高饱和磁感应强度FeSiBPCu纳米晶软磁合金晶化机制研究

本项目以一种自主知识产权的低Cu高Fe含量FeSiBPCu系纳米晶软磁合金体系为研究对象。该合金体系在前期预研中被发现兼具高饱和磁化强度和较大的非晶形成能力，同时明显呈现出不同于传统纳米晶软磁合金的晶化机制。本项目拟通过调节合金成分、晶化温度、升温速率、保温时间等工艺参数，采用DSC、XRD、HRTEM、EDS、APFIM等分析手段，研究处于不同晶化阶段的纳米晶合金的微结构，探索其成核位的形成机理以及纳米晶粒的生长与稳定机制，结合磁性能的测量，明确该合金系独特的晶化机制，建立合理的模型，并以此模型为指导，合理调整合金的成分与晶化工艺，最终实现对合金体系软磁性能的最优化。本项目避开Nb、Zr等传统高熔点贵金属元素的使用，转而采用低熔点P元素并降低了Cu元素的含量，但却大幅提高了类FINEMET系纳米晶合金的饱和磁化强度，从而为高性能低成本软磁纳米晶合金的开发提供一个有益的参考。

如何制备高铁含量纳米晶合金，使合金同时具有高饱和磁感应强度和优异的综合软磁性能，一直是非晶纳米晶软磁材料研究中的难点。.在本项目的支持下，系统研究了高饱和磁感应强度FeSiBPCu纳米晶软磁合金的的晶化行为，并通过优化合金成分和热处理工艺，提高了其综合磁性能。在建立的高饱和纳米晶软磁合金的晶化机制指导下，通过组元设计和成分调整，开发了新型高Fe含量FeBCCu, FeSiBCCu和FePCCu系纳米晶软磁合金。研究具有重要的应用价值和科学意义，为开发高性能磁性纳米晶软磁合金打开了一条通道。本项目的主要工作和成果概括如下：.1..系统研究了高饱和磁感应强度FeSiBPCu纳米晶软磁合金的的晶化行为，分析了P和Cu添加及含量变化对FeSiBPCu纳米晶软磁合金微观结构和性能的影响，优化了合金成分和热处理工艺。通过优化Cu含量和热处理工艺，制备出的Fe82.75Si4B8P4Cu1.25纳米晶合金的饱和磁感应强度达到1.83 T，矫顽力仅为2.3 A/m。进一步优化P含量和热处理条件，制备出具有高饱和磁感应强度为1.80 T和低矫顽力1.1 A/m的纳米晶合金。FeSiBPCu纳米晶合金的铁损明显优于同样工作条件下的硅钢，FeSiBPCu纳米晶软磁合金兼具高饱和磁感应强度,优异软磁性能和低损耗，具有较好的应用前景。.2..在建立的高饱和纳米晶软磁合金的晶化机制的指导下，通过组分设计和成分优化，开发了新型不含贵金属元素，成本低且综合磁性能优异的FeBCCu, FeSiBCCu和FePCCu系纳米晶软磁合金。通过优化合金成分和热处理工艺制备FeBCCu系纳米晶软磁合金，合金具有较好的软磁性能，如Fe83B10C6Cu1的饱和磁感应强度为1.78 T，矫顽力为5.1 A/m。以FeBCCu合金为基础，添加Si元素拓宽了合金的最佳热处理工艺范围，改善了合金的软磁性能。Fe83B10C4Si2Cu1纳米晶合金的饱和磁感应强度为1.78 T，有效磁导率为13600，矫顽力为4 A/m，铁损为P10/400 = 3.6 W/kg、P10/1k =11.3 W/kg。通过优化合金成分和热处理工艺制备了FePCCu系纳米晶软磁合金，合金的磁感应强度达1.65 T，矫顽力为3.3 A/m。三种新型纳米晶软磁合金都具有不含大原子半径贵金属元素的特点，具有明显的成本优势，具有进一步研究和改善的价