非晶納米晶軟磁材料

非晶/納米晶軟磁材料一．應(yīng)用領(lǐng)域非晶態(tài)軟磁合金材料為20世紀(jì)70年代問世的一種新型材料，因具有鐵芯損耗小、電阻率高、頻率特性好、磁感應(yīng)強(qiáng)度高、抗腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，引起了人們的極大重視，被譽(yù)為21世紀(jì)新型綠色節(jié)能材料。其技術(shù)特點(diǎn)為：采用超急冷凝固技術(shù)使合金鋼液到薄帶材料一次成型；采用納米技術(shù)，制成介于巨觀和微觀之間的納米態(tài)(10-20nm)軟磁物質(zhì)。非晶、納米晶合金的優(yōu)異軟磁特性都來自于其特殊的組織結(jié)構(gòu)，非晶合金中沒有晶粒和晶界，易于磁化；納米晶合金的晶粒尺寸小于磁交換作用長(zhǎng)度，導(dǎo)致平均磁晶各向異性很小，并且通過調(diào)整成分，可以使其磁致伸縮趨近于零。【表1】列出了非晶/納米晶軟磁材料的典型性能及主要應(yīng)用領(lǐng)域。材料鐵基非晶鐵鎳基非晶鉆基非晶鐵基納米晶飽和磁感(T)1.560.770.6-0.81.25矯頑力(A/m)<4<2<2<2Br/Bs——>0.960.94最大磁導(dǎo)率45X104>200,000>200,000>200,000鐵損(W/kg)P 〈0.2P <90P <30P <30磁致伸縮系數(shù)27X10-615X10-6<1X10-6<2X10-6居禮溫度(°C)415360>300560電阻率(mW-cm用領(lǐng)域配電變壓器中頻變壓器功率因子校正器磁屏蔽防盜標(biāo)簽磁放大器咼頻變壓器扼流圈脈沖變壓器飽和電抗器磁放大器咼頻變壓器扼流圈脈沖變壓器飽和電抗器互感器近年來，隨著信息處理和電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種電器設(shè)備趨向高頻化、小型化、節(jié)能化。在電力領(lǐng)域，非晶、納米晶合金均得到大量應(yīng)用。其中鐵基非晶合金的最大應(yīng)用是配電變壓器鐵芯。由于非晶合金的工頻鐵損僅為硅鋼的1/5?1/3，利用非晶合金取代硅鋼可使配電變壓器的空載損耗降低60%?70%。因此，非晶配電變壓器作為換代產(chǎn)品有很好的應(yīng)用前景。納米晶合金的最大應(yīng)用是電力互感器鐵芯。電力互感器是專門測(cè)量輸變電線路上電流和電能的特種變壓器。近年來高精度等級(jí)（如0.2級(jí)、0.2S級(jí)、0.5S級(jí)）的互感器需求量迅速增加。傳統(tǒng)的冷軋硅鋼片鐵芯往往達(dá)不到精度要求，雖然高磁導(dǎo)率玻莫合金可以滿足精度要求，但價(jià)格高。而采用納米晶鐵芯不但可以達(dá)到精度要求、而且價(jià)格低于玻莫合金。在電力電子領(lǐng)域，隨著高頻逆變技術(shù)的成熟，傳統(tǒng)大功率線性電源開始大量被高頻開關(guān)電源所取代，而且為了提高效率，減小體積，開關(guān)電源的工作頻率越來越高，這就對(duì)其中的軟磁材料提出了更高的要求。硅鋼高頻損耗太大，已不能滿足使用要求。鐵氧體雖然高頻損耗較低，但在大功率條件下仍然存在很多問題，一是飽和磁感低，無法減小變壓器的體積；二是居禮溫度低，熱穩(wěn)定性差；三是制作大尺寸鐵芯成品率低，成本高。目前采用功率鐵氧體的單個(gè)變壓器的轉(zhuǎn)換功率不超過20kW。納米晶軟磁合金同時(shí)具有咼飽和磁感和很低的咼頻損耗，且熱穩(wěn)定性好，是大功率開關(guān)電源用軟磁材料的最佳選擇。采用納米晶鐵芯的變壓器的轉(zhuǎn)換功率可達(dá)500kW,體積比功率鐵氧體變壓器減少50%以上。目前在逆變焊機(jī)電源中納米晶合金已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用，在通訊、電動(dòng)交通工具、電解電鍍等領(lǐng)域用開關(guān)電源中的應(yīng)用正在積極開發(fā)之中。在電子信息領(lǐng)域，隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)小尺寸、輕重量、咼可靠性和低噪音的開關(guān)電源和網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備的需求日益增長(zhǎng)、要求越來越咼。例如，為了減小體積，計(jì)算機(jī)開關(guān)電源的工作頻率已經(jīng)從20kHz提咼到500kHz；為了實(shí)現(xiàn)CPU的低電壓大電流供電方式，采用磁放大器穩(wěn)定輸出電壓；為了消除各種噪音，采用抑制線路自生干擾的尖峰抑制器，以及抑制傳導(dǎo)干擾的共模和差模扼流圈。因此，在開關(guān)電源和接口設(shè)備中增加了大量咼頻磁性器件。非晶、納米晶合金在此大有用武之地。在電子防竊系統(tǒng)中，早期利用鈷基非晶窄帶的諧波式防盜標(biāo)簽在圖書館中獲得了大量應(yīng)用。最近利用鐵鎳基非晶帶材的聲磁式防盜標(biāo)簽克服了諧波式防盜標(biāo)簽誤報(bào)警率高、檢測(cè)區(qū)窄等缺點(diǎn)，應(yīng)用市場(chǎng)已經(jīng)擴(kuò)展到超級(jí)市場(chǎng)。可以預(yù)見，隨開放式服務(wù)方式的發(fā)展，作為防盜防偽的非晶合金帶材和線材的應(yīng)用會(huì)急劇增加。在家用產(chǎn)品中，變頻技術(shù)有利于節(jié)約電能、并減小體積和重量，正在大量普及。但負(fù)面效應(yīng)不可忽視，如果變頻器中缺少必要的抑制干擾環(huán)節(jié)，會(huì)有大量高次諧波注入電網(wǎng)，使電網(wǎng)總功率因素下降。減少電網(wǎng)污染最有效的辦法之一是在變頻器中加入功率因子校正(PFC)環(huán)節(jié)，其中關(guān)鍵部件是高頻損耗低、飽和磁感大的電感鐵芯。鐵基非晶合金在此類應(yīng)用中有明顯優(yōu)勢(shì)，將在變頻家電綠色化方面發(fā)揮重要作用。目前在變頻空調(diào)中使用非晶PFC電感已經(jīng)成為一個(gè)焦點(diǎn)。在漏電保護(hù)器中，近年來大量使用的漏電保護(hù)器中的零序電流互感器的鐵心是由軟磁材料制成的，該互感器對(duì)漏電保護(hù)器的靈敏度、可靠性、體積和成本影響很大。由軟磁材料制成的互感器作為檢測(cè)組件，其作用是當(dāng)互感器初級(jí)有毫安級(jí)漏電電流或觸電電流產(chǎn)生的弱磁場(chǎng)作用時(shí)，在互感器次級(jí)產(chǎn)生足夠大的感應(yīng)電勢(shì)，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，達(dá)到保護(hù)人體及設(shè)備安全的目的。允許的漏電電流的大小，即關(guān)系到漏電保護(hù)器的靈敏度，鐵心在其中起重要作用，對(duì)鐵心材料的要求主要是：(1)在漏電電流作用下，具有高的交流磁導(dǎo)率；(2)鐵心隨溫度、時(shí)間的變化性能要穩(wěn)定；(3)互感器平衡特性好。坡莫合金是國(guó)內(nèi)外漏電保護(hù)器中互感器鐵心的基本選用材料，它雖然有不少優(yōu)點(diǎn)，但生產(chǎn)工藝復(fù)雜、價(jià)格昂貴、對(duì)應(yīng)力較為敏感，在運(yùn)輸及裝配時(shí)要輕拿輕放，避免震動(dòng)。而非晶態(tài)材料具有很多優(yōu)異的特性，是一種超高導(dǎo)磁材料，使用于互感器鐵心，不僅能提高漏電保護(hù)器的性能，降低產(chǎn)品成本，而且由于非晶鐵心簡(jiǎn)單，從原材料到鐵心成品，可節(jié)約大量人力、物力和財(cái)力，節(jié)時(shí)、節(jié)電，經(jīng)濟(jì)效益顯著。