纳米晶化Ni78Si10B12非晶合金脆化的TEM分析.pdf

非晶超微晶（纳米晶）合金知识简介非晶超微晶(纳米晶)合金知识简介非晶超微晶(纳米晶)合金知识简介铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为10－20纳米的微晶,弥散分布在非晶态的基体上，被称为超微晶或纳米晶材料. 纳米晶材料具有优异的综合磁性能:高饱和磁感(1.2Ｔ)、高初始磁导率(8万)、低Hc(0.32A/M）, 高磁感下的高频损耗低（P0.5T／20kHz＝30W/kg）,电阻率为80 微欧厘米，比坡莫合金(50-60微欧厘米)高,经纵向或横向磁场处理，可得到高Br(0.9)或低Br值(1000Gs). 是目前市场上综合性能最好的材料;适用频率范围：50Hz-100kHz，最佳频率范围：20kHz-50kHz.广泛应用于大功率开关电源、逆变电源、磁放大器、高频变压器、高频变换器、高频扼流圈铁芯、互感器铁芯、漏电保护开关、共模电感铁芯.等．非晶合金的特点及分类非晶合金是一种导磁性能突出的材料，采用快速急冷凝固生产工艺，其物理状态表现为金属原子呈无序非晶体排列，它与硅钢的晶体结构完全不同，更利于被磁化和去磁。

典型的非晶态合金含80%的铁，而其它成份是硼和硅。

非晶合金材有下列特点：（1）非晶合金铁芯片厚度极薄，只有20至30um，填充系数较低，约为0．82。

（2）非晶合金铁芯饱和磁密低。

（3）非晶合金的硬度是硅钢片的5倍。

（4）非晶合金铁芯材料对机械应力非常敏感，无论是张引力还是弯曲应力都会影响其磁性能。

（5）非晶合金的磁致伸缩程度比硅钢片高约10％，而且不宜过度夹紧。

非晶合金具有的高饱和磁感应强度、低损耗（相当于硅钢片的1/3～1/5）、低矫顽力、低激磁电流、良好的温度稳定性等特点。

非晶合金可以从化学成分上划分成以下几类：（1）铁基非晶合金(Fe-based amorphous alloys)铁基非晶合金是由80%Fe及20%Si,B类金属元素所构成,它具有高饱和磁感应强度（1.54T），铁基非晶合金与硅钢的损耗比较：磁导率、激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片的特点，特别是铁损低（为取向硅钢片的1/3－1/5），代替硅钢做配电变压器可节能60－70％。

4 V o.l 42No .5M ay2009M aterials P rotectio n 添加剂N i -B 非晶合金纳米微粒的制备及其摩擦学性能王李波1,2,王晓波2,刘维民2(1.河南理工大学材料科学与工程学院,河南焦作 454000;2.中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州 730000)[摘 要] 非晶合金纳米粒子具有许多特殊功能,但摩擦领域尚未见其应用报道。

采用液相还原法制备了N i -B 非晶合金纳米微粒,利用四球摩擦磨损试验机考察了N i -B 非晶合金纳米微粒作为润滑脂添加剂的摩擦学行为,并用扫描电子显微镜(SE M )和能量散射谱(EDS)等对钢球摩擦表面进行了分析。

结果表明:所制备的N i -B 非晶合金纳米微粒平均粒径约30nm,表面被氧化;作为润滑油添加剂能够明显提高基础油的减摩抗磨能力,尤其当浓度为1.0%时,磨斑直径从0.54mm 降至0.38mm 。

其抗磨减摩机理为:N i -B 非晶态合金纳米微粒在摩擦过程中沉积并发生摩擦化学反应,生成由氧化镍、氧化硼、铁氧化合物及有机吸附物组成的具有良好摩擦学性能的润滑防护膜,从而改善了基础脂的摩擦学性能。

[关键词] N i -B 非晶合金;纳米微粒;摩擦学性能[中图分类号]O611.4;TH 117[文献标识码]A [文章编号]1001-1560(2009)05-0004-03 [收稿日期] 20081203 [基金项目] 国家自然科学基金资助重点项目(50721062);国家973计划资助项目(2007CB607606) [通信作者] 王李波,男,(1979-),博士,目前主要从事纳米材料及其摩擦学性能研究,E-m a i:l wan -g libo537@yahoo .co 0 前 言非晶态合金(Am orphous A lloy)是一种发展迅速的新型材料。

