铁基块状非晶合金的制备及性能 (1)

抗弧，而且在３．５％ＮａＣｌ溶液中测得的极化曲线上存在钝化区．合金硬度为ＨＶｌ０３２．
关键词 铁基块状非晶合金，玻璃形成能力，热稳定性，耐腐蚀性能
中图法分类号ＴＧｌ３９．８
文献标识码Ａ
文章编号０４１２－１９６１（２００５）０２一０２０９一０５
ＰＲＥＰＡＲＡＴＩｏＮ ＡＮＤ ＰＲｏＰＥＲＴＩＥＳ ｏＦ Ｆｅ—ＢＡＳＥＤ
本实验成功地采用工业原材料利用铜模浇注的方法 制备了直径为１．５ ｍｍ的Ｆｅ６０ＣｏｓＺｒｌ０ＭｏｓＷ２８１５块 状非晶合金，同时研究了其热稳定性、力学、磁学及抗腐
蚀Hale Waihona Puke 能．１实验方法 实验用合金成分为Ｆｅ６０ＣｏｓＺｒｌ０Ｍ０５Ｗ２８１５（原子分
数，％，下同）．将工业纯Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｗ和Ｆｅ＿ ７９．７４％Ｂ（质量分数）预合金按标称成分配重后，利用电 弧炉熔炼成母合金锭，然后利用铜模浇注法制备成直径为 １．５ ｍｍ（样品１）和２．５ ｍｍ（样品２）的圆柱棒．
摘 要 采用工业材料利用铜模浇注方法制备了直径为１．５ ｍｍ的Ｆｅ６０ＣｏｓＺｒｌｏＭ０５Ｗ２８１５块状非晶合金．利用ＸＲＤ和
ＤＳＣ对非晶合金铸态结构及热稳定性进行了分析．该合金的玻璃转变温度墨、晶化开始温度足、过冷液相区△了１ｘ（兄一毛） 及约化玻璃转变温度正ｇ（珏／死、）分别为８９１ Ｋ，９５０ Ｋ，５９ Ｋ和ｏ．６２．Ｍ５ｓｓｂａｕｅｒ谱为宽化、非对称的双线谱，表明该合 金为顺磁性的非晶合金．该合金在３．５％ＮａＣｌ溶液和ｌ ｍｏｌ／Ｌ ＨＣＩ溶液中表现出良好的抗腐蚀性能，电化学阻抗谱为单一的容
ｆＤＳＣ）ｔｏ ｂｅ ８９１ Ｋ，９５０ Ｋ，５９ Ｋ，ａｎｄ ０．６２，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｎ ｔｈｅ Ｍ５ｓｓｂａｕｅｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｅｘｉｓｔｓ ａ ｂｒｏａｄ—
ｅｎｅｄ ａｎｄ ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｄｏｕｂｌｅｔ——ｌｉｋｅ ｐｅａｋ ｗｈｉｃｈ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ ａ ｆｕｌｌｙ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉｏｄｙｎｍｉｃ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ａｌｌｏｙ ｈａｓ ａ ｈｉｇｈ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎ ３．５％ＮａＣｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ａｎｏｄｉｃ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｈａｓ ａ ｐａｓｓｉｖｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ．ＥＩＳ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｎｌｙ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｌｏｏｐ．ｍａｎｉｆｅｓｔｉｎｇ ａ ｈｉｇｈ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．≤ｒｈｉｓ ｂｕｌｋ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｇｌａｓｓ ａｌｓｏ ｈａｓ ａ
Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １００１６ ２）Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，
Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００１６
Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔ：ＺＨＡＮＧ Ｈ嘣ｅｎｇ．ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，Ｔｅｌ：（０２４）２３９７１７ｓ３｝Ｆａｘ：（０２４）２３８９１３２０，
