22173

تأثير تغيير تركيب شيميايي و عمليات حرارتي بر خواص مغناطيسي آلياژهاي پايه Fe-B نانوبلورين

دكتري

شناسايي و انتخاب مواد فلزي

1398

1398/8/13

دكتر حسين عربي - دكتر حسن ثقفيان

دكتر علي بيت الهي

مواد و متالورژي

در اين پژوهش، نوارهاي نازك آلياژ پايه آهن با تركيب شيميايي (x=0, 2, 4) Fe89.3-x B7+x P3Cu0.7 با استفاده از روش مذاب ريسي توليد شده و ريزساختار و خواص مغناطيسي نوارهاي مذاب ريسي شده به ترتيب توسط پراش پرتو ايكس (XRD)، طيف سنجي موزبائر، مغناطيس سنج نمونه ارتعاشي (VSM) و مغناطيس سنج گراديان نيروي متناوب (AGFM) مورد بررسي قرار گرفت. به منظور تعيين دماي تبلور نوارهاي آمورف از دستگاه كالريمتري روبشي تفاضلي (DSC) استفاده شد. پس از تعيين دماهاي تبلور، به منظور بررسي استحاله هاي فازي ناشي از اعمال حرارت، نوارهاي آمورف در دو حالت كپسول شده تحت خلاء mbar4-10و تحت اتمسفر گاز آرگن با خلوص 999/99% در دماهاي 350، 370، 390، 420، 440، 530 و ˚C650 به مدت زمان هاي مختلف (از 1 دقيقه تا 60 دقيقه) تحت عمليات حرارتي آنيل قرار گرفتند. ساختار، خواص مغناطيسي و حوزه‌هاي مغناطيسي نوارهاي آنيل شده نيز به ترتيب توسط پراش پرتو ايكس (XRD)، طيف سنجي موزبائر، VSM، AGFM و MFM بررسي شد. نتايج نشان مي‌دهد كه با افزايش ميزان بور از 7 به 11 درصد اتمي، ساختار نوارهاي انجماد سريع يافته از ساختار بلورين به ساختار شبه آمورف تغيير يافته و اين تغيير ساختار منجر به كاهش نيروي پسماندزداي مغناطيسي، Hc، از A/m1464 به A/m24 و همچنين كاهش آهنربايش اشباع از emu/g209 به emu/g187 مي‌شود. بررسي نتايج به دست آمده براي آلياژ Fe85.3 B11 P3Cu0.7 بيانگر اين مطلب بود كه فرايند تبلور اين آلياژ شامل دو مرحله است: در مرحله اول تبلور، فاز α-Fe و در مرحله دوم، فاز Fe3B تشكيل مي‌شود. با بررسي سينتيك نانوتبلور آلياژ Fe85.3B11P3Cu0.7 مشخص شد كه مكانيزم تبلور اين آلياژ در دماهاي مختلف، يكسان نبوده و لذا روش‌هاي ايزوسينتيك براي محاسبه انرژي فعالسازي اين آلياژ مناسب نيستند. به منظور محاسبه انرژي فعالسازي تبلور اين آلياژ از روش‌هاي هم‌تبديلي استفاده شد. ميزان انرژي فعالسازي تبلور فاز α-Fe با استفاده از دو روش هم تبديلي Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) و Flynn-Wall-Ozawa (FWO) محاسبه شد. نتايج اين محاسبات نشان داد كه نتايج به دست آمده از اين دو روش، تطابق نسبتاً خوبي با يكديگر دارند. با اعمال عمليات حرارتي بر روي نوارهاي شبه آمورف Fe85.3 B11 P3Cu0.7 مشخص شد كه آنيل در محدوده دماهاي ˚C440 و كمتر از آن تا ºC350 به مدت حداكثر 10 دقيقه منجر به بهبود قابل ملاحظه خواص نرم مغناطيسي (افزايش آهنربايش اشباع تا emu/g220 و كاهش نيروي پسماندزداي مغناطيسي تا A/m17) مي‌شود در صورتي كه آنيل در دماهاي 530 و ˚C650 علي رغم افزايش آهنربايش اشباع تا حدود emu/g240، به دليل افزايش قابل ملاحظه نيروي پسماندزداي مغناطيسي تا حدود A/m1300 در نتيجه‌ي تشكيل فازهاي سخت مغناطيس بورايدي منجر به افت خواص نرم مغناطيسي مي‌شود.

1399/04/21

Effect of Chemical Composition Changes and Heat Treatment on Magnetic Properties of Fe-B-based Nanocrystalline Alloys

11/3/2020 12:00:00 AM

In the present research, rapidly solidified Fe89.3-xB7+xP3Cu0.7(x=0, 2, 4) ribbons were prepared by melt spinning process. The microstructural variation as well as magnetic properties of the as-spun and annealed ribbons were characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission Mossbauer spectroscopy, Vibrating Sample Magnetometer (VSM) and alternating gradient field magnetometer (AGFM). The primary crystallization kinetics of the amorphous Fe85.3B11P3Cu0.7 alloy was analyzed using non-isothermal DSC measurements, as well. The amorphous ribbons were heat treated at 350, 370, 390, 420, 440, 530 and 650˚С for different times under Vacuum and Argon atmospheres and the structure and magnetic properties of the annealed ribbons were studied using XRD, Mossbauer Spectroscopy, VSM and AGFM. The DSC results show two separated distinct exothermic peaks during heating resulting from the phase transition from amorphous to α-Fe and then to Fe3B, respectively. The average and local activation energies, Ea, were determined by different isokinetic and isoconversional methods. The results obtained for activation energy in this research, show that due to the complexity of the primary crystallization process in this alloy, isoconversional methods are more suitable than the isokinetic ones. The study of magnetic properties in the amorphous and nanocrystalline states revealed that annealing the amorphous ribbons at 440˚C for 10 minutes gives rise to a significant increase in saturation magnetization, Ms, i.e. from 187 in as-spun to 220 emu/g in annealed states. This amount of Ms makes this material a good candidate for different applications, especially in transformer cores.