非晶态合金的物理、化学性能,如强度、耐腐蚀性、超导电性、力学、磁学、电学及化学性质,通常比相应的晶态合金优异,已广泛用于国民经济多个领域。

用非晶晶化法制备纳米晶材料3一钢铁研究钢铁研究Jo口lN^L幛嗍胂如髓l嚣啪V01.6,No.4Dec.1994用非晶晶化法制备纳米晶材料张传历李海'韩伟王海鹏徐世珍NANOCRYST^LUNEMATERIALSMANUFACTUREBYAMoRPH0USALLoYCRYSTALLIZA TIoNMETHoDSZhangChuanil,LiI-laibin.PLanWei,WangHeipeng.XuShhen■蔓纳米晶材料具有一般固体材料所没有的优异的力学和电磁特性.通常的纳.米晶材料为粉末,薄膜或细墼.固其尺度比较小,产业化比较困难.利用非晶晶化的方法可以1目I备纳米晶带材,丝材和粉末.倒如纳米晶磁性材料Fe—Nb—Cu—Si —B,纳米晶强度材料A1.N卜B—Fe等已用此法生产.其中纳米晶磁性材料已大量生产,达到实用规模.实验表明,非晶的成分,制备工艺以及随后晶化的方式都髟响纳米晶的形成和以后的使用性脆.关t调韭曼曼些矍堡兰丝盥]F,,^B哺L^CTN~nocrystallinematerialshaveoutstandingme~hani~alandelectro—ually? nanocrystallidematerialsare_山theformofpowders.filmsorFdamentswhicharetoingamorphousalloycrystallizationmethods, nanocrystallideribhon5.Fdamentsorpowderscanhaeasilyproduced-e.g.nonocrys- tallidemagneticmaterialsFe.bib.Cu.Si.Bandnanocrystallinestructuremsteri- alsAl—Ni—B—Feetc.havebeenproducedinthisway-inWhichthena~crystallide magneticanoyshabeenwidelyused.Thestudyresultsshowthatamorphousalloy composhidns,technologyandcrystaUizationmethodsalleffecttheformationof nanocrystallineandtheperformanceofapplication. KEYWORDSamorphousalloycrystallizationmethod.nanocrystalline,magnetic properties,mechanicalproperties引言纳米晶材料也叫超微晶材料,或叫纳米结构,纳米尺寸的晶态材料.它可由单相,多相晶体,准晶或者非晶相的纯金属,多元合金,金属间化合物,陶瓷或者复合材料组成,其晶体尺寸在一维尺度上为lnm到lOOnm数量级.由于晶体尺寸如此之小,因而材料特性发生质的变化,与一般的晶态材料相比,具有更好的延性,超塑性,强度,磁性和光电性[1].例如将原来脆性的陶瓷,金属间化合物变成纳米晶材料后就具有优良的塑性,可加工成实用的器件{原来具有.金属光泽的粉末,制成纳米微粉后成为黑体粉末,对电磁波具有明显的吸收能力.目前冶金部门已髓提供实用的纳米晶材料,例如纳米晶的隐身材料,超微晶软磁材料等.辗莩蕞譬靠鬻鲁蔫露鑫}5呈‰S.冶tee金l~部锕妖rc研h究Im总ti院tu~非,^M 中M心I)2纳米晶材料的特征纳米晶材料的形状有等轴晶体(三维),丝状,晶须(--维),层状或片状(一维).其相应的典型制造方法有气相凝聚,非晶加热,机械合金化(三维);化学气相沉积(--维){气相沉积,电沉积(一维).其他的翻造方法还有分子柬外延,液态快速凝固,离子柬,激光,反应溅射,可溶胶体等.由于纳米晶材料的晶粒非常小,非结构驰豫亚稳态的边界原子非常之多,稳定性常成为问题.有些纳米晶材料的平衡熔点低于600℃时,可以观察到室温或低于室温时晶粒在24h内成倍长大.还发现原子化学键的性质也影响晶体长大过程.对于多相纳米晶,第二相和杂质以及元素的互溶度都影响它们的稳定性.互溶度越小,晶体越不易长大.纳米晶材料的显微结构经透射电镜,场离子显微镜,示差热分析仪,俄歌谱仪等观察研究发现:④纳米晶体内部几乎没有空穴和位错{②有些纳米晶材料本体多孔,密度很低;③晶粒长大的驱动力很小{④材料中往往含有较多的杂质.气相沉积的金属杂质含量约5at～1Oat,含氧量约1at～4at.机械合金化也常带来相当多的杂质,这些都严重影响纳米晶材料的特性和一致性.由于纳米晶材料中含有比饲非常大的边界面积和原子,研究这些边界原子的交互作用,晶粒间交叉联结处(Y)的特性及晶粒长大的动力学过程对纳米晶材料特性的影响都有重要的作用.这些都需进一步深入研究.3用非晶晶化方法制备纳米晶材料1988年日本日立金属公司吉『尺克仁等[首先发明一种名为Finemet的纳米晶软磁材料,其高频磁性损耗远低于晶态冷轧硅钢片和铁基非晶合金,而与价昂的钴基非晶合金类似, 但它的饱和磁感应强度比钴基非晶合金高很多.一般非晶材料在晶化温度附近加热时,由于是亚稳态,晶化的激活能要求很小,故极易晶化和晶粒易长大而得不到细小和均匀分布的纳米晶体.因此需在铁基非晶中加入在铁中固溶度小的一类元素,形成具有高晶化温度的高金属含量的富相区,以阻止体心立方铁相的晶核长大.图1为本院研究的FeNbCuSiB纳米晶材鲁星50o量30:曼20j10孝Tmp盯^cll",℃圉1FeNbCuSm纳米晶材料磁性和晶化度与退火温度的关系Fig.1Therelationshipofmagneticproperties andcrystallizationde~'eeofFeNbCuSiB nsnocrystallinematerialsvs.annealiagtemperature锕铁研究料的磁性和晶化度与退火温度的关系. 图2为热处理工艺与磁性稳定性的关系.非晶铝合金粉(AI—Lj,AI—Mg, AI—L且等)由于具有高的强度重量比而受到航空工业的重视.我国采用真空旋喷法制得的AlLaYNj.和AILa:Y¨Fe非晶条带口的达到390～760MPa,HV为216～294 DPN.