软磁材料的三元添加,对B2相FeCo磁性合金结构力学性能的影响

余辉辉 2024-09-15 15:57:10

B2 FeCo二元合金在低于1000 K的温度下在长程有序结构中具有热力学稳定性,导致合金延展性差,在室温下,这种合金显示出延展性水平,主要尝试使用热处理和变形方法提高FeCo合金的力学性能。

本研究旨在探索在室温下通过三元合金化增强B2 FeCo在0至50?度范围内的延展性的方法,此外,我们将进一步确定三元添加对合金的磁性、机械、热力学和结构性能的影响。

我们打算通过使用Pd和Mn的三元合金化来提高B2 FeCo合金的延展性和可加工性,并进一步确定这些元素对合金磁性价值的影响,选择这些合金元素是基于它们提高材料延展性的能力。

并且与Co相比,这些元素具有较大的原子半径,据报道,B2 FeCo合金中的滑移体系较大,这有助于材料的延展性,因此使用具有较大原子半径的三元元素将有助于减少滑移系统引起的影响。

虽然Co擅长增强机械性能,但Fe具有更高的磁强度,价格不贵,易于接近,熔化温度(1 811 K [11])略高于Co(1 768 K ),此外,考虑到Fe-Co的应用,三元元素的取代将在合金的共位上进行,以避免在Fe降低时损害磁性。

本研究中的计算纯粹是计算性的,DFT 采用维也纳从头模拟包 (VASP) 代码 以及投影仪增强波 (PAW) 伪电位 , 计算考虑了Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)交换相关泛函的广义梯度近似(GGA),因为与其他泛函相比,它给出了更好的结果,在计算任何属性之前,推导出适当的收敛性,并使用500 eV的能量截止,以实现参数的良好收敛。

根据Monkhorst和Pack ,B2 FeCo的k间距为1.12 12/?(12217),在2 2 2超单体结构上,采用取代搜索工具在不同原子组成(0 ≤ x ≤ 50)上用Pd和Mn取代Co,所有结构均采用Pm-3 m对称性(如附录所示),生成的结构经过了全面的几何优化,所有计算都经过自旋极化以考虑磁化,使用0.005z?应变值计算弹性。

平衡晶格常数由松弛结构确定,其中体积和晶胞被允许改变,这是为所有 B2 铁完成的50公司50?xMx(M = Pd, Mn) 结构,无花果,1(a) 演示二元 Fe 的平衡晶格常数50公司50和三元铁50公司50?xMx(0 ≤ x ≤ 50) 合金,发现Fe的晶格常数50公司50为 2.844 ? (2.843 ? ),与括号中的实验值相比在 0.035???内,晶格常数随着Pd含量的增加而增加,这归因于Pd(1.69 ? )与Co(1.52 ? )相比的原子半径大。

在6.25 at. d时,晶格常数为2.870 ?(2.872 ? ]),这与括号中的理论值在0.070?内非常吻合,此外,随着Mn的增加,可以看到最小的减少,这是可以理解的,因为Mn的原子半径(1.61?)小于Pd的原子半径(1.69?)。

现在,二元Fe的热力学稳定性50公司50和三元铁50公司50?xMx(0 ≤ x ≤ 50)合金,Ec是化合物的计算总能量,Ei是化合物中每种元素的计算总能量,为了使结构稳定,地层热必须具有负值(?Hf< 0)否则,正值意味着不稳定,地层热的结果,任何具有非常低的形成热的合金都被认为是稳定的,而越正的合金越不稳定。

二元B2铁的地层热50公司50发现稳定,值为-0.057 eV/原子(-0.065 eV/atom ),这与括号中的理论值在3?内非常吻合,在 B2 铁的情况下50公司50?xMx,地层热随Pd和Mn含量的增加而增加,这表明Pd和Mn的添加并没有增强热力学稳定性。

研究B2铁的延展性和脆性行为50公司50-xMx合金,我们已经确定了两个量:泊松和不同成分下的皮尤比(B / G)(0 ≤ x ≤ 50),请注意,当泊松比(σ)大于0.26且脆性时,该结构被认为是延展性的。