另外非晶態(tài)材料與坡莫合金相比，不僅直流磁導(dǎo)率高，而且交流磁導(dǎo)率也高。非晶態(tài)材料的電阻率是坡莫合金的2倍。它的硬度和強(qiáng)度也比坡莫合金高得多。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間和高低溫試驗(yàn)表明它還有較高的穩(wěn)定性。總之，非晶、納米晶合金不僅軟磁性能優(yōu)異，而且制程簡(jiǎn)單、成本低廉，正成為一項(xiàng)具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)功能材料?？梢灶A(yù)見，非晶、納米晶材料對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和高科技迅速發(fā)展將發(fā)揮越來越重要的作用二.非晶軟磁合金的制備納米晶體的制備方法有很多,如超細(xì)金屬粉末冷壓法,機(jī)械球磨法和新發(fā)明的非晶晶化法等。其中以超細(xì)金屬粉末冷壓法最為普遍,但這種方法在工藝上存在許多不足之處,如工藝復(fù)雜、成本高、產(chǎn)量小且樣品中存在微孔隙等。（1） 惰性氣體冷凝法（IGC）制備納米粉體（固體）這是目前用物理方法制備具有清潔界面的納米粉體（固體）的主要方法之一。其主要過程是:在真空蒸發(fā)室內(nèi)充入低壓惰性氣體（He或Ar）,將蒸發(fā)源加熱蒸發(fā)，產(chǎn)生原子霧，與惰性氣體原子碰撞而失去能量,凝聚形成納米尺寸的團(tuán)簇,并在液氮冷棒上聚集起來,將聚集的粉狀顆粒刮下，傳送至真空壓實(shí)裝置，在數(shù)百兆帕至幾千兆帕壓力下制成直徑為幾毫米，厚度為1~10mm的圓片。納米合金可通過同時(shí)蒸發(fā)兩種或數(shù)種金屬物質(zhì)得到。納米氧化物的制備可在蒸發(fā)過程中或制得團(tuán)簇后于真空室內(nèi)通以純氧使之氧化得到。惰性氣體冷凝法制得的納米界面成分因顆粒尺寸大小而異，一般約占整個(gè)體積50%左右，其原子排列與相應(yīng)的晶態(tài)和非晶態(tài)均有所不同，介于非晶態(tài)到晶態(tài)之間。因此，其性質(zhì)與化學(xué)成分和它相同的晶態(tài)和非晶態(tài)有明顯的區(qū)別。（2） 機(jī)械球磨法機(jī)械合金化就是將欲合金化的元素粉末按一定配比機(jī)械混合，在高能球磨機(jī)等設(shè)備中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)將回轉(zhuǎn)機(jī)械能傳遞給粉末，同時(shí)粉末在球磨介質(zhì)的反復(fù)沖撞下承受沖力、剪切、摩擦和壓縮多種力的作用，經(jīng)歷反復(fù)的擠壓、冷焊合及粉碎過程成為彌散分布的超細(xì)粒子，在固態(tài)下實(shí)現(xiàn)合金化。利用機(jī)械合金化制備納米粉末是一個(gè)非常有效而簡(jiǎn)便的方法。粉末機(jī)械合金化形成納米晶有兩種途徑。粗晶材料經(jīng)過機(jī)械合金化形成納米晶粗晶粉末經(jīng)高強(qiáng)度機(jī)械球磨，產(chǎn)生大量塑性變形，并產(chǎn)生高密度位錯(cuò)。在初期，塑性變形后的粉末中的位錯(cuò)先是紛亂地糾纏在一起，形成“位錯(cuò)纏結(jié)”。隨著球磨強(qiáng)度的增加，粉末變形量增大，纏結(jié)在一起的位錯(cuò)移動(dòng)形成“位錯(cuò)胞”，高密度位錯(cuò)主要集中在胞的周圍區(qū)域，形成胞壁。這時(shí)變形的粉末是由許多“位錯(cuò)胞”組成，胞與胞之間有微小的取相差。隨著機(jī)械合金化強(qiáng)度進(jìn)一步增加，粉末變形量增大，“位錯(cuò)胞”的數(shù)量增多，尺寸減小，跨越胞壁的平均取向差也逐漸增加。當(dāng)粉末的變形量足夠大時(shí)，由于構(gòu)成胞壁的位錯(cuò)密度急劇增加而使胞與胞之間的取向差達(dá)到一定限度后，胞壁轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ы缧纬杉{米晶。非晶材料經(jīng)過機(jī)械合金化形成納米晶非晶粉末在機(jī)械合金化過程中的晶體生長(zhǎng)是一個(gè)形核與長(zhǎng)大的過程。在一定條件下，晶體在非晶基體中形核。晶體的生長(zhǎng)速率較低,且其生長(zhǎng)受到機(jī)械合金化造成的嚴(yán)重塑性變形的限制。由于機(jī)械合金化使晶體在非晶基體中形核位置多且生長(zhǎng)速率低,所以形成納米晶。影響因素(1)球磨時(shí)間;(2)磨球的球徑和轉(zhuǎn)速;(3)球料比、裝球容積比;(4)球磨氣氛等。非晶晶化法最近,盧柯等提出非晶態(tài)合金晶化過程的微觀機(jī)制,即有序原子集團(tuán)切變沉積機(jī)制,發(fā)展了一種制備納米晶體的新方法———非晶晶化法,即通過非晶態(tài)合金的晶化產(chǎn)生晶粒為納米尺寸的超細(xì)多晶材料。這種方法具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、晶粒易控制。非晶態(tài)是一種熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài),在一定條件下易轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的晶態(tài)。這一轉(zhuǎn)變的動(dòng)力來自于非晶態(tài)和晶態(tài)之間的吉布斯自由能的差異。當(dāng)對(duì)非晶態(tài)樣品進(jìn)行熱處理、輻射和細(xì)微機(jī)械粉碎［20時(shí)］,非晶態(tài)就轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑?。其尺寸和化學(xué)成分與退火條件有著密切的關(guān)系,非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米尺度多晶粒子的過程通常稱之為納米晶化。納米晶化可分為恒溫和非恒溫退火兩種,其中恒溫退火工藝為:用較快的速度將非晶態(tài)樣品升溫至退火溫度,在保護(hù)氣氛中保溫一定時(shí)間使非晶態(tài)樣品完全晶化,冷卻至室溫便得到納米晶。最基本的原則是通過選擇合適的熱處理?xiàng)l件(退火溫度、時(shí)間、加熱速率等)在動(dòng)力學(xué)上對(duì)晶化進(jìn)行控制，①多形態(tài)納米晶化，即單一化學(xué)成分非晶轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗嗉{米晶；②共晶納米晶化，同時(shí)析出兩相納米晶相；③多步納米晶化，某些成分先以共晶或多形態(tài)反應(yīng)的形式形成納米晶鑲嵌在非晶合金里，余下的成分以共晶或多形態(tài)納米晶化的形式納米晶化。非晶納米晶復(fù)合材料主要采用非晶退火制備，通過控制晶化過程中各種條件，如時(shí)間、溫度、升溫速度和分步晶化，使合金中某一相或幾相析出，其余大部分則仍為非晶態(tài)，從而可以得到納米微晶鑲嵌在非晶體的非晶納米晶復(fù)合材料，其他方法1深度范性形變法制備納米晶體這是由Islamgaliev等人于1994年初發(fā)展起來的獨(dú)特的納米材料制備工藝，材料在準(zhǔn)靜態(tài)壓力的作用下發(fā)生嚴(yán)重范性形變,從而將材料的晶粒細(xì)化到亞微米或納米級(jí)。例如:①=82^m的鍺在6GPa準(zhǔn)靜壓力作用后，材料結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為10?30nm的晶相與10%?15%的非晶相共存;再經(jīng)850°C熱處理后，納米結(jié)構(gòu)開始形成，材料由粒徑100nm的等軸晶組成，而當(dāng)溫度升至9400nm。2物理氣相沉積法制備納米薄膜該法作為一種常規(guī)的薄膜制備手段被廣泛應(yīng)用于納米薄膜的制備與研究中，包括蒸鍍、電子束蒸鍍、濺射等。這一方法主要通過兩種途徑獲得納米薄膜:①在非晶薄膜晶化的過程中控制納米結(jié)構(gòu)的形成,比如采用共濺射法制備Si/Sio2薄膜，在700?900€氮?dú)鈿夥障驴焖俳禍孬@得硅顆粒；②在薄膜的成核生長(zhǎng)過程中控制納米結(jié)構(gòu)的形成，薄膜沉積條件的控制和在濺射過程中采用高濺射氣壓、低濺射功率特別重要,這樣易得到納米結(jié)構(gòu)的薄膜。3低能團(tuán)簇束沉積法（LEBCD）制備該納米薄膜技術(shù)也是新近出現(xiàn)的，由Paillard等人于1994年初發(fā)展起來首先將所要沉積的材料激發(fā)成原子狀態(tài),以氬氣、氦氣作為載體使之形成團(tuán)簇,同時(shí)采用電子束使團(tuán)簇離化,然后利用飛行時(shí)間質(zhì)譜儀進(jìn)行分離，從而控制一定質(zhì)量、一定能量的團(tuán)簇束沉積而形成薄膜。該法可有效地控制沉積在襯底上的原子數(shù)目。壓淬法制備納米晶體這一技術(shù)是中科院金屬所姚斌等人于1994年初實(shí)現(xiàn)的，他們用該技術(shù)制備出了塊狀Pd2Si2Cu和Cu2Ti等納米晶合金壓淬法就是利用在結(jié)晶過程中由壓力控制晶體的成核速率、抑制晶體生長(zhǎng)過程，通過對(duì)熔融合金保壓急冷（壓力下淬火，簡(jiǎn)稱“壓淬”）來直接制備塊狀納米晶體，并通過調(diào)整壓力來控制晶粒的尺寸。目前，壓淬法主要用于制備納米晶合金。與其他納米晶制備方法相比，它有以下優(yōu)點(diǎn):直接制得納米晶，不需要先形成非晶或納米晶粒；能制得大塊致密的納米晶；界面清潔且結(jié)合好；晶粒度分布較均勻。脈沖電流非晶晶化法制備納米晶體這種方法是由東北大學(xué)滕功清等人于1993年發(fā)展起來的。他們用該法制備了納米晶Fe2Si2B合金。這一方法是通過對(duì)非晶合金（非晶條帶）采用高密度脈沖電流處理使之晶化。與其他晶化法相比，它無需采用高溫退火處理，而是通過調(diào)整脈沖電流參數(shù)來控制晶體的成核和長(zhǎng)大，以形成納米晶，而且由脈沖電流所產(chǎn)生的試樣溫度遠(yuǎn)低于非晶合金的晶化溫度。三非晶軟磁材料的耐腐蝕性能從近年非晶合金腐蝕行為研究的結(jié)果來看，可以肯定地指出，若干相同成分的晶態(tài)合金與其非晶合金相比，或非晶合金與典型不銹鋼相比，非晶合金抗腐蝕性能極高。傳統(tǒng)理論認(rèn)為，非晶合金的高耐腐蝕性能應(yīng)歸因于非晶態(tài)合金的組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。非晶合金作為一種非晶態(tài)的均勻單相，不存在諸如晶界、位錯(cuò)和成分波動(dòng)等腐蝕成核中心，使腐蝕液不能入侵。另外，制備非晶態(tài)合金的熔融狀態(tài)快淬可以防止在淬火過程中的固態(tài)擴(kuò)散，所以，它們沒有諸如第二相、沉淀和偏析等缺陷，這些缺陷一般是通過慢冷或熱處理過程中的固態(tài)擴(kuò)散而形成的。