日本井上明久和增本健[研究了AI¨Y:Nit1._I]Fe(x45at).其非晶经热处理后析出fcc铝相徽细粒子.析出的钠米粒子尺寸为2～5nm,相互间隔7nm.它们在非晶基体中的体积百分数明显影响材料的性能.当其体积百分数在2O左右时,力学性能最佳(见图3).显然纳米晶的形成提高了原来非晶的强度和塑性,并比非晶AlB5La25Y25Ni,:Y2.sFe55 和Al昭Y2Ni(1o一)Fel(x≤5at)好.作者用熔体快淬法研究AInNi.B2Fe合金,不同的冷却辊转速可以得到不同的冷却速率,所得到的带材中纳米晶的尺寸和体积百分数也不同,图4为Al"Ni,B.Fe中晶化相尺寸与体积百分数的关系曲线.在非晶基础上存在纳米晶粒的AI基合金的强度,延伸率及硬度的变化见图5.由图可见,随晶粒百分数增加,合金的硬度I-IV增加而强度和延伸率下降.在体积百分数为22时具有最高强度550MP丑和1.15的延伸率.低于微晶AILaYNi(Fe)合金,而高于非晶AlLaYFe合金.{030quenched0_mvleSlowlyCooledsamDItO40801Temperat,,~e,℃图2热处理工艺对纳米晶材料磁性温度稳定性的髟响Fig.2Theeffectofheattreatmentmethod0n temperaturestabilityofnanocrystalllnematerials'magneticpropertiesFCCphM6vo1~me,图3铝基非晶基体上形成的纳米晶体积百分数对力学性能的髟响~--MnI口■一}AA-CoFig.3Theeffectofvolumepercentageofnanocrystaltine formed0nAI—basedamorphousalloys0nnmchonlcalproperties咖400.暑200025*******Crystallizatto~phaseumep~ccntage,%囤4晶化相晶粒尺寸随体积百分效的变化曲线F.4Thecllrveofthegrainsizecrystslli~tlonphase.volumepercentageV olumepero~ntageIV olumepercentageI匿5A1.|NBlFe.台盒拉仲强度,延伸率(a)及维氏硬度(b)随微晶晶粒体积百分效的变化Fig.5TherelationshipoftensilestrengthIpercentageelongation(a)andViclmmhardnessof AlB|NBlFeI~ltoyVS.nanocrystallinegrainvolumepercentage4纳米晶性能优于非晶的原因吉识等认为纳米晶软氆材料FesNbaCuSi.sB'在退火第1阶段中,形成高晶化温度的富铌铜区和低晶化温度的富铁区,前者由于含有较多的铌和铜,因而比原来的非晶相的饱和磁致仲绾系数要低I而在退火的第2阶段,在低晶化温度的富铁区形成体心立方铁一硅固溶体的纳米晶.由于铜(包括IB族元素和铂族贵金属如镓,铝,锌,锡,铷等)在铁中固溶度极小,在形成不同金属元素的富相区时妨碍体心立方铁一硅相晶核的长大.随后Koster 等进一步研究认为低晶化温度的富铜区的低形核激活能产生高的晶化形核率,是晶粒细化的主要原因.而富铁区形成的晶核比富铜区要步.晶核的长大速度由于铌的缓慢扩散和界面的钉扎作用而被控制.不管纳米晶粒子形成过程如何,在低的非晶基体上存在高度分散的均匀,微细晶粒,使氆畴细化,其晶粒尺寸等于或小于畴壁宽度,使局域各向异性减小.众所周知,磁性材料的导磁率∞砖/(K+asa),由于纳米晶的析出f起和置下降而使磁性改善.另外氆畴的细化降低反常损耗,改善动态磁性.纳米粒子是几乎不舍内部缺陷的完整晶体.在非晶相切变时,身暂米粒子有效阻碍位错的运42钢铁研究动,提高强度而纳米粒子本身为高韧性的体心立方铁相(FeNbCuSiB中)和面心立方铝相(AIYNiFe中),并具有相当的体积百分数(在FeNbCuSiB中为7O～8O%,在AIYNiFe中为2O),使整体韧性,塑性提高对于急冷的金属间化合物Ni.Al来说,在有序的y,相基体中分布着弥散的无序y相颗粒,阻碍位错从无序区经界面进入有序区,这样就比y,单相具有更高的高温强度和韧性.此外急冷材料也为复合材料提供了基础.5结论(1)利用加热非晶带材的晶化方法可以工业规模制取纳米晶材料.(2)制取非晶带材时的冷却速度和加热方法可以控制纳米晶形成的体积百分数和晶粒尺寸.(3)纳米晶体积百分数和晶粒尺寸影响纳米晶磁性材料的磁性及纳米晶强度材料的力学性能.(1994年1月收到謦改蔫)参考文献1SuryanatayanaC群.Met.Trans.A..1992,23Al10712Y oshinmYe/.J.App[.phys.,1988,64l60443ChaosanLine/.IstPacificRimInter.Cenf.onA.Mat.Proe.AhJci-~tct$,Jane.1992I234井上明九,增本量.金属,1991.(10)t62技术推广?高炉炉前铁沟喷粉脱硫新工艺NEWDESULPHURISINGTECHiNOLOGYOFSPRAYP0WDER TOIRONPOOLDURINGTOPABLASTFURNACE1内窖筒升:高炉炉前铁沟喷粉脱硫是在高炉出铁过程中,利用喷射冶金方法,将脱硫剂连续喷入铁水流中进行脱藏反应的新工艺.它采用表面喷吹,喷吹压力低,飞蘸小,喷枪无损耗.诫工艺具有沆程简单,投资少,见效快,不占用单独处理时间,不影响正常出铁作业,铁水温降低,脱硫反应温度高,脱藏效果好等优点.它适台作为高炉降低碱度操作的炉外铁水处理工艺,也可作为炉前处理号外铁及提高生铁质量等级的有效手段.2主要技术指标,喷吹罐压0.3MPat脱硫率>5O|吨铁消耗NaCOs5kg,石灰系粉剂l0kg.3设鲁:主要设备如喷吹罐,电子仪,喷射装置等均可在市场购置或用户自制.1年内完成设计,设备制造和安装调试.4市场馕测,奉工艺由于简便易行及脱硫效果好,适用于太,中,小各种高炉,特别是对由于原料波动,生铁质量变化较大的高炉,效果尤为显着.可预测,诫工艺具有广阔的应用前景.5投资夏效益配合1000m高炉的铁沟喷粉脱藏装置,投资约15万元.取得效益增产生铁5,节约焦炭5.处理号外铁,吨铁增收100元.有意者请与本刊绷辑部联系.。