发现B2 Fe-Co的σ为0.286(0.290),这与理论值一致,在1?内,这意味着该材料具有延展性,Pd和Mn三元添加对合金的影响如图所示,2.随着Pd含量的增加,发现σ值增加,在整个浓度中大于0.26,这是延展性的条件,添加Mn也观察到类似情况,尽管Pd与Mn相比具有更大的效果。

还计算和评估了B/G比以确定结构的延展性和脆性,Pugh 表明延性相具有较高的B/G比(>1.75),而脆性相具有较小的B/G比(<1.75), B/G 比率作为 at. d 和 Mn 的函数的行为,可以看出,二进制Fe的B/G比50公司50发现延展性条件为1.998(B/G > 1.75),此外,观察到B/G比大于6.25 at. d的单位,表明结构的延展性。

在18.75以上,该结构显示出脆性方式,因为该比率小于第3(a)段,在铁的情况下50公司50-x锰x,B/G比随Mn浓度的增加而逐渐增大,这表明B2 FeCo合金在自然界中表现出良好的延展性,并且在高浓度Mn和少量Pd(<10 at.??时延展性更强。

计算总磁矩以检查两个二元Fe的磁强度50公司50和三元铁50公司50-xMx(M = Pd, Mn) 系统磁矩的正值表示良好的磁强度,表示Fe的磁矩50公司50-xMx合金作为M原子成分的函数。

发现二元B2 FeCo合金的磁矩为4.530μB(4.479μB ),这与括号中的理论值在2?内非常吻合,在铁的情况下50公司50-xMx,磁矩随着M添加的增加而略有减小。

这种行为表明磁强度没有增强,但是,它也没有受到损害,在504(0.00μB)下,结构从铁磁性转变为抗磁性,类似的观察结果在别处讨论。

本研究采用从头密度泛函理论(DFT)探索二元Fe的延性和稳定性50公司50和三元铁50公司50-xMx(M = Pd, Mn) 合金,Fe上掺杂剂的添加50公司50使用超级电池方法进行合金测试,并评估不同的成分,Pd和Mn具有提高B2 FeCo合金延展性的潜力,研究结果表明,Fe50公司50-xMx合金可用于未来开发具有良好强度的磁性元件。

FeCo合金是一类重要的软磁材料,具有广泛的技术应用。这类材料具有出色的磁性,因为它们罕见地结合了高机械强度和高饱和磁化等良好性能。幸运的是,这种合金具有良好的磁性能,但在室温下表现出较低的延展性。

本研究旨在利用密度泛函理论(DFT)来了解三元合金与Pd和Mn如何提高B2 FeCo体系的延展性。我们探讨了三元Fe的稳定性与组成之间的关系50公司50?xMx(M = Pd, Mn)具有不同的M含量。

该研究还研究了三元合金如何影响B2 FeCo合金的稳定性。Mn添加比Pd三元添加显著增强延性。值得注意的是,小成分的Pd(<10 at.??不会损害FeCo的宝贵性能。研究结果表明,Fe50公司50?xMx合金可用于未来开发具有良好强度的磁性元件。

众所周知,FeCo金属间合金具有高饱和磁化,高居里温度,低磁晶各向异性和良好强度的独特组合。它们非常适合需要高通量密度的应用。多年来的密集研究和开发工作显著改善了机械性能,并更好地了解了FeCo合金的相变。

合金的高成本阻碍了它们的广泛应用。对在高温下工作的软磁材料的新兴需求引起了人们对FeCo合金的兴趣,特别强调了二元、三元和更复杂的FeCo合金的相变、加工、机械、磁和电性能,还总结了目前对开发基于FeCo组合物的纳米晶和薄膜的兴趣,还强调了需要解决的研究领域,以清楚地阐明合金添加和加工对这些合金的电和磁性能以及高温机械性能的影响。

在室温下通过三元合金化增强B2 FeCo在0至50?度范围内的延展性的方法。此外,我们将进一步确定三元添加对合金的磁性、机械、热力学和结构性能的影响。

我们打算通过使用Pd和Mn的三元合金化来提高B2 FeCo合金的延展性和可加工性,并进一步确定这些元素对合金磁性价值的影响,选择这些合金元素是基于它们提高材料延展性的能力,并且与Co相比,这些元素具有较大的原子半径。