但是目前的研究卻表明，非晶合金在組織結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)對(duì)耐腐蝕性能的影響并不是主要的，在以往有關(guān)非晶與相同成分晶態(tài)合金的耐蝕性能比較中，既有非晶耐蝕性好于晶態(tài)的報(bào)道，也有晶態(tài)好于非晶的報(bào)道［36］。作者認(rèn)為，影響材料耐腐蝕性能的關(guān)鍵還是在鈍化膜的形成方［3~6］面，能否快速均勻地形成鈍化膜，以及鈍化膜的成分、結(jié)構(gòu)、鈍化性能的高低等，是影響耐腐蝕性能的決定因素。非晶態(tài)合金中含有形成非晶態(tài)合金結(jié)構(gòu)所必須的大量類金屬P和B等，以及添加的大量有利于提高耐蝕性的合金化元素Ni、Ga和Cr等，這些成分通過影響它們的化學(xué)特性，改變表面鈍化膜的成分，改善其鈍化性能，從而對(duì)它們的高耐腐蝕性能的形成起到了非常大的作用。由于非晶合金Fe2Ni2P2B具有其它磁性材料無法比擬的磁性能，矯頑力小、導(dǎo)磁率高和鐵損小，非常適于制作變壓器、電磁開關(guān)和磁放大器等磁芯。目前對(duì)Fe2Ni2P2B非晶合金系列的各方面性能都做了很多研究，對(duì)其耐腐蝕性能的研究也取得了一定的進(jìn)展。在塊體Fe2Ni2P2B非晶合金的制備中，需加入少量的Ca以改善其玻璃形成能力，目前發(fā)現(xiàn)加入性能也有一定的影響。Kedim等通過測(cè)定Fe2Ni2P2B2Ca合金系在腐蝕溶液中的極化曲線，并與不銹鋼合金進(jìn)行比較，以考察它們的耐腐蝕性能［7］。結(jié)果表明，非晶合金Fe2Ni2P2B2Ca具有良好的耐腐蝕性能，并隨Ca的含量增加，其腐蝕電流密度減小，耐蝕性能增大。與不銹鋼Cr2Ni2ti相比，非晶合金的耐腐蝕性能具有明顯優(yōu)勢(shì),不銹鋼合金的臨界電流密度要比同樣條件下非晶態(tài)合金的臨界電流密度大得多。這表明非晶合金在同樣條件下要比不銹鋼耐腐蝕Gbmez2Polo等在對(duì)Fe2Ni2P2B非晶合金體系耐腐蝕性能的研究中得到同樣的結(jié)論［8］。認(rèn)為合金材料的耐蝕性主要是取決于表面膜的成分、穩(wěn)定性和均勻［8］性。同時(shí)，非晶態(tài)合金自身的活性很高，能夠在表面迅速形成均勻的鈍化膜，或一旦鈍化膜局部破裂也能夠及時(shí)修復(fù)，從而具有高的耐蝕性。研究進(jìn)一步表明，對(duì)于一個(gè)非晶合金系的耐腐蝕行為而言，成分的影響比結(jié)構(gòu)的影響更為重要。在同一個(gè)非晶合金體系中，元素含量的相對(duì)量發(fā)生變化，將引起耐蝕性能的變化，如Ni含量的變化直接影響到非晶合金的耐腐蝕性能。原因是,Ni是對(duì)耐腐蝕性能最有效的元素，其在化學(xué)上是穩(wěn)定的，它們的陽(yáng)離子在表面膜內(nèi)較少，因此合金的腐蝕導(dǎo)致了在表面膜下面金屬態(tài)的那些貴金屬Ni的選擇富集。這樣的富集導(dǎo)致陽(yáng)極活性和合金溶解速率的降低以及陰極活性的增加，所以合金表面內(nèi)貴金屬Ni的富集能提高耐蝕性和鈍化能力［9］。而對(duì)于非晶態(tài)合金（FeNiPBJ Ga的［9］ 40401461002Xx研究表明，Ga元素含量的多少也會(huì)對(duì)其腐蝕性能產(chǎn)生大的影響。隨著Ga含量的增加，其腐蝕電流密度減小，耐腐蝕性提高，這是由于元素Ga對(duì)鈍化能力和鈍化膜的形成具有促進(jìn)作用，提高了耐蝕性能。Wendler等研究了添加微量元素Cr對(duì)Fe基非晶合金在酸、堿、鹽中耐腐蝕性能的影響［10］。結(jié)果表明，摻雜適量的Cr能顯著提高Fe基塊體非晶在酸、堿和鹽溶液中的抗腐蝕性能，并認(rèn)為是因?yàn)镃r在純水溶液中的溶解度相當(dāng)小，所以Zr、Ti、Ni等金屬在電化學(xué)極化過程中較難形成穩(wěn)定的鈍化膜⑴］。