高饱和磁感应强度软磁性钴基块体非晶合金的制备及其性能调控研究
批准号:
51871039
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
张伟
依托单位:
学科分类:
金属低维与亚稳材料
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
王英敏、周秉文、刘田雨、杨影影、暴丰、赖磊强、张国忠
中文摘要
软磁性Co基非晶合金具有低矫顽力、高磁导率、低铁损、接近零的磁致伸缩系数等极其优异的软磁特性,有着重要的工业应用价值。但有关其新合金体系研发以及相关理论研究的工作很少。本项目针对Co基非晶合金饱和磁感应强度(Bs)不高及非晶形成能力(GFA)低的不足,以发展高Bs的优异软磁性Co基块体非晶合金为目标,系统研究(Fe,Ni,Mn)和(P,C,Si)两组相似元素、微量稀土和过渡金属元素的添加对高Co浓度Co-B二元合金的热稳定性、GFA及磁性能的影响规律,建立合金成分与GFA及磁性能的相关性。研究合金元素对其微观结构演变的影响规律,探讨成分—微观结构—GFA及磁性能间的关联,在原子层面理解合金元素的作用机理,阐明其对GFA和磁性能的微观调控机制。通过合金成分优化,综合调控合金的性能,制备出具有高Bs(> 1.1 T)Co基块体非晶合金,为发展新型优异软磁性能的Co基非晶合金提供实验和理论依据。
英文摘要
The excellent soft magnetic properties of Co-based metallic glasses including low coercivity, high permeability, low core loss, and nearly zero magnetostriction coefficient, are of significant technical value. The practical applications of Co-based metallic glasses are limited by the low saturation magnetization (Bs) and weak glass-forming ability (GFA). Less experimental investigations have been carried out, and few theoretical guidelines are known, for the development of new types of Co-based metallic glasses with excellent soft-magnetic properties. This proposal is devoted to developing soft magnetic Co-based bulk metallic glasses (BMGs) with high Bs along with the relevant theoretical guidelines. Our experimental study is focusing on the alloying substitution effects of two groups of like-elements, (Fe, Ni or Mn) and (P, C or Si), and the minor alloying effects of rare earth and transition metal elements on the thermal stability, GFA, as well as the magnetic properties of binary Co-B alloys with high Co concentrations. Thereupon the experimental evidence is used to establish the relationship between the alloy composition, GFA, and magnetic properties. A local atomic structure model is put forth to understand the alloying effects on the microstructural evolution, and to elaborate the correlation between the composition, microstructure, GFA, and magnetic properties of the new type of Co-based BMGs, and then to clarify the microcosmic mechanism for tailoring the GFA and magnetic properties. Finally, Co-based BMGs with Bs > 1.1 T are to be obtained by composition optimization along with properties tailoring, and useful theoretical guidelines are to be proposed for the development of new Co-BMGs with excellent magnetic properties.
Co基非晶合金具有优异的软磁特性,但其饱和磁感应强度(Bs)不高及非晶形成能力(GFA)较低,限制了其应用范围。本项目以发展高Bs的软磁性Co基块体非晶合金为目标,研究了相似元素P,C,Si,Fe、微量稀土(RE)和前过渡金属(ETM)元素添加对Co-B合金热稳定性、GFA及磁性能的影响规律。研究合金元素对其微观结构演变的影响,探讨成分—微观结构—GFA及磁性能间的关联。通过成分优化,综合调控合金的性能,制备出高Bs的Co基块体非晶合金。.发现添加少量P可使Co-B-Si非晶合金出现玻璃化转变现象;以Fe置换Co-B-Si-P和Co-B-C-P合金中的Co,可显著增大其GFA,首次制备出了不含ETM和RE且Bs大于1.2 T的高强度Co基Co-Fe-B-Si-P和Co-Fe-B-C-P系块体非晶合金。该系合金的GFA与其过冷度的大小有较好的对应关系;从非晶合金结构均匀性以及磁致伸缩系数与磁各向异性的相关性的角度,说明了Fe量影响合金矫顽力(Hc)的机制。.在Co-B非晶合金添加少量Y,出现明显玻璃化转变现象,且Y量3.5 at.%合金具有最大的过冷液体温度区间(ΔTx)、GFA及最低Hc。第一原理分子动力学(AIMD)计算结果表明:添加3.5 at.%Y可提高合金原子间的相互作用,增强局域原子结构稳定性,降低过冷液态的扩散能力,从而提高合金的过冷液体稳定性和GFA;且Y3.5 at.%合金具有较小磁各向异性能和平均团簇尺寸是其低Hc主要原因。以Fe置换Co-RE-B非晶合金中的Co可明显增大其过冷液体稳定性和GFA,研发出了ΔTx和Bs分别大于60 K和1.1 T新型Co基(Co, Fe)-RE-B系块体非晶合金。. 在Co-Y-B和Co-Fe-Y-B非晶合金中添加少量Nb可显著增大其ΔTx和GFA,并提高软磁性。这是因为添加Nb提高了合金的畸变二十面体结构含量和B-B/Co-Y/B-Y原子间的相互作用,并起到连接Voronoi多面体的作用,增强了局域原子结构的稳定性的结果。.首次以快淬法制备出了具有高热稳定性、硬度的非金属B基B-Co-RE非晶合金。AIMD计算结果表明:以Co和RE为中心的较大团簇起到连接以B为中心的三棱柱型小团簇的作用,B-B和Co-B共价键形成的棱柱形团簇的致密堆积,均有利于增强合金局域原子结构稳定性,从而提高了其热稳定性和硬度。
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Unveiling the role of Y content in glass-forming ability and soft magnetic properties of Co-Y-B metallic glasses by experiment and ab initio molecular dynamics simulations
通过实验和从头算分子动力学模拟揭示Y含量对Co-Y-B金属玻璃玻璃形成能力和软磁性能的作用
DOI:
--
发表时间:
2022
期刊:
Journal of Alloys and Compounds