Fe 78Si 9B 13非晶薄带的力学性能与高能射线屏蔽性能研究*杨文锋1,刘 颖2(1 中国民航飞行学院航空工程学院,广汉618307;2 四川大学材料科学与工程学院,成都610065)摘要 对F e 78Si 9B 13非晶薄带的微观结构、力学性能进行了初步研究,并测试了非晶薄带叠层板材对高能射线(热中子及60Co 、137Cs 2种C 源射线)的屏蔽效果。

F e 78Si 9B 13非晶薄带自由面与贴辊面的微观结构差异较大,自由面光洁平整,而贴辊面粗糙不平且有孔洞等缺陷。

Fe 78Si 9B 13非晶带材的常温抗拉强度可达1400M Pa,延伸率为3.9%;而高温抗拉强度有所降低,但断裂延伸率明显提高。

厚度为4.5mm 、4.8mm 的Fe 78Si 9B 13非晶薄带叠层板材对0.5eV以下热中子的吸收率分别达到90.9%、94.9%;对60Co 、137Cs 2种C 源射线的线性减弱系数分别为0.28cm -1和0.46cm -1,说明这种非晶带材有极好的热中子吸收能力和较好的C 射线减弱效果,有望作为屏蔽材料应用在辐射防护系统中。

关键词 Fe 78S i 9B 13 非晶薄带 微观结构 力学性能 屏蔽性能中图分类号:T B34 文献标识码:AInvestigations of Mechanical and Shielding Properties of Fe 78Si 9B 13Amorphous Thin RibbonsYAN G Wenfeng 1,LIU Ying 2(1 Av iatio n Eng ineer ing Institute,Civ il A viation Flight U niv ersity of China,G uanghan 618307;2 Scho ol of M ater ial Science and Eng ineering ,Sichuan U niv ersity ,Cheng du 610065)Abstract Investig ations are carr ied o n the micro structur e,mechanical pr operties and shielding effectiv eness against thermal neut rons,60Co and137Cs C r ays of Fe 78Si 9B 13amor pho us thin r ibbo ns.Sig nificant differ ences o f micr o -st ructur e exist betw een the free face and wheel face.T he free face is smo oth w hile the w heel face is coar se w ith a gr eatamount o f micr o vo ids on t he sur face.T he tensile strength and elong ation ratio of Fe 78Si 9B 13amor pho us thin r ibbo ns at ro om temperature ar e 1400M Pa and 3.9%,r espectively.T he st rength descends to a certain ex tent w hile the elonga -tion increases o bv iously w ith temper ature incr easing.T he ther mal neutro ns abso rptio n ratio of 4.5mm, 4.8mm Fe 78Si 9B 13amo rphous thin r ibbons can reach 90.9%and 94.9%;the liner attenuatio n coefficients of Fe 78Si 9B 13amo r -phous thin ribbons against60Co 、137Cs C r ays ar e 0.28cm -1,0.46cm -1,respectively.T he Fe 78Si 9B 13amorphous thinribbons po ssess ex cellent abso rptio n pr operties for therma l neutro ns and satisfacto ry attenuat ion effectiv eness ag ainst C ray s and can hopefully be applied in r adiations shielding systems.Key words Fe 78Si 9B 13,amor phous t hin r ibbons,micr ostructure,mechanical pro per ties,shielding effect ive -ness*中国民航飞行学院自然科学基金(J2008-23)杨文锋:男,1979年生,博士,主要从事金属材料、航空结构材料的研究 E -ma il:yw fcyy @163.co m0 引言非晶合金材料(又称金属玻璃)是20世纪80年代问世的一种新型合金材料。

非晶Fe78Si9B13合金结构对磁性的影响*支起铮1,丁丹1,杨大勇1,李长生2,张侠3,连法增1(1.东北大学材料各向异性与织构教育部重点实验室,辽宁沈阳110004;2.东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110004;3.沈阳天荣电缆材料有限公司,辽宁沈阳110027)摘要:研究了普通退火对非晶Fe78Si9B13合金磁性能和结构的影响。

实验发现:经不同温度退火1h后,试样的静态磁性能在T a=390e呈现最佳值;损耗则在T a=440e呈现最低值;在T a=440e经不同时间退火后,试样在t a=2h呈现横向感生磁各向异性。

由退火后试样的初始磁导率与温度的关系及磁致伸缩系数的变化结果表明,当有极少量的A-Fe(Si)晶体相析出时,可明显改善合金的动态磁性能;当A-Fe(Si)晶体相进一步析出时,可使合金呈现良好的恒导磁特性。

关键词:非晶合金;晶化;磁性;居里温度;磁导率中图分类号:TB383文献标识码:A 文章编号:1001-9731(2007)06-0914-031引言铁基非晶合金器件是非晶材料一个新的应用领域[1~5],由于具有优异的磁性能和低廉的成本,制成的铁芯和电感元件在电力和电子工业中得以广泛的应用[6,7]。

尽管国内外已有许多这方面研究报道[8,9],这类采用急冷法制备的非晶态合金可经低于晶化温度的退火处理获得高饱和磁感应强度和高磁导率,也可采用弥散析出相法降低高频损耗,以及采用表面晶化法可获得恒导磁性能等,但很少注意具有不同性能的Fe 基非晶合金在结构上的差别。

为了探索有应用价值的生产工艺,本实验研究了普通退火对非晶Fe78Si9B13合金磁性能的影响,讨论了普通退火后合金微观结构的变化。

2实验方法实验用非晶Fe78Si9B13合金带材采用单辊熔体急冷法制备,约宽10mm,厚30L m。

将条带绕成外径20m m,内径16m m的环状铁芯与约450mm长的条带在Ar气保护下进行不同温度的等时(t a=1h)和不同时间的等温(T a=440e)退火处理。

