Fe-Zr-B-RE四元非晶态合金的制备及磁热性能

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本论文利用电磁熔炼单辊甩带法方法,合成了一系列Fe-Zr-B-RE(RE=Dy,Tb,Gd)四元合金。研究了Dy、Tb和Gd元素微添加对合金非晶形成能力、磁性能、磁熵变行为以及耐腐蚀性能的影响。具体研究内容如下:首先,研究了Dy、Tb和Gd元素的添加对Fe89Zr7B4合金非晶形成能力的影响。通过单辊甩带法制备出Fe87Zr7B4RE2(RE=Dy,Tb,Gd)和Fe89-xZr7B4Dyx(x=0,1,2,3,4)合金条带,利用X射线衍射仪对样品进行了结构分析,对具有非晶结构的样品进行差示扫描量热分析,得到相应的玻璃转变温度Tg、晶化温度Tx、液相线温度Tl,然后计算求得对应的过冷液相区ΔTx、约化玻璃温度Trg和参数γ来判断合金的非晶形成能力。结果显示,Dy元素和Gd元素的添加可以有效地提高Fe89Zr7B4合金的非晶形成能力。此外,研究了Fe87Zr7B4RE2(RE=Dy,Tb,Gd)金属玻璃条带的磁学性能,结果表明,重稀土元素Dy、Tb和Gd添加会降低该体系的饱和磁化强度,重稀土的引入能改善材料内部的交互作用,使M-T曲线向高温区移动,通过计算得出相应材料的磁熵变峰值-ΔSmpeak和制冷能力RC,结果表明Dy、Tb和Gd的添加可以提高体系的磁制冷能力。其次,深入研究了不同含量Dy替换Fe对Fe89Zr7B4合金性能的影响。研究结果表明,随着Dy的增加,该合金体系的非晶形成能力逐渐加强。对Fe89-xZr7B4Dyx(x=1,2,3,4)非晶合金条带进行磁性能测试,结果表明该体系合金均为二阶磁相变。在零场下测量合金的磁滞回线,发现在50 K下几乎没有磁滞,体系的磁熵变峰值-ΔSmpeak也随着Dy含量的增加而增加,这表明Dy原子的添加有助于提升合金的磁热性能,减少使用过程中的能量损耗。最后对Fe-Zr-B-RE金属玻璃材料在纯水环境中的耐腐蚀性能进行了研究。结果表明用Dy、Tb和Gd元素替代Fe89Zr7B4合金中的Fe元素之后,合金的腐蚀电流减小,而腐蚀电压增大,说明合金的耐腐蚀性能有所提高。其中,Fe89Zr7B4、Fe87Zr7B4Dy2、Fe87Zr7B4Tb2和Fe87Zr7B4Gd2合金的自腐蚀电流密度Icorr分别为1.086μA/cm~2、0.389μA/cm~2、0.275μA/cm~2和0.235μA/cm~2,腐蚀电压Ucorr分别为-0.549、-0.388、-0.35和-0.288V,合金的奈奎斯特半圆半径也表现出增大的趋势。Fe89-xZr7B4Dyx(x=1,2,3,4)合金系的自腐蚀电流密度Icorr分别为0.525、0.389、0.299和0.282μA/cm~2,腐蚀电压分别为-0.442、-0.388、-0.363和-0.319 V。腐蚀电流随着Dy含量的增加而减小,腐蚀电压随着Dy含量的增加而增加,表明Dy的引入,能够有效提高合金的耐腐蚀性能。
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