Nd-Fe基合金系非晶形成能力的改善(3)
1.3.2冷却速率对玻璃形成能力的影响
熔体快速淬火形成金属玻璃的动力学温度(T)-时间(t)-转变(T)关系如图1所示。其中，Tm代表合金的熔点，实线代表在等温条件下，微量过冷熔体(比如1％)转变成晶体所需要的时间对温度的函数。其随着温度单调减小，在熔点其值为零。动力学因素依赖于涉及到新相形核的原子重排和形成新相所需浓度起伏必须的原子长程扩散，这两个过程是热激活过程，其值都随着温度指数增大。形核限制的转变速率通常可表示为：
I＝Nvexp(－Δgm/kT)exp(－ΔGC/kT)
式中，N 为液相内单位体积的原子数，v 为特征跃迁频率，Δgm为原子迁移激活能，ΔGC为临界晶核形成自由能。ΔGC依赖于驱动力Δg＇，其关系式为
GC＝4η3σ3 / 27(Δg') 2
式中σ为界面能，η为与晶核形状有关的几何因子。如果用这条曲线作为连续冷却的近似，可以发现其存在着一个抑制晶体相形成的临界冷却速率(图中虚线代表冷却速率)。另外，各组元的组成关系也直接影响着合金体系的玻璃形成能力。
图1过冷熔体中晶体长大的TTT概略图
1.4 非晶磁性材料的简介
非晶态磁性的研究，自1927年美国缅因大学举办非晶态磁性研讨会前后开始活跃。由于容易非晶化的物质中包括3d过渡金属，而这些材料又多属于磁性材料，因此这种巧合对于非晶态磁性材料的研究开发无疑起到很大的作用。从非晶中原子的排布看，具有优良综合软磁材料的先天条件，拥有高磁导率、低矫顽力、高饱和磁通密度等优良的软磁特性。目前软磁性非晶态材料已经达到实用化的程度[5]。
20世纪90年代以后，一种新型非晶硬磁材料的出现引起了材料学界的广泛注意，当前，德国，日本，韩国，美国等国的科学家正积极展开非晶/纳米晶复合硬磁材料的研究工作，他们的研究主要集中在Nd-Fe基非晶硬磁材料的研究上，相对于传统的硬磁材料，在矫顽力，剩磁，最大磁能积等各项磁性指标上，Nd-Fe基非晶/纳米晶复合材料依然不尽如人意，但是由于其具有的非晶特性，赋予了这些材料新的应用前景。目前，各国研究人员除了探索其形成非晶的热力学动力学机理以外，正积极通过各种手段，为提高材料的磁性能指标寻找新的途径。
其中NdFeB永磁材料自1983年诞生以来，由于其突出的磁性能而被深入研究及广泛应用，他的发展带动了整个下游产业如通信、电子、医疗和汽车行业的进步和产品更新，NdFeB产业已成为国民经济发展的重要组成部分。随着以动力马达为代表的新应用领域不断拓展，对其磁性能、耐腐蚀性能、热稳定性和力学性能等综合性能的要求也越来越高，提高磁性的综合性能已成为NdFeB材料研究的一个重要方向。1984年我国研制的烧结NdFeB永磁材料磁能积达到240~280KJ/m3,1985年已将研究成果转化为工业化生产，年产量仅为10t，而日本月产量为12t。但到1996年我国生产的烧结NdFeB永磁材料在产量上已经超越了日本，居世界第一位，发展迅猛。其中一个突出的促进原因是由于我国拥有丰富的稀土资源。
1.5 Fe基非晶的研究进展
铁基金属玻璃因其具有很高的强度，良好的耐腐蚀性能和优异的软磁性能在近些年引起了研究者的广泛关注。铁基合金的非晶形成能力比较低，在早期的研究中所得样品多为丝带或者薄带，这样很难制备出形状复杂的器件，所以很多的研究者进行了寻找玻璃形成能力较大的铁基非晶的探索和增强铁基非晶玻璃形成能力方法的研究。
铁基非晶合金不仅具有一般非晶合金所具有的特点，且大部分Fe基非晶合金还具有优异的软磁性能，在磁性材料中获得了广泛的应用。同时，最重要的是自然界铁的资源丰富、制备非晶时要求真空度低等特点使得材料成本和制备成本低，容易获得推广使用。过去的Fe基非晶合金主要为Fe-TM-B(TM为其它过渡族金属)合金体系，由于受非晶形成能力限制，大多数Fe基非晶合金只能制备成条带，同时研究工作也主要集中在条带的软磁性方面。而块体Fe基非晶合金的直径不超过2 mm[6]。直到2002年，才相继发现了大体积的Fe基块体非晶合金，如Fe75−x−yCrxMoyC15B10[7]和Fe43Cr16Mo16(C, B, P)25[8]等非晶合金系。最近，一种被称为非晶钢的非晶合金，即(Fe44.3Cr10Mo13.8Mn11.2C15.8B5.9)98.5Y1.5[9]和Fe48Cr15Mo14-Er2C15B6[10]合金也被开发出来，使Fe基块体合金的研究出现了高潮。Shen等[11]在此基础上将Fe基非晶合金尺寸提高到直径为16 mm。但是由于这类非晶合金中含有大量的B和C，容易使非晶合金脆性增加。目前发现，这类无磁性Fe基非晶合金在耐磨与耐蚀涂层材料上具有良好的应用前景，因此降低Fe基非晶合金的制备成本及提高其强度具有重要意义。