1998年　6月第19卷第3期东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern University(Natural Science)Jun.1998Vol.19,No.3 Fe78B13Si9纳米晶合金的晶体结构滕功清①　晁月盛②　赖祖涵③(东北大学理学院,沈阳　110006)摘　要　用高密度电脉冲处理Fe78B13Si9(M etg las2605S-2)非晶合金,形成了纳米晶合金,并用X 射线衍射和透射电镜研究了纳米晶合金的晶粒结构,结果表明,两个晶体相为α-Fe(Si)固溶体和F e2B(bct)化合物,晶粒尺寸为19nm.α-F e(Si)相的晶格参数为a=0.28568nm,Fe2B的晶格参数为a=0.5145nm和c=0.4249nm.随电脉冲时间的增加,晶粒尺寸略有增加,而晶格参数则相应降低.α-F e(Si)相晶格参数的减小与晶粒的微弱生长及由此引起的α-Fe(Si)相中的Si含量增加有关.而Fe2B(bct)相晶格参数的减小是由该相在电脉冲处理过程中较为明显的生长所引起的.关键词　电脉冲,Fe78B13Si9非晶,纳米晶化,晶体结构.分类号　TG115.222.1铁基非晶合金经高密度直流电脉冲处理,可在低于非晶合金的晶化温度和较短的时间内实现非晶合金的纳米晶化[1～3],且所制备的纳米晶合金在结构形貌、剩余非晶相、晶化机制及晶化动力学[4～8]等方面不同于通常的等温退火晶化方法.然而,对于电脉冲处理过程中纳米晶的晶粒生长及其结构变化还不是很清楚.本文用X射线衍射和透射电镜对由电脉冲方法制备的Fe78B13Si9纳米晶合金的晶格参数、晶粒尺寸及其随电脉冲处理时间的变化进行了系统的测量与研究,讨论了Fe78B13Si9纳米晶合金中的晶体结构的变化,这对于了解非晶合金在脉冲电流作用下的晶化过程和纳米晶合金的结构是有益的.1　实验方法本实验所用试样是Fe78B13Si9(Metg las 2605S-2)非晶条带.试样尺寸为95mm×6m m×20μm,电脉冲处理及温度测量见文献[9].本文中试样的电脉冲处理条件见表1.其中,J是最大电流密度;f和τp分别为脉冲频率和脉冲宽度;t p 和t eff(=fτp t p)分别为电脉冲处理时间和有效通电时间;T则表示电脉冲期间试样温度的平均值及其最大起伏.X射线衍射(XRD)测量在D/MAX-RB型衍射仪上进行,加速电压为40kV(CuKα),采用40MA步进扫描,Si粉作外标,峰顶法定峰位,由最小二乘法拟合计算晶格参数.纳米晶合金的晶粒尺寸用Scherrer方程由X射线衍射峰的展宽计算确定,用透射电子显微镜(TEM)和选区衍射(SAD)花样检测和观察晶化状态和形貌,并对晶粒尺寸进行符合检验.透射电子显微镜为JEM-100CX,加速电压为100kV,电镜试样先经双喷减薄(-10℃)后,再由小角离子束减薄而成.表1　电脉冲处理条件试样J(A·mm-2)fHzτpμst pst effmsTK 1170018406043.2673±20 21700184012086.4673±20 317001840240172.8673±20 417001840480345.6673±20 517001840900648.0673±20 6170018401200864.0673±202　实验结果与讨论XRD测量表明,表1中的各试样在给定的电脉冲处理条件下,均发生了纳米晶化,两个晶化相为α-Fe(Si)(bcc)和Fe2B(bct),典型的X射线衍射花样(试样5)示于图1,表2给出了由XRD方法精确测定的两个晶化相的晶格参数,α-Fe(Si)相的晶格参数为a=0.28568nm,Fe2B相的晶格参数a=0.5145nm和c=0.4249nm(表2括号1997-06-02收到. ①男,40,博士研究生,副教授;②男,52,教授;③男,77,教授,博士生导师.国家自然科学基金(编号:59371066)和东北大学中青年科学基金资助项目(编号:86087).中的数字为测量误差),随着电脉冲处理时间的增加,两晶化相晶格参数均显示了一致减小的趋势.图1　电脉冲处理后F e 78B 13Si 9试样的XRD 花样(试样5,t =900s )★—α-Fe (Si );○—Fe 2B . 影响晶格参数的因素比较复杂,但通常有两种因素应该考虑.第一,对于α-Fe (Si )相,由于Si 原子占据α-Fe 相的晶格位置,Si 固溶度的增加将导致晶格参数的降低[10];第二,根据热力学分析[11],对于纳米晶而言,由于晶粒表面能的存在使得晶粒的体自由能升高.上升的幅值为ΔG v =αγ/D ,其中α为常数,γ为晶粒的表面能,D 为晶粒尺寸.ΔG v 的存在将导致晶粒内杂质(或溶质原子)固溶度的提高和空位浓度的提高,这一效应随着晶粒尺寸的增加而减小,在通常的粗晶材料中完全消失.实验中,晶化过程是在电脉冲处理期间的相对低温的条件下进行的,溶质原子难以进行充分的长程扩散,因而,纳米晶粒表面能的存在所造成的晶粒体自由能的升高将主要表现为晶格内空位浓度的提高而使晶格膨胀.所以,在晶体相化学成分相同或相近并且其它情况相同的条件下,晶格参数的减小意味着平均晶粒尺寸的增加. 表2还给出了由Scherrer 方法确定的各电脉冲处理试样的平均晶粒尺寸(由α-Fe (Si )相XRD (310)峰展宽确定,未计及Fe 2B 的影响).此外,还利用TEM 对晶粒尺寸进行了符合检测,并观察了晶化相的形貌.由电镜观察得到的平均晶粒尺寸与由Scherrer 方法得到的结果基本一致,图2是两组电脉冲处理试样(试样1和试样5)的TEM 形貌照片和相应的SAD 花样(试样1).从图2可见,晶粒尺寸分布均匀,没有任何枝晶出现的迹象,剩余非晶仅作为界面相存在于试样之中.