影响因子:
6.2
作者:
[Shuang Ma, Yuzhu Ran, Xinyu Liang, Li Jiang, Yanhui Li, Xudong Wang, Man Yao, Wei Zhang]
通讯作者:
Wei Zhang
DOI:
10.1016/j.jmmm.2022.169035
发表时间:
2022-01
期刊:
Journal of Magnetism and Magnetic Materials
影响因子:
2.7
作者:
[Licheng Wu;Yanhui Li;Lin Qi;Wei Zhang]
通讯作者:
Licheng Wu;Yanhui Li;Lin Qi;Wei Zhang
Improvement of soft magnetic properties of a Fe84Nb7B9 nanocrystalline alloy by synergistic substitution of P and Hf
P和Hf协同替代改善Fe84Nb7B9纳米晶合金的软磁性能
DOI:
10.1016/j.jallcom.2022.165735
发表时间:
2022-06
期刊:
Journal of Alloys and Compounds
影响因子:
6.2
作者:
[Tenigeer Li, Yanhui Li, Licheng Wu, Lin Qi, Wei Zhang]
通讯作者:
Wei Zhang
Effects of Ribbon Thickness on Structure and Soft Magnetic Properties of a High-Cu-Content FeBCuNb Nanocrystalline Alloy
带状厚度对高Cu含量FeBCuNb纳米晶合金结构和软磁性能的影响
DOI:
10.1007/s40195-021-01244-y
发表时间:
2021-05
期刊:
Acta Metallurgica Sinica (English Letters)
影响因子:
--
作者:
[LiCheng Wu, YanHui Li, XingJie Jia, AiNa He, Wei Zhang]
通讯作者:
Wei Zhang
Formation and crystallization behavior of Fe-based amorphous precursors with pre-existing α-Fe nanoparticles–Structure and magnetic properties of high-Cu-content Fe-Si-B-Cu-Nb nanocrystalline alloys
具有预先存在的α-Fe纳米颗粒的铁基非晶前驱体的形成和结晶行为——高Cu含量Fe-Si-B-Cu-Nb纳米晶合金的结构和磁性能
DOI:
--
发表时间:
2021
期刊:
,Journal of Materials Science & Technology
影响因子:
--
作者:
[Yanhui Li, Xingjie Jia, Wei Zhang, Yan Zhang, Guoqiang Xie, Zhiyong Qiu, Junhua Luan, Zengbao Jiao]
通讯作者:
Zengbao Jiao
共 16 条
铁基纳米晶合金非晶前驱体微结构调控及其晶化行为和软磁性能研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:58万元
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批准年份:2021
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负责人:张伟
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依托单位:
盘鼓组合结构的结合面非线性接触特性及其装配稳定性研究
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批准号:52075077
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项目类别:面上项目
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资助金额:58.0万元
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批准年份:2020
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负责人:张伟
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依托单位:
螺栓群分批同步拧紧下薄壁件非均匀变形机理及其双域消减设计
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批准号:51605074
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2016
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负责人:张伟
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依托单位:
微合金化的Fe-Si-B-P-Cu非晶合金纳米晶化行为及其软磁性能的研究
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批准号:51571047
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项目类别:面上项目
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资助金额:75.0万元
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批准年份:2015
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负责人:张伟
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依托单位:
超塑性加工用软磁性铁基非晶合金的制备及其在过冷液相区的变形行为研究
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批准号:51271043
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2012
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负责人:张伟
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依托单位:
Fe-Pt系多元非晶合金制备磁性纳米多孔材料和脱合金化机理研究
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批准号:51171034
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2011
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负责人:张伟
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依托单位:
单根级分散碳纳米管增强铝基复合材料涂层的自润滑机理研究
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批准号:51105051
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:26.0万元
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批准年份:2011
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负责人:张伟
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依托单位:
国内基金
海外基金