這就使得不含Cr的Fe基塊體非晶鈍化區(qū)寬度較窄，腐蝕電流密度較大，抗腐蝕性能主要是由于形成了富Cr的鈍化膜。該鈍化膜主要由水和氧化輅組成，水化甕基氧化輅本身耐蝕，而且H20與OH相結(jié)合溶解Cr離2-子的能力很強(qiáng)，提高了鈍化膜中Cr的含量］。通常非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)和化學(xué)均勻性都會(huì)影［12］響非晶態(tài)合金抗腐蝕性能，而強(qiáng)鈍化性元素的影響更為重要。Cr是強(qiáng)鈍化性元素，所以Cr的Fe基非晶合金具有較高的耐腐蝕性能3。已有研究表明,非晶態(tài)合金鈍化膜中Cr3的富［13］ 3+集程度很高，例如，含Cr僅3%的FeCrMoPC非晶態(tài)合金的鈍化能力，與含Cr量達(dá)19%的不銹鋼相當(dāng)。四納米晶軟磁材料的耐腐蝕性能目前，關(guān)于納米晶軟磁材料耐蝕性能的研究，主要集中在Fe2M2B軟磁材料上。原因是納米晶材料與多晶和非晶材料相比，在磁結(jié)構(gòu)上有很大的差別，這導(dǎo)致其在磁性方面具有更優(yōu)良的性能。如納米晶體結(jié)構(gòu)使Fe2M2B的有效磁導(dǎo)率、飽和磁通密度等性能得到顯著提高，但是環(huán)境腐蝕會(huì)使磁性材料的各方面磁性能，尤其是飽和磁通密度大幅降低，因此納米晶軟磁材料的耐蝕性能自然引起了人們的關(guān)注。（1） Zr和Nb元素對(duì)納米晶材料耐腐蝕性能的影響Souza在對(duì)Fe2M2B2Cu（M=Zr，Nb）系列合金體系的研究中，通過電化學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，局部晶化后的納米晶材料與相同成分的非晶材料相比，其耐腐蝕性能明顯降低［14］。原因［14］是納米晶化時(shí)在非晶相中形成了a2Fe相，而a2Fe相的耐蝕性比非晶相的差，并降低了合金表面鈍化膜的鈍化性能和均勻性，但是納米晶的耐腐蝕性能仍要高于相同成分的普通晶體合金。May在對(duì)此合金體系的研究中發(fā)現(xiàn)，含Nb成分的納米晶合金的耐腐蝕性能要優(yōu)于只含有Zr的［15］。原因是雖然Nb和Zr都可以生成鈍化膜，但由于其成分、結(jié)構(gòu)不一樣,導(dǎo)致耐腐蝕性能上也有一定的差異含Nb的納米晶合金的鈍化膜成分是Nb2O5,而含Zr的鈍化膜成分是ZrO2H20,Nb2O5的耐腐蝕性能要優(yōu)于ZrO2H2O。另外根據(jù)Sato理論，鈍化膜的耐腐蝕性能取決于鈍化性能，而鈍化性能與鈍化膜的能量帶有關(guān)［16］。根據(jù)這一理論，含有［16］Nb和Zr4的Fe基鈍化膜有n2型半導(dǎo)體氧化能量帶，在能量帶帶間的電荷費(fèi)米能帶與在5+ 4+合金鈍化膜底層處的費(fèi)米能帶形成平衡當(dāng)陽(yáng)極電動(dòng)勢(shì)足夠大時(shí)，在n2型半導(dǎo)體氧化物中就會(huì)發(fā)生電子能帶躍遷，當(dāng)電子能帶能量高于費(fèi)米能帶能量時(shí)，就會(huì)發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。在鈍化膜中，Nb相比于Zr4,費(fèi)米能帶和電子能帶能量差要大得多。所以對(duì)Nb來說，從電子能帶5+ 4+到費(fèi)米能帶的躍遷所必須的電動(dòng)勢(shì)更大，鈍化膜的鈍化性能更好。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，Nb代替Zr后，還提高了高溫時(shí)的抗氧化性能。（2） Si元素對(duì)納米晶合金耐腐蝕性能的影響May在研究中發(fā)現(xiàn)，在FeCuNbZrB中加入Si后，非晶態(tài)合金的耐腐蝕性能增強(qiáng)了，局部納米