表2　晶格参数和平均晶粒尺寸试　样 α-Fe (Si ) a /nmt -Fe 2Ba /nm c /nm D /nm 10.28568(±0.00003)0.5145(±0.0001)0.4249(±0.0001)1920.28563(±0.00003)0.5146(±0.0001)0.4241(±0.0001)2130.28560(±0.00003)0.5135(±0.0001)0.4247(±0.0001)2240.28562(±0.00003)0.5131(±0.0001)0.4230(±0.0001)2250.28559(±0.00003)0.5125(±0.0001)0.4230(±0.0001)2360.28556(±0.00003)0.5114(±0.0001)0.4226(±0.0001)22图2　电脉冲处理后Fe 78B 13Si 9试样的TEM 形貌照片和SAD 花样(a )—试样1,t p =60s ;(b )—与(a )对应的SA D 花样;(c )—试样5,t p =900s .值得注意的是,Fe 78B 13Si 9非晶合金在试样平均温升为673K 和处理时间仅为60s 的条件下即发生了纳米晶化(有效通电时间则更短,仅为43.2ms ,见表1).而且随电脉冲作用时间的增加,平均晶粒尺寸没有明显地增加,晶粒生长十分缓慢.但α-Fe (Si )在相对贫铁的剩余界面相中的248东北大学学报(自然科学版) 第19卷微弱生长将会造成该相中Si 固溶度的增加(这一结果已为穆斯堡尔谱研究所证实,有关结果将另文报道).因此α-Fe (Si )相的晶格参数随电脉冲处理时间增加而减小.另外,从表2中看到Fe 2B (bct )相的晶格参数随电脉冲处理时间的增加表现出较为明显的减小:a 从0.5145nm 变为0.5114nm ;c 从0.4249nm 变为0.4226nm .这种变化相对于α-Fe (Si )相要大一些.从差热分析结果可知[12],Fe 78B 13Si 9非晶合金的晶化过程存在两个放热峰,第一峰对应α-Fe (Si )固溶体(可能含有少量的Fe -B 化合物,如Fe 2B 和Fe 3B 等)的析出;第二峰则对应Fe -B 化合物的析出.最近,有人[13]在(Fe 0.99Mo 0.01)78B 13Si 9非晶合金等温退火晶化的高分辨电镜观察中得到,大多数Fe 2B 成核于α-Fe (Si ,Mo )与剩余非晶相的交界面处.即晶化分两个阶段进行,第一过程主要析出α-Fe (Si )(不排除可能有少量的Fe 2B ),第二过程主要析出Fe 2B 化合物,那么,按照纳米粒子晶格膨胀的观点,随着电脉冲作用时间的增加,Fe 2B (bct )相的晶格参数相对明显的降低意味着该相在此过程中有较为明显的生长.从以上对电脉冲处理所引起的Fe 78B 13Si 9非晶合金晶化情况的了解可以看出,对于所使用的电脉冲参数,当电脉冲处理时间仅仅为60s 时,试样即已经接近于充分晶化,再增加电脉冲处理时间主要表现为Fe 2B 相的相对增加,而α-Fe (Si )相的生长则比较缓慢.由此看来,缩短电脉冲处理时间对于电脉冲作用下的Fe 78B 13Si 9非晶合金的纳米晶化将是有益的.3　结 论(1)用高密度直流电脉冲处理Fe 78B 13Si 9非晶合金,在温升为673K ,处理时间为60s 的条件下,试样转变为纳米晶合金,两个晶化相是α-Fe(Si )(bcc )固溶体和Fe 2B (bct )化合物,平均晶粒尺寸小于20mm .此时,α-Fe (Si )相的晶格参数确定为a =0.28568nm ,Fe 2B 相的晶格参数为a =0.5145nm 和c =0.4249nm .合金接近于充分晶化.(2)随电脉冲处理时间的增加(60～1200s ),α-Fe (Si )相晶格参数降低约0.00010nm ,可归因于电脉冲处理过程中α-Fe (Si )相的比较缓慢的生长及由此引起的Si 含量的相对增加;Fe 2B 相的晶格参数分别降低约0.0030nm 和0.0020nm ,降低幅度比α-Fe (Si )相明显,这可能与Fe 2B 相的生长有关.参考文献1滕功清,晁月盛,赖祖涵,等.Fe 78B 13Si 9非晶合金纳米晶化的新方法.科学通报,1994,39(11):974～9762滕功清,赖祖涵,晁月盛,等.用高密度脉冲电流使Fe 73.5Cu 1Nb 3Si 13.5B 9非晶合金快速纳米晶化的研究.见:张传厉,胡壮麒,章靖国,等编.94秋季中国材料研讨会论文集:第Ⅱ卷.北京:化学工业出版社,1994.112～1153Teng GQ ,ChaoYS ,LaiZ H ,eta l .Rapidnanocrystallization from amorphous Fe 78B 13S i 9by high current dens ity electropulsing .J M ater Sci Lett ,1995,14:144～1454Teng G Q ,Chao Y S ,Lai Z H ,et al .M icrostructural study of the low -temperature nanocrystalliztion of amorphous Fe 78B 13Si 9.Phys Stat Sol (a ),1996,156:265～2765滕功清,晁月盛,赖祖涵,等.Fe 78B 13Si 9非晶合金纳米晶化的亚结构.东北大学学报(自然科学版),1996,17(5):529～5336晁月盛,孙少权,滕功清,等.高密度脉冲电流对非晶Fe -Ni -Si -B 合金结构弛豫与晶化的促进效应.物理学报,1996,45(9):1506～15127Teng G Q ,Chao Y S ,Dong L ,et al .Features of nanocrystallization of metallic glass Fe 78B 13S i 9induced by high -cu rrent -density electropuls ing .Jpn J Appl Phys ,1996,35(10):28～338晁月盛,滕功清,谢春晖,等.