强磁场下块体非晶合金的形成规律及作用机制

研究表明：强磁场影响了合金熔体中的原子团簇结构及非晶合金的形成和晶化过程。基于强磁场对铁磁性和非铁磁性合金的影响机理可能不同，本项目以锆基、稀土基及铁基非晶合金为研究对象，利用微观组织分析技术和相变理论来研究强磁场对合金凝固组织的影响，通过对比非晶样品的室温压缩行为、泊松比、磁性能、低温晶化行为等来分析强磁场对非晶合金区域性微结构的影响，旨在建立非晶合金微观组织及区域性微结构与磁场条件、合金体系、冷却方式等的联系，明确强磁场对非晶合金的微观组织及区域性微结构的影响，了解强磁场对不同类型合金作用机制的异同，揭示强磁场对非晶合金形成的影响规律，达到利用强磁场来提高合金的非晶形成能力、调制非晶合金微结构的目的，为利用强磁场改善块体非晶合金性能和开发新材料提供基础。

强磁场能影响合金中的各种中短程有序结构的形成，为调控非晶合金的微观组织和性能提供了一种有效手段。在本项目执行期间，制备了多种锆基、稀土基、铁钴基及铁基非晶合金，研究了部分合金的玻璃形成能力、热稳定性和性能，着重研究了强磁场对Zr60Cu20Ni10Al10、Zr46.75Ti8.25Cu7.5Ni10Be27.5、RE55Al25Co20、(Fe0.36Co0.36B0.192Si0.048Nb0.04)100-xCux、Fe84B10C6、Fe83B10C6Cu1、Fe76C7Si3.3B5P8.7和Fe75.3C7Si3.3B5P8.7Cu0.7等非晶合金的微观组织和性能的影响，发现强磁场对不同非晶合金的微观组织和性能的影响规律不同。研究发现，强磁场并未改变两种锆基块体非晶合金的最终晶化产物，但通过抑制晶化相的长大而抑制了晶化反应的进行。强磁场促进了稀土基非晶合金Nd55Al25Co20、Gd55Al25Co20和La55Al25Co20中晶化相的形成。在本项目所用实验条件下，强磁场对FeCo基非晶合金的晶化过程和磁性能无显著影响。强磁场明显促进了Fe基非晶合金中α-Fe相的形成，这种促进作用在晶化温度附近最显著。强磁场对不同铁基非晶合金中α-Fe形成的影响机制有所不同。在Fe84B10C6非晶合金中，强磁场促进了α-Fe的形核，而对α-Fe的平均晶粒尺寸无明显影响；在Fe83B10C6Cu1非晶合金中, 强磁场促进了α-Fe相的形核和长大，但未改变Fe83B10C6Cu1合金的晶化机制；在本项目所用实验条件下，FeBC(Cu)合金退火后的软磁性能恶化；强磁场促进了Fe75.3C7Si3.3B5P8.7Cu0.7非晶合金中α-Fe相的形核，同时细化了α-Fe晶粒，但并未改变其晶化机制；在合适的条件下，强磁场明显提高了Fe75.3C7Si3.3B5P8.7Cu0.7合金的软磁性能。在初始晶化阶段，Fe84B10C6、Fe83B10C6Cu1、Fe76C7Si3.3B5P8.7和Fe75.3C7Si3.3B5P8.7Cu0.7四种铁基非晶合金的JMA指数分别为2.455、3.285、1.69和2.47，其晶化机制不同。这些结果对利用强磁场来调控非晶合金的微观组织和性能提供了支持。