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激光辐照实现铁基非晶软磁合金纳米晶化的基础研究

作　者: 张国锐
导　师: 蒋毅坚；鲍勇
学　校: 北京工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 激光辐照铁基非晶合金纳米晶化软磁性能
分类号: TN249
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 35次
引　用: 1次
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内容摘要

铁基纳米晶合金Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉（FINEMET）是一种优异的软磁材料,其矫顽场很低,初始磁导率很高,并具有较高的饱和磁感应强度,极低的高频损耗,良好的热稳定性和低廉的成本,目前已经广泛用于电力和电子领域。然而铁基纳米晶合金的传统炉热处理工艺工序多、耗时长、能耗高,控温偏差造成的产品报废率较高。激光是一种高能束,激光加工具有短时高效、控制精度和自动化程度高的突出优势。所以通过激光辐照实现铁基非晶合金纳米晶化的研究是一个具有重要实用价值的科学问题。本文针对内径14 mm和外径20 mm的环状铁基非晶合金样品,采用CO₂激光和掺镱光纤激光两种不同波长的激光束,基于激光的光热作用,通过旋转辐照的方式实现铁基非晶合金Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉的纳米晶化,并对激光辐照实现铁基非晶合金纳米晶化的机理进行了初步的分析和探讨。通过XRD和TEM对辐照前后的样品进行对比观察和分析发现,选择适当的辐照功率和辐照时间,采用CO₂激光和掺镱光纤激光辐照后,铁基非晶合金样品均会产生尺寸约为10 nm的晶粒,并且晶粒在非晶基体上随机地分布,晶化相主要为体心立方结构的α-Fe（Si）相。同时,VSM和软磁闭合直流测试结果表明,激光辐照后得到的铁基纳米晶合金具有良好的软磁性能,其矫顽场很低,磁化过程几乎可逆,而且初始磁导率较高。因而激光辐照是制备铁基纳米晶合金的一种非常有效的方法,具有一定的可行性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-18
  1.1 非晶态软磁合金  8-10
    1.1.1 软磁材料  8-9
    1.1.2 非晶态软磁合金的制备和分类  9-10
  1.2 铁基纳米晶软磁合金  10-12
    1.2.1 铁基纳米晶软磁合金的结构特征  10-11
    1.2.2 铁基纳米晶软磁合金的性能与应用  11-12
  1.3 铁基非晶合金纳米晶化的方法介绍  12-17
    1.3.1 传统炉热处理  12-13
    1.3.2 电流焦耳热方法  13-14
    1.3.3 激光辐照方法  14-17
      1.3.3.1 脉冲激光辐照  14-15
      1.3.3.2 连续激光辐照  15-17
  1.4 本文研究内容  17-18
第2章材料微结构与性能表征方法  18-24
  2.1 X 射线衍射（XRD）  18-19
  2.2 透射电子显微镜（TEM）  19-21
  2.3 拉曼散射光谱  21
  2.4 振动样品磁强计（VSM）  21-22
  2.5 NIM2000S 软磁直流磁性标准检测装置  22-24
第3章铁基非晶合金样品的旋转激光辐照  24-34
  3.1 铁基非晶合金环状样品  24
  3.2 旋转激光辐照系统  24-26
  3.3 辐照平台和夹具的设计  26-27
  3.4 激光辐照功率的计算  27-34
    3.4.1 CO_2激光离焦光斑辐照功率的计算  28-31
    3.4.2 掺镱光纤激光准直光斑辐照功率的计算  31-34
第4章 CO_2激光辐照实现铁基非晶合金的纳米晶化  34-48
  4.1 CO_2激光辐照后样品表面的变化和分析  34-36
  4.2 CO_2激光辐照功率对铁基非晶合金纳米晶化的影响  36-39
  4.3 CO_2激光辐照时间对铁基非晶合金纳米晶化的影响  39-43
  4.4 气氛保护对CO_2激光辐照实现铁基非晶合金纳米晶化的影响  43-46
  4.5 本章小结  46-48
第5章掺镱光纤激光辐照实现铁基非晶合金的纳米晶化  48-54
  5.1 掺镱光纤激光辐照功率对实现铁基非晶合金纳米晶化的影响  48-50
  5.2 掺镱光纤激光辐照时间对实现铁基非晶合金纳米晶化的影响  50-52
  5.3 本章小结  52-54
第6章激光辐照后样品的软磁闭合直流测试  54-64
  6.1 激光辐照后单片环状样品均匀性的分析  54-57
  6.2 改进辐照台后激光单片辐照样品的软磁闭合直流测试  57-59
  6.3 激光叠片辐照样品的软磁闭合直流测试  59-63
    6.3.1 CO_2激光叠片辐照样品的软磁闭合直流测试  59-61
    6.3.2 掺镱光纤激光叠片辐照样品的软磁闭合直流测试  61-63
  6.4 本章小结  63-64
结论与展望  64-66
参考文献  66-70
攻读硕士学位期间撰写的学术论文和申请的专利  70-71
致谢  71

激光辐照实现铁基非晶软磁合金纳米晶化的基础研究

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