高密度脉冲电流对Fe -Si -B 非晶合金晶化过程的影响.金属学报,1996,32(11):1204～12089Lai Z H ,Chao Y S ,Conrad H ,et al .Hyperfine structu re changes in iron -base amorphous alloys p roduced by high cu rrent density electropulsing .J M ater Res ,1995,14:900～90610Elsokov E P .Barinov V A ,Konygin G N .Influence of the order -disorder transition on the structural and magnetic properties of bcc iron -sil icon alloys .Soviet Phys -Phys M et M etall ,1986,62:85～8911刘学东,卢柯,丁炳哲.α-Fe (Si )纳米相的晶格畸变,学科通报,1994,39(3):217～21812刘学东,丁炳哲,王景唐,等.C u 对Fe 基非晶合金内禀磁性及晶化行为的影响.材料科学进展,1993,7(4):333～33713Ping D H ,Li D X ,Ye H Q ,et al .High resolution electron microscopy studies of the microstructure in nanocrystal line (Fe 0.99M o 0.01)78Si 13B 9alloys .M ater Sci Eng ,1995,A194:211～217Investigation into Crystallite Structure of Nanocrystalline Fe 78B 13Si 9Teng Gongqing ,Chao Y uesheng ,L ai Z uhanABSTRAC T T he amorphous Fe 78B 13Si 9(M etglas 2605S -2)was transformed into nanocrystalline alloy by high crurrent density electropulsing .T he g rain structure was studied using XRD and T EM methods .The results show that two cry stalline phases are α-Fe (Si )solid solution and Fe 2B compound ,with the average grain size of 19nm ,and that lattice parameters of α-F e (Si )phase249第3期 滕功清等:Fe 78B 13Si 9纳米晶合金的晶体结构are a=0.28568nm and those of Fe2B are a=0.5145nm and c=0.4249nm.With increasing the electro pulsing time,the average g rain size increases slig htly and lattice parameters decrease.The analysis of the chang e of lattice parameters reveals that the decrease of the lattice parameter inα-F e(Si)phase has a connection with the weak g ro wth ofα-Fe(Si)grains and the induced increase of Si concentration inα-F e(Si)phase,and that the decrease of the lattice parameters in Fe2B phase is caused by the remarkable g row th of Fe2B g rains during electropulsing.KEY W ORDS　electropulsing,amorphous Fe78B13Si9,nano cry stallization,cry stallite structure.(Received June2,1997)待发表文章摘要预报车铣切屑仿真的研究姜增辉　贾春德　王德俊阐述了车铣切屑形状的计算机仿真的原理,由此分析了不同工艺参数对车铣切屑形状的影响,并预测了不同工艺参数对车铣切屑过程的影响.气动自激振动系统数值解及分析戚靖洋　张国忠给出了气动自激振动系统的模型和运动方程,通过数值求解的方法研究了系统在不同参数下的振动情况,揭示了系统参数对系统振动特性的影响,为气动自激振动机械的参数设计提出了依据.环城高速公路双方向交通模型与自校正控制黄小原以辽宁省高速公路问题为实际背景,建立了环城高速公路入口匝道处双方向放行交通模型;针对环城公路双方向控制问题,提出了任意维输入及其设定的自校正控制算法,并进行了预案仿真.Si3N4陶瓷粉末在冷压致密化特性孙雪坤　杨　红　金琪泰分析了Si3N4陶瓷粉末在冷等静压(CIP)和模压下的材料致密化特性,讨论了常用的Shima模型的计算结果,通过对比表明:Shima模型材料性能数据的选取颇有争议,而岩石力学中的Cam-Clay模型的计算结果却与实验数据相当吻合.具有激励特征的科技人才需求预测方法边　旭　郭亚军针对经济体制转换时期的特殊情况,提出了具有激励特征和动态特征的科技人才需求预测方法,并对L省S市2000～2010年科技人才需求量及具有预期学历结构约束的人才补充量进行了预测.250东北大学学报(自然科学版) 第19卷。

