Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hossei Enayati
محمدحسین عنایتی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Moein Imani Foumani
معین ایمانی فومنی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Investigation of amorphisation forming ability and magnetic properties of amorphous and amorphous-nanocrystalline Iron-based alloys
Iron-based amorphous alloys have received a considerable attraction because of their excellent soft magnetic properties (high magnetic permeability, high electrical resistance and low coercivity), good mechanical properties while having low cost. The most important challenge in Iron-based amorphous alloys, is the low amorphization forming ability. The aim of this research was to investigation of development of amorphous forming ability with a special consideration in magnetic properties. Some elements such as Cobalt, Titanium, Aluminum, Silicon, Boron, Phosphorous and Carbon seem to be good elements to be added to Iron-based alloys for successful amorphisation in mechanical alloying (MA) technique with respect to thermodynamics, kinetics and magnetic requirements. In this research, three alloy systems designed and thermodynamic analysis for prediction of amorphous forming ability have investigated.. Prediction based on extended Miedema model in Fe 70 Co 7 Si 8 B 8 P 7 (alloy I), (Fe 65 Co 35 ) 70 Ti 15 Al 5 Si 3 B 3 P 2 C 2 (alloy II) and (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 (alloy III) showed that Gi free energy changes for solid state amorphisation were -181, -308 and -451 (kJ mol -1 ) respectively, and thermodynamic analysis showed the (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 (alloy III) has more thermodynamic driving force for amorphous phase formation. MA experiments in three different alloy systems showed that the most amorphous forming ability is related for (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 (alloy III) with amorphous-nanocrystalline final structure that is according to thermodynamic prediction. Adding 20 at. % Cobalt to (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 (alloy III), showed improve amorphous forming ability and compeletely amorphous structure have achieved . Magnetic properties of (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 (alloy III) and (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 – Co 20 was investigated, too. In (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 (alloy III), magnetic saturation and coercivity field were 30 emu/g and 125 Oe respectively. However, adding 20 at. % Cobalt ((Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 – Co 20 ) showed improvement on magnetic saturation to 82 emu/g and increased coercivity field to 128 Oe. Also, the squareness ratio ( Mr / Ms ) was decreased. In this research, adding Cobalt to (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 (alloy III) alloy system, improve amorphous forming ability and soft magnetic properties. Key words: Amorphous – Nanocrystalline materials, Iron-based amorphous allos, Mechanical alloying, Magnetic properties.
آلیاژهای آمورف پایه آهن دارای خواص ویژه‌ای مانند خواص مغناطیسی نرم عالی (تراوایی مغناطیسی بالا، مقاومت الکتریکی بالا و میدان وادارندگی پایین)، استحکام مکانیکی مطلوب و از همه مهم‌تر قیمت کم هستند. اما، مهم‌ترین چالش، قابلیت کم تشکیل ساختار آمورف در این آلیاژها می‌باشد. هدف از انجام این پژوهش، بررسی توسعه‌ی قابلیت تشکیل ساختار آمورف به همراه خواص مغناطیسی مناسب بود. در راستای دستیابی به این هدف، در ابتدا با استفاده از مدل‌های ترمودینامیکی، سینتیکی و اطلاعات موجود در مراجع، مناسب‌ترین عناصر برای افزودن به آهن جهت دستیابی به ساختار آمورف مشخص شد. مطالعات انجام‌گرفته نشان داد عناصری نظیرکبالت، تیتانیم، آلومینیوم، سیلیسیم، بور، فسفر و کربن گزینه‌های مناسبی برای افزودن به آهن هستند. در این پژوهش به‌منظور دستیابی به فاز آمورف، از آلیاژسازی مکانیکی استفاده شد. بررسی‌ها بر روی سه آلیاژ با ترکیب Fe 70 Co 7 Si 8 B 8 P 7 (آلیاژ I)، (Fe 65 Co 35 ) 70 Ti 15 Al 5 Si 3 B 3 P 2 C 2 (آلیاژ II) و (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 (آلیاژ III) انجام شد. محاسبات ترمودینامیکی مربوط به انرژی آزاد گیبس تشکیل ساختار آمورف برای این آلیاژها به ترتیب برابر با 181-، 308- و 451- کیلوژول بر مول است و بنابراین بیشترین نیروی محرکه‌ی ترمودینامیکی برای تشکیل ساختار آمورف برای آلیاژ (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 (آلیاژ (III است. در آزمایش‌های آلیاژسازی مکانیکی نیز، بیشترین قابلیت تشکیل ساختار آمورف مربوط به آلیاژ (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 (آلیاژ III) با ساختار نهاییِ دوفازی آمورف-نانوکریستال بود. در ادامه اثر افزودن عنصر کبالت به آلیاژ (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 (آلیاژ III) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آلیاژسازی مکانیکی آلیاژ (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 – Co 20 ، بهبود قابلیت تشکیل ساختار آمورف را نشان داد. همچنین بررسی رفتار مغناطیسی آلیاژ (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 (آلیاژ (III و آلیاژ (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 – Co 20 نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج مغناطیسی آلیاژ (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 (آلیاژ (III ، مغناطش اشباع emu/g 30 و میدان وادارندگی Oe 125 را نشان می‌دهد. این در حالی است که با افزودن 20 درصد اتمی کبالت به آلیاژ ((Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 – Co 20 )، مغناطش اشباع به emu/g 82 و میدان وادارندگی Oe 129 تغییر کرده است. مشخص شد که در اثر افزودن عنصر کبالت به‌صورت کنترل‌شده، علاوه بر افزایش قابلیت تشکیل ساختار آمورف، رفتار مغناطیسی آلیاژ با توجه به افزایش مغناطش اشباع و کاهش فاکتور Mr/Ms در کنار تغییر ناچیز در میدان وادارندگی، بهبود یافته است. کلمات کلیدی: مواد آمورف-نانوکریستال، آلیاژهای آمورف پایه آهن، آلیاژسازی مکانیکی، رفتار مغناطیسی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی