莫斯堡尔研究及Fe??-xCr?+xSi?B??非晶带材的磁性质

《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》：M?ssbauer study and magnetic properties of Fe 78-xCr 2+xSi 8B 12 amorphous ribbons

非晶合金Fe78?xCr2+xSi8B12经熔体旋淬制备，XRD证实完全非晶态，热分析显示Cr含量增加使结晶转变温度升高。SEM表明表面均匀无缺陷，57Fe M?ssbauer谱显示Fe原子处于两种磁环境：富Fe团簇和Cr/Si/B掺杂区，Cr含量增加导致平均磁场和Fe磁矩降低，磁滞回线显示软磁性特征，矫顽力低，饱和磁化强度与Fe磁矩变化一致，揭示Cr对非晶结构和磁性能的双重调控作用。

　　

A. El Boubekri | M. Sajieddine | M. Lassri | M. Sahlaoui | A. Razouk | H. Lassri | A. Essoumhi

LGEM, FST, 苏丹穆莱·斯利曼大学, BP 523, 23000 贝尼-梅拉尔, 摩洛哥

摘要

通过快速淬火熔融旋压法制备了组成为Fe_78?xCr_2+xSi₈B₁₂（x = 0–10 at. %）的非晶合金。X射线衍射证实了其完全非晶的性质，而热分析揭示了玻璃转变和结晶现象，随着铬含量的增加，结晶起始温度也相应升高。扫描电子显微镜观察显示样品表面均匀且无缺陷，进一步证明了成分的均匀性。在原子尺度上，⁵⁷Fe穆斯堡尔光谱提供了关于局部磁环境的见解。光谱显示出宽且双峰的超精细场分布，反映了两种原子环境：富铁簇和被Cr、Si、B稀释的区域。铬含量的增加逐渐降低了平均超精细场强度和铁的磁矩。这些微观趋势在宏观磁性行为中也得到了体现。磁滞回线显示出了软铁磁特性，矫顽力较低，饱和磁化强度与穆斯堡尔光谱得到的铁磁矩密切相关。局部原子有序性与磁性的关联凸显了铬的双重作用：它稳定了非晶结构，同时调节了磁软性。

引言

FINEMET合金[1]、[2]是众所周知的软磁材料，具有较高的初始磁导率、相对较高的饱和磁化强度、非常低的矫顽力以及几乎为零的磁致伸缩[3]、[4]。然而，由于使用了铌和硼等昂贵元素，其工业应用也受到成本限制。

在基于铁的合金中，尤其是FINEMET成分中，铌这种重量较大且无磁性的元素在抑制晶粒过度生长和稳定纳米晶微观结构方面起着关键作用[5]。尽管硼的成本也较高，但它是一种有效的玻璃形成元素。通过强烈的原子相互作用及其与铁的尺寸不匹配，它增强了合金的玻璃形成能力和热稳定性。然而，添加硼往往会降低饱和磁化强度[6]，这促使人们开发无铌或低硼含量的合金，并用更经济的类金属替代这些元素，以平衡磁性能和成本。

三元Fe–Si–B系统中的金属玻璃特别有吸引力，因为适当的热处理可以显著改善它们的机械和磁性能。然而，在恶劣的环境条件下，它们的软磁行为可能会退化[7]、[8]、[9]、[10]。添加铬可以提高耐腐蚀性[11]、[12]，但也可能促进Fe原子之间的反铁磁相互作用，如在FeCr晶体合金[13]中观察到的那样，这会降低居里温度（T_C）和饱和磁化强度（M_S）。铬对磁性非晶合金的影响已在多种成分体系中得到了广泛研究，例如Fe_80?xCr_xSi₁₀B₁₀（0 ≤ x ≤ 14）[14]、[15]、Fe₇₀Cr₁₀B₂₀[16]、[17]以及其他相关成分[18]、[19]。

从这个角度来看，我们的研究主要关注富铁非晶合金的结构和磁性能，特别是Fe_78?xCr_2+xSi₈B₁₂（0 ≤ x ≤ 10）。特别是，我们强调了从穆斯堡尔光谱和磁测量中获得的见解。

实验细节

实验细节

采用高纯度Fe、Cr和Si金属以及结晶硼的精确称量混合物，在高纯度氩气氛围下通过电弧熔炼制备了名义组成为Fe_78?xCr_2+xSi₈B₁₂（x = 0、2、4、6、8和10 at. %）的合金锭。为确保化学均匀性，每个锭子被重新熔炼了四次。然后使用熔融旋压技术从母合金中制备了厚度约为40 μm、宽度为2 mm的带材。淬火后的带材经验证...

结果与讨论

图1展示了熔融旋压带材空气侧的XRD图谱，图中显示出宽的晕圈峰，没有尖锐的晶体峰，证实了完全非晶结构的形成。这一观察结果与参考文献[20]、[25]中报告的XRD结果一致。此外，图2显示了所研究合金的X射线散射强度随Q = 4π sin θ/λ的变化情况。分析非晶X射线晕圈的位置和宽度提供了宝贵的信息...

结论

在这项工作中，我们研究了通过熔融旋压法制备的Fe_78?xCr_2+xSi₈B₁₂（x = 0、2、4、6、8和10 at. %）非晶合金的结构和磁性能。XRD证实了缺乏长程有序性，而SEM分析显示所有组分的表面都是均匀的。热分析进一步强调了铬对玻璃转变和结晶行为的影响。

穆斯堡尔光谱显示宽的双峰超精细场分布，反映了...

CRediT作者贡献声明

A. El Boubekri：撰写——原始草稿，方法论，数据管理，概念化。 M. Sajieddine：撰写——审阅与编辑，监督，数据管理，概念化。 M. Lassri：撰写——审阅与编辑，验证，方法论。 M. Sahlaoui：撰写——审阅与编辑，方法论，研究。 A. Razouk：撰写——审阅与编辑，可视化，研究。 H. Lassri：撰写——审阅与编辑，研究，概念化。 A. Essoumhi：可视化，方法论，数据...

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文所述工作的财务利益或个人关系。