非晶合金 与 准晶1.非晶态合金的发现长期以来，提到合金指的就是晶态合金。

提到非晶 态，指的是玻璃态的硅酸盐。

上个世纪六十年代，非 晶态合金的出现，改变了这种情况。

60年代初Duwez等发展了溅射淬火技术，用快速冷 却的方法，使液态合金的无序结构冻结起来，形成非 晶态合金Au3Si，对传统的金属结构理论是一个不小的 冲击，由于非晶态合金具有许多优良性能：高强度、 良好的软磁性、耐腐蚀性等，很快成为重要的功能材 料，获得很快发展。

2.非晶态合金的结构特征非晶态合金与晶态合金最大的区别在于长程无 序。

晶态合金只要了解一个晶胞中原子的排布，由 于周期性，固体中所有原子的排布都知道了。

而非 晶态合金结构特点为短程有序、长程无序，即某一 个第一近邻、第二近邻原子是有固定排列的，而更 远的原子是无序的。

从X射线衍射强度图可以看出， 晶态有明确、锐利的衍射峰，而非晶态只有较圆滑 的峰，后面是一些不可分辨的曲线，即非晶态合金 不能从X射线衍射中获得太多的信息，目前用径向分 布函数来表征非晶态合金结构。

晶态材料与非晶态材料数值密度函数随距离变 化的示意图2.非晶态合金的结构特征非晶态固体与晶态固体相比，结构上的最本质的差别 是不存在长程有序性。

组成晶体的粒子在宏观尺度上 规则排列的周期性，就称为长程有序性。

在非晶态固体中，原子位置的空间分布并不是无规 则的，而是存在一种局域关联性，因此，在非晶态固 体中存在着极为明显的短程有序性。

所谓短程有序 性，就是在原子周围小区域内原子排列的规则性，一 般是用在任一特定原子的最近邻的原子数(即配位数) 来表示。

①非晶合金具有比普通金属更高的强度。

②非晶态合金因其结构呈长程无序，故在物理 性能上与晶态合金不同，显示出异常情况。

③非晶合金比普通金属具有更强的耐化学腐蚀 能力。

非晶态合金是均匀的多元固溶体，不 存在晶界、第二相、析出物等结构缺陷，有 利于抗化学腐蚀。

非晶态合金与晶态合金最大的区别在于长程无 序。

Fe78Si9B13非晶合金磁芯封装及其软磁性能尹镭;朱正吼;郑海娟;徐雪娇;刘吉磊【摘要】研究了Fe78Si9B13非晶合金磁芯进行环氧封装及封装后对非晶合金磁芯软磁性能的影响。

结果表明对磁芯进行环氧封装，有效改善磁芯的机械强度同时，能改善带材表面的平整度，在带材表面形成一层绝缘层，显著降低了非晶合金磁芯高频下的损耗值，封装后的非晶合金磁芯在Bm=1T，f=1kHz下，损耗值比封装前下降了14％。

综合考虑机械强度大小、磁化难易、损耗高低等因素，封装胶浓度为2％时封装效果最佳。

%The coating with epoxy onFe78Si9B13 amorphous alloy magnetic core and its influence on soft magnetic properties were studied. It is found that the core~s mechanical strength and the strip＇s flatness are improved after coating. At the same time, a insulation layer of coating can be formed on the surface of the strip. The coatings play significant roles in decreasing the core loss of amorphous alloy magnetic cores at high frequencies. Af- ter coating, the core loss of amorphous alloy magnetic cores decreased by 14% at Bm=1T, f=lkHz. Considering the factor such as mechanical strength, magnetization, and core loss, the coating achieves best as the ratio of coating adhesive is 2 %.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2012(043)006【总页数】3页(P722-724)【关键词】非晶合金;磁芯;封装;软磁性能【作者】尹镭;朱正吼;郑海娟;徐雪娇;刘吉磊【作者单位】南昌大学材料科学与工程学院,江西南昌330031;南昌大学材料科学与工程学院,江西南昌330031;南昌大学材料科学与工程学院,江西南昌330031;南昌大学材料科学与工程学院,江西南昌330031;南昌大学材料科学与工程学院,江西南昌330031【正文语种】中文【中图分类】TG139.8进入21世纪，科技飞速发展的同时，环境和能源问题越来越受到世界各国的高度重视，这就要求材料的发展一方面要符合高频化、大功率、小型化方向的发展趋势；另一方面也要满足节能、环保的需要［1］。

《非晶态Ni-B-M纳米粒子在碱性介质中对甲醇的电催化氧化》篇一一、引言随着能源需求的增长和环境污染的加剧，寻找高效、环保的能源转换技术已成为科研领域的热点。

甲醇作为一种清洁、高效的能源载体，其电催化氧化技术备受关注。

在众多催化剂中，非晶态Ni-B-M（其中M为其他金属元素）纳米粒子因其独特的结构和优异的电催化性能，在碱性介质中对甲醇的电催化氧化表现出显著的优势。

本文旨在研究非晶态Ni-B-M纳米粒子在碱性介质中对甲醇的电催化氧化性能，并探讨其潜在的应用价值。

二、非晶态Ni-B-M纳米粒子的制备与表征1. 制备方法非晶态Ni-B-M纳米粒子采用化学共沉淀法进行制备。

首先，将相应的金属盐溶液混合，加入沉淀剂，调节pH值，使金属离子共沉淀生成前驱体。

随后，通过热处理得到非晶态Ni-B-M纳米粒子。

2. 结构表征利用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）等手段对制备得到的非晶态Ni-B-M纳米粒子进行结构表征。

结果表明，纳米粒子具有非晶态结构，粒径分布均匀，且具有良好的分散性。

三、电催化性能研究1. 实验方法在碱性介质中，采用循环伏安法（CV）和线性扫描伏安法（LSV）等电化学方法，研究非晶态Ni-B-M纳米粒子对甲醇的电催化氧化性能。

同时，通过对比实验，分析不同金属元素对电催化性能的影响。

2. 结果与讨论实验结果表明，非晶态Ni-B-M纳米粒子在碱性介质中对甲醇的电催化氧化具有较高的活性和稳定性。

与晶态催化剂相比，非晶态结构能够提供更多的活性位点，从而提高催化性能。

此外，不同金属元素的掺杂也能显著提高催化剂的电催化性能。

例如，M元素的引入可以改善催化剂的电子结构，降低反应能垒，从而提高反应速率。

同时，B元素的加入可以提高催化剂的抗中毒能力，使其在反应过程中具有更好的稳定性。

四、反应机理探讨根据实验结果和文献报道，提出非晶态Ni-B-M纳米粒子在碱性介质中对甲醇的电催化氧化反应机理。

该机理涉及甲醇的吸附、活化、氧化等过程，以及催化剂表面活性位点的变化。