B2 FeCo合金中的滑移体系较大,这有助于材料的延展性,因此使用具有较大原子半径的三元元素将有助于减少滑移系统引起的影响。

采用维也纳从头模拟包 (VASP) 代码以及投影仪增强波 (PAW) 伪电位,计算考虑了Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)交换相关泛函的广义梯度近似(GGA),因为与其他泛函相比,它给出了更好的结果。

在计算任何属性之前,推导出适当的收敛性,并使用500 eV的能量截止,以实现参数的良好收敛,根据Monkhorst和Pack,B2 FeCo的k间距为1.12 12/?(12217),在2 2 2超单体结构上,采用取代搜索工具在不同原子组成(0 ≤ x ≤ 50)上用Pd和Mn取代Co,所有结构均采用Pm-3 m对称性。

生成的结构经过了全面的几何优化。所有计算都经过自旋极化以考虑磁化,使用0.005z?应变值计算弹性。

平衡晶格常数由松弛结构确定,其中体积和晶胞被允许改变,这是为所有 B2 铁完成的50公司50?xMx(M = Pd, Mn) 结构,演示二元 Fe 的平衡晶格常数50公司50和三元铁50公司50?xMx(0 ≤ x ≤ 50) 合金,发现Fe的晶格常数50公司50为 2.844 ? ,与括号中的实验值相比在 0.035???内,晶格常数随着Pd含量的增加而增加,这归因于Pd(1.69 ? [19])与Co(1.52 ? [19])相比的原子半径大。

在6.25 at. d时,晶格常数为2.870 ?(2.872 ? [20]),这与括号中的理论值在0.070?内非常吻合。此外,随着Mn的增加,可以看到最小的减少,这是可以理解的,因为Mn的原子半径(1.61?[19])小于Pd的原子半径(1.69?[19])。

FeCo金属间合金具有高饱和磁化,高居里温度,低磁晶各向异性和良好强度的独特组合,它们非常适合需要高通量密度的应用,多年来的密集研究和开发工作显著改善了机械性能,并更好地了解了FeCo合金的相变。

合金的高成本阻碍了它们的广泛应用,对在高温下工作的软磁材料的新兴需求引起了人们对FeCo合金的兴趣,特别强调了二元、三元和更复杂的FeCo合金的相变、加工、机械、磁和电性能,还总结了目前对开发基于FeCo组合物的纳米晶和薄膜的兴趣,还强调了需要解决的研究领域,以清楚地阐明合金添加和加工对这些合金的电和磁性能以及高温机械性能的影响。

不锈钢棒材通常用于“淬火和退火”状态,通过从固溶处理温度快速冷却获得,其目的是避免对晶间腐蚀的敏化,但关于冷却速率对这种敏化的影响的信息很少。

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这些发现可以应用于工业实践中,通过在棒材离开轧机时在空气中单独冷却棒材,而不是对其进行淬火退火,前提是它们的直径小于由碳和氮浓度决定的临界值,这消除了对溶液处理的需要,从而改善了能量平衡,在AOD型现代炼钢过程中使用氮气是另一个积极因素。

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在试样表面上形成一层薄而硬的层,主要由氧化物组成,下面是γ的碳氮化物,M4(CN)型,碳氮比低,最内层的碳浓度要高得多,达到~2??使用销盘机在没有润滑的情况下评估磨损行为,一旦施加的负载超过临界值,就会显示从轻度磨损到严重磨损的过渡。

轻度磨损与外层的摩擦特性有关,在严重磨损状态下,磨损率高出大约一个数量级,在这些条件下,氧化物被相当快地去除,磨损由底层碳氮化物的性质控制,将结果与之前获得的未经处理和氮化合金的结果进行了比较,得出的结论是,凝灰岩作为一种改善奥氏体合金摩擦学性能的方法显示出前景。

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余辉辉

简介:大街小巷,曲折有味