● 摘要
Fe基块体非晶合金因具有优异的软磁性、耐磨性、高强度以及耐腐蚀性能而在电力、电子、化工等方面具有广泛应用前景，并因而成为非晶合金领域内具有重要研究价值的材料。已有的Fe基块体非晶合金因为其缺乏良好的塑性变形能力而在工业应用上受到一定的限制，因此开发兼有较好塑性和良好磁性的Fe基块体非晶合金十分必要。本文发现并制备出具有高非晶形成能力和良好塑性及磁性的Fe基块体非晶合金，同时对所开发的Fe基非晶合金的塑性变形特性和软磁性进行深入的分析研究，主要阐述了如下内容：设计合金成分，研制具有优良性能的Fe基块体非晶合金。借助通常的经验准则和判据，利用铜模铸造法我们制备出最大直径分别达到3 mm和5 mm的Fe-Mo-P-C-B和Fe-Mo-M-P-C-B (M＝Ni, Co, Si, Nb, Cr) 系列块体非晶合金，并通对其热学性质及非晶形成能力进行了研究。采用单向压缩实验和扫描电镜测试分析技术，研究了Fe基块体非晶合金的塑性变形和断裂等力学特性。研究发现非晶合金较大塑性变形来源于压缩过程中多级剪切带的产生、增殖和扩展。试样首先沿主剪切应力方向滑移，并在滑移过程中产生沿应力轴方向的裂纹，而其最终的断裂源于裂纹的迅速扩展，即所开发的Fe基非晶合金失效形式为剪切屈服。利用热分析技术对所开发的对Fe基非晶合金的玻璃转变温度进行测试，结果发现具有较大塑性变形能力的体系通常具有较低的玻璃转变温度。研究结果表明该规律具有一定的普遍性，这是因为玻璃转变温度低的非晶合金，其原子间结合能也较低，因而原子迁移需要克服的能垒也低。在剪切应力作用下，原子迁移能垒的降低导致非晶合金易于产生宏观塑性流动，表现为剪切带的形成和扩展，因而增强了非晶合金的塑性变形能力。研究也发现塑性好的Fe基非晶合金一般具有较高的泊松比，这主要是因为高泊松比的合金在不稳定裂纹形成之前容易发生剪切应力释放，避免裂纹的产生，从而有利于剪切带的形成和扩展。在Fe基非晶合金的压缩应力－应变曲线上出现的锯齿流变特征与其玻璃转变温度和应变速率有关。随玻璃转变温度的降低，锯齿流变特征逐渐趋于明显。在高的应变速率下，非晶合金中大量的剪切带同时产生，锯齿流变受到抑制，而在低的应变速率下，单一剪切带可以充分扩展，从而出现明显的锯齿流变现象。所制备的块体非晶合金具有优异的软磁性。其中Fe-Mo-P-C-B块体非晶合金环表现出较高的饱和磁感应强度(1.1T)、直流磁导率(55300)及较低的矫顽力(1.8A/m)。添加元素后的Fe-Mo-M-P-C-B块体非晶合金饱和磁感应强度最大值达到1.34 T，50Hz下的磁导率为22000。