1.3   Fe基块非晶合金

Fe基非晶态合金被证实具有优异的软磁特性，包括高饱和磁化强度（Bs），低矫顽力（Hc），低铁心损耗和高磁导率(μ)[21-23]等，因而与其它体系非晶合金相比，Fe基非晶合金是目前最被广泛应用的非晶合金之一，备受研究者和世人关注，在变压器磁芯和磁性传感器等领域中已经获得广泛应用[24]。然而，由于铁基非晶合金的GFA较弱，限制了它们在某些区域的应用。在首次发现Fe-(Al,Ga)-P-C-B块体非晶合金之后，大量Fe基块体非晶合金相继被制备出来[25,26]。其中，Fe-B-Si-ETM（ETM为前过渡金属，ETM=Nb、Zr、Hf和Ta）四元块状玻璃状合金具有出较大的GFA（玻璃的临界直径形成直径dc≥2.5mm），高的断裂强度（δf～4000 MPa）和良好的软磁性能（Bs～1.13-1.51T和Hc～1.5-6.7A/m）[27-31]。特别地，由Fe-B-Si-Nb块体非晶合金制成的名为“SENNTIX-I”的磁粉芯已被认为可用于AC-DC和DC-DC转换器的扼流线圈[24]。在Fe基块体非晶合金的研究中，相似原子替代可有效的增加非晶合金的GFA，改善非晶合金的力学和软磁性能。例如在Fe-B-Si-Nb体系中，Co替代Fe不仅可以提升非晶合金的GFA和力学性能[29,32]，而且也提升了非晶合金的Bs和居里温度（Tc）[33,34]。

1.3.1  Fe 基块体非晶合金的分类

在Fe基软磁性大块非晶合金的研究方面，日本东京大学的课题组取得了开创性的成果。自从年以来，他们采用了铜模铸造法制备了多种铁基大块非晶合金。典型的软磁性大块非晶合金主要有下面几种[35-48]：1类：Fe-M-(P,C,B,Si)(M=Al,Ga,Mo)、2类：Fe-M-B(M=Zr,Hf,Nb,Ta,Mo,W,Ln)、3类：Fe-Co-Ln-B（Ln为稀土元素）、4类：Fe-(Cr,Mo,Nb)-(P,B,C)、5类：Fe-B-Si-(Nb,Zr)。研究结果表明，这些Fe块非晶合金都是具有良好的软磁性能和热稳定性。

2004年，Lu等人在研究Fe61Co7Zr10Mo5W2M15-x(M=B、Al、Si、C和P)合金时发现，Si的添加在改变玻璃形成能力的同时，也提高了磁性铁基非晶合金的饱和磁化强度并降低了矫顽力。潘明祥等人在研究无磁性的Fe61Co7Zr10Mo5W2B15大块非晶合金时发现，通过用Ni取代Mo可以使合金变为软磁性。

2005年，台湾的Chin等人发现Fe100-x-yMxBy（M为稀土元素）系合金具有较好的非晶形成能力，并制备出Fe-B-Y大块非晶合金，其尺寸为直径为2mm的棒状，同时发现该合金具有极好的软磁性。

1.4  块体非晶合金的性能

非晶合金具有优良的光电和磁性能，超强的抗腐蚀性能，特别是优良软磁性能等。许多非晶钛合金还可以用作电阻材料、恒弹性材料、恒热性材料、超导材料、储氢材料以及光学系统中的电源材料等。大块非晶材料的出现显示了亚稳材料的潜在应用价值。

1.4.1块体非晶合金的力学性能

晶界、位错等晶态合金常见的缺陷不会出现在块状非晶合金上，因为其具有更强能力的抵抗受力变形[49]。

1、极高的屈服强度（σy）及断裂强度（σf）[37]

非晶合金的压缩断裂强度比其对应的晶态合金要高得多，这是非晶合金最为显著的力学性能特征。几乎所有合金系的非晶合金的最高强度都达到了同类合金系晶态材料的数倍甚至数十倍。特别是以Fe、Co和Ni为基的非晶合金的强度更是惊人，例如Co-Fe-B-Ta的断裂强度达到了5185 MPa，创造了自然界金属材料强度的最高记录。

2、高硬度（Hv）和低杨氏模量（E）[48]

跟屈服或断裂强度一样，非晶合金的硬度比同类型的晶态合金的硬度要高得多。如非晶态Fe41Co7Cr15Mo14C15B6Y2合金的维氏硬度（Hv）可达12.53 GPa，而一般晶态铁合金的硬度约为0.2 MPa左右。Chen在1975年总结早期的Pd基、Fe基等非晶成分的硬度和拉伸强度，得出H/σy ≈ 2.9或H/σf ≈ 2.9。同时，非晶合金有着相对较低的杨氏模量，一般为30-210GPa。Inoue后期也分析总结了非晶合金的强度、硬度和杨氏模量之间存在着线性正比关系：σf = 0.02 E；Hv = 0.06 E/9.8。而对于晶态合金来讲，σf= 0.006 E；Hv = 0.02 E/9.8。