ｐｅｒａｔｕｒｅ（疋），ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｎｓｅｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（足），ｓｕｐｅｒｃｏｏｌｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｒｅｇｉｏｎ（△Ｔｘ＝Ｔｘ一是），ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅｄ ｇｌａｓｓ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（正ｇ＝耳／２１ｍ）ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ
图１样品１和２的ｘ射线衍射谱
Ｆｉｇ．１
ＸＲＤ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｓ １ ａｎｄ ２ ｗｉｔｈ １．５ ｍｍ ａｎｄ ２．５ ｍｍ ｉｎ ｄｉａｍｅｔｅｒ．ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ
２．２热稳定性能
图２为样品１的ＤＳＣ曲线图．由图可以看出，在 ＤＳＣ曲线上存在明显的玻璃转变点、过冷液相区和晶化
Ｐｒｏｇｒａｍｍｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．Ｇ２０００６７２０１）
Ｍａｎｕｓｃｒｉｐｔ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ２００４—０３—１５．ｉｎ ｒｅｖｉｓｅｄ ｆｏｒｍ ２００４—０６—０１
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ａ ｂｕｌｋ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｇｌａｓｓ（ＢＭＧ）ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｏｆ ＦｅａｏＣ０８ＺｒｌｏＭ０５Ｗ２８１５ ｗｉｔｈ ａ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ
耐腐蚀性能和良好的软磁性能而越来越引起研究者的广 泛关注．铁基合金非晶形成能力较低，在冷却过程中需要 很高的冷却速度，因此所得到的样品均为丝状或薄带状． 作为软磁材料，铁基非晶合金条带已经应用于磁性材料领 域［１－－２ Ｊ．然而铁基非晶合金薄带在实际应用中，由于薄带 之间存在空隙使饱和磁化强度减小，而降低了变压器的效 率．另外由于尺寸的影响，铁基非晶合金很难制备出形状
ＢＵＬＫ ＭＥＴＡＬＬＩＣ ＧＬＡＳＳ
Ｃｈｅｎ］），删ⅣＧ肌咖ｎｇ¨，日Ｕ ＬＩＵ Ｄｏｎｇｙａｎ¨，ｗ疆ⅣＧ
Ｚｈｕａｎｇｑｉｌ）
１１ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
放热峰．其热稳定性参数，如玻璃转变点耳、过冷液相 区△足、晶化开始温度足、约化玻璃转变温度正。分
别为８９１ Ｋ、９５０ Ｋ。．５９ Ｋ和０．６２． Ｆ卜Ｃｏ－Ｚ卜Ｍｏ—Ｗ Ｂ合金具有很强的玻璃形成能力
和高的热稳定性可以用Ｉｎｏｕｅ的非晶形成三个原则来理
解【１１ Ｊ．作为此合金的主要组成成分Ｆｅ—Ｚｒ—Ｂ，它已满足
万方数据
２１０
金属学报
４１卷
复杂的磁性器件，因而其在应用中受到了很大的限制．所 以寻找玻璃形成能力较大的铁基块状非晶合金是一个有 意义的研究课题．
与Ｌｎ基、Ｚｒ基、Ｐｄ基、Ｍｇ基块状非晶合金 相比，铁基块状非晶合金的获得较为困难． １９９５年，日 本的Ｉｎｏｕｅ研究小组率先以高纯的金属和非金属为原材 料，用铜模浇注的方法先后成功地制备了一系列铁基块状 非晶合金，如Ｆｅ一（ＡＩ，Ｇａ）一Ｐ—Ｃ—Ｂ【引，Ｆｅ一（Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ）－ ｆＣｒ，Ｍｏ，Ｗ）一Ｂ｛４１，Ｆｅ—Ｃｏ—Ｌｎ—Ｂ［５１，Ｆｅ—Ｃｏ—Ｎｉ—Ｓｉ—Ｂ［引， Ｆｅ—ｓｉ—Ｂ ｚｒ【７Ｊ等．其中Ｆ卜ｃｏ＿（ｚｒ，Ｎｂ，Ｗａ）一（Ｍｏ，ｗ）一 Ｂ【８Ｊ系棒状试样最大直径达到了６ ｍｍ．除了使用高纯度 的原材料，还在Ｆｅ一（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｇａ）一Ｐ—Ｃ—Ｂ【９Ｊ和Ｅ卜Ｎｉ－ （Ｐ，Ｂ）１１０Ｊ等合金系采用净化处理（ｆｌｕｘ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）原材 料的方法制备了铁基块状非晶合金．无论是使用高纯度原 材料，还是净化提纯原材料，都是为了抑制在冷却过程中 异质形核以提高合金的非晶形成能力．然而，使用高纯度 原材料会大大地提高生产成本，而净化处理会使生产程序 复杂化．所以利用工业原材料制备铁基块状非晶合金具有 极其重要的意义．
Ｅ—ｍａｉｌ：ｈ＃ｈａｎ ｔ＠ ｉｍｒ ． ａｃ ｃｎ
．．ｑ
Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｉｉｇｈ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｐｒｏｇｒａｍｍｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ （Ｎｏ．２００１ＡＡ３３１０１０１ ａｎｄ Ｎａｔｉｏｎａｔ Ｋｅｙ Ｂａｓｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
第４１卷 ２００５年２月
第２期
２０９—２１３页
金属学玻
ＡＣＴＡ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖ０１．４１ ＮＯ．２ Ｆｅｂ．２００５ ＰＰ．２０９—２１３
铁基块状非晶合金的制备及性能
刘冬艳·） 王成。） 张海峰－） 胡壮麒·）
１）中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室，沈阳１１００１６ ２）中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室，沈阳１１００１６
１．５ ｍｍ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｃｏｐｐｅｒ ｍｏｕｌｄ ｃａｓｔｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｅ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｔａｔｅ ｗａｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｂｙ Ｘ—ｒａｙ ｄｉｆｉｒａｃｔｉｏｎ（ＸＲＤ）．Ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｇｌａｓｓ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍ—
ｒ毋．ｏ—ＥＪ∞Ｓｘ山０
图２样品１的ＤＳＣ曲线图 Ｆｉｇ．２ ＤＳＣ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ １
２期
刘冬艳等：铁基块状非晶合金的制备及性能
２１１
三原则， １）它是由三个或三个以上的元素构成， ２） 主要元素间的原子尺寸之比大于１２％，３）元素间的混 合焓为负值． Ｆｅ—Ｃｏ—Ｚ卜Ｍｏ－Ｗ—Ｂ合金系是由六种 元素构成，根据Ｇｒｅｅｒ的混乱原则【１２Ｊ，合金中含的 元素种类多，使得晶态相在析出的过程中原子的长程扩 散变得更加困难，从而提高了非晶的形成能力．同时这 六种元素同时存在使得此合金中的原子尺寸更复杂和具 有连续性，原子半径的大小关系为Ｚｒ（Ｏ．１５９ ｎｍ）＞Ｗ （０．１３７ ｎｍ）＞Ｍｏ（Ｏ．１３６ ｎｍ）＞Ｃｏ ｆｏ．１２５ ｎｍ）＞Ｆｅ （ｏ．１２４ ｎｍ）＞Ｂ（ｏ．９８ ｎｍ）．而且，除了类金属原子Ｂ与 金属元素之间有很大的负混合焓外，金属原子间的混合焓 为非正值，Ｆｅ—ｃｏ为一１ ｋＪ／ｍｏｌ，Ｆｅ—Ｚｒ为一２５ ｋＪ／ｔｏｏｌ， Ｆｅ－Ｍｏ为一２ ｋＪ／ｔｏｏｌ，Ｆｅ—Ｗ为０ ｋＪ／ｔｏｏｌ，Ｃｏ—ｚｒ为 一４１ ｋＪ／ｍｏｌ，Ｃｏ—Ｍｏ为一５ ｋＪ／ｍｏｌ，ｃｏ＿ｗ为一１ ｋＪ／ ｍｏｌ，Ｚｒ－Ｍｏ为－６ ｋＪ／ｔｏｏｌ，ｚ卜ｗ为～９ ｋＪ／ｔｏｏｌ，Ｍｏ＿ ｗ为０ ｋＪ／ｍ０１．组成元素具有非正混合焓和不同原子尺 寸比，可以形成致密的无序密堆结构，提高了固／液界面 能，抑制晶态相形核，且过冷液体粘度随温度的降低而增 大使组元元素原子的长程重排变得困难，所以提高了非晶 的形成能力及热稳定性． ２．３磁性能