题目：Fe-Metalloid系非晶/纳米晶合金的形成与性能研究

   Fe基非晶/纳米晶合金具有优异的软磁性能，如高的饱和磁化强度和磁导率、低的矫顽力和损耗，同时又拥有高的断裂强度和优良的耐腐蚀性能，因而在电力、电磁领域获得了广泛的应用。而目前Fe基非晶合金仍存在一些问题，如非晶形成能力低、饱和磁化强度仍需进一步提高、室温表现为脆性断裂等等。因而开发同时具有高非晶形成能力以及良好软磁性能的低成本Fe基非晶合金十分有必要。

   本论文开发了具有较高非晶形成能力的低成本Fe-P-C-B系列块体非晶合金。在此基础上通过Cu元素微量添加，调节不同热处理工艺，成功制备了Fe-Cu-P-C-B纳米晶合金。同时制备了兼具优良软磁性能和高耐蚀性能的Fe-Cr-P-C-B非晶合金；进一步通过微量Sn元素添加，开发了非晶形成能力更大，软磁性能优异且具有一定塑性变形能力的Fe-Sn-Metalloid系非晶合金。主要内容如下：

   首先，利用铜模铸造技术结合热分析等手段，研究了Fe-P-C-B合金系非晶形成能力和非晶形成的成分范围及不同类金属元素相互替代对合金非晶形成能力及热性能的影响。使用铜模铸造的方法可在Fe-P-C-B合金较大的成分范围内制备块体非晶合金，其中Fe80P10C8B2具有最大的非晶形成能力，形成非晶的临界尺寸可达2 mm。微量Cu或Sn元素的添加能提高Fe-P-C-B合金的非晶形成能力，而过量添加会使其下降。其中含2 at.% Sn元素添加的Fe-Sn-Metalloid合金非晶形成临界尺寸可达3.5 mm。Cu元素的添加还能使合金析出α-Fe纳米晶峰从主晶化峰中分离出来，为后续制备纳米晶合金提供必要条件。Cr元素的添加不利于该系合金的非晶形成。

   其次，利用已报道Fe基非晶合金的形成能力及磁性能数据，总结归纳了合金成分与其磁性能参数之间的联系。根据是否含P元素，将Fe基非晶合金分为两大类，并建立起Fe基非晶合金的成分与磁性能之间的关系，提出设计兼具高非晶形成能力和优异磁性能的Fe基磁性非晶合金的经验准则。同时，考察了Fe-P-C-B非晶合金系的软磁性能，研究了不同类金属元素P、C、B相互替代对合金居里温度、饱和磁化强度等磁性能的影响，并考察了弛豫退火对合金各项非内禀磁性能的影响。Fe-Cu-P-C-B能在较宽的热处理温度区间析出α-Fe纳米晶，析出纳米晶后合金的饱和磁化强度得到了有效提高。通过XRD和TEM考察了析出纳米晶的尺寸、分布，及与磁性能之间的关系。同时，利用Fe-Cu-P-C-B纳米晶球磨后得到的片状粉，制备了具有恒磁导率、低损耗的磁粉芯。Cr元素的添加会使得Fe-P-C-B非晶合金饱和磁化强度急剧下降，而微量Sn元素则使得合金饱和磁化强度下降的不明显。

   最后，通过压缩试验，研究了Fe-P-C-B非晶合金的力学性能，并通过超声法、SEM等测试手段研究了B元素替代P元素对合金力学性能的影响。B元素能有效提高合金的断裂强度，但同时使得塑性下降。微量Sn元素的添加能使得Fe基非晶合金塑性提高，但过量添加对塑性有害。通过浸泡试验和动电位阳极极化法研究了Fe-Cr-P-C-B合金在3 wt.% NaCl溶液中的耐腐蚀性能。其中，5 at.% Cr元素添加的合金具有优异的耐腐蚀性能。非晶合金的腐蚀速率小于10-4 mm/year，同时具有高的自腐蚀电位；而在动电位阳极极化过程中，非晶合金表现出宽的钝化区和低的钝化电流密度，且未发生点蚀。