。.本项目根据前期研究结果，正混合热元素Cu的加入能够使合金中形成纳米级非晶/纳米晶异质结构，此异质结构对合金的软磁性能有显著的提升作用。本项目研究针对正混合热元素如Ag、La、Sn、Zn等的不同特点系统的研究其对铁基非晶合金中非晶/纳米晶异质结构形成以及对其性能的影响。项目完成了不同含量合金元素如Ag、La、Sn、Zn等加入到合金系中合金的原子尺寸差值和化学混合焓值的计算，完成了不同元素加入到合金中对其异质结构形成的影响，探明了不同类型正混合热元素加入后非晶相的保持以及异质结构的形成，对以及这些元素对合金性能的影响，系统分析了典型元素对异质结构和软磁与力学性能的影响并对其物理机制进行了探究。对比研究了Co对基础合金的非晶形成能力以及对其软磁性能、力学性能的影响。本项目的研究结果从结构上能够指导新的铁基非晶的研究与开发，丰富铁基非晶材料的设计与制备理论，提高铁基非晶合金的工程化应用前景。.