Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hossei Enayati
محمدحسين عنايتي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Moein Imani Foumani
معين ايماني فومني

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.
چکيده آلياژهاي آمورف پايه آهن داراي خواص ويژه‌اي مانند خواص مغناطيسي نرم عالي (تراوايي مغناطيسي بالا، مقاومت الکتريکي بالا و ميدان وادارندگي پايين)، استحکام مکانيکي مطلوب و از همه مهم‌تر قيمت کم هستند. اما، مهم‌ترين چالش، قابليت کم تشکيل ساختار آمورف در اين آلياژها مي‌باشد. هدف از انجام اين پژوهش، بررسي توسعه‌ي قابليت تشکيل ساختار آمورف به همراه خواص مغناطيسي مناسب بود. در راستاي دستيابي به اين هدف، در ابتدا با استفاده از مدل‌هاي ترموديناميکي، سينتيکي و اطلاعات موجود در مراجع، مناسب‌ترين عناصر براي افزودن به آهن جهت دستيابي به ساختار آمورف مشخص شد. مطالعات انجام‌گرفته نشان داد عناصري نظيرکبالت، تيتانيم، آلومينيوم، سيليسيم، بور، فسفر و کربن گزينه‌هاي مناسبي براي افزودن به آهن هستند. در اين پژوهش به‌منظور دستيابي به فاز آمورف، از آلياژسازي مکانيکي استفاده شد. بررسي‌ها بر روي سه آلياژ با ترکيب Fe 70 Co 7 Si 8 B 8 P 7 (آلياژ I)، (Fe 65 Co 35 ) 70 Ti 15 Al 5 Si 3 B 3 P 2 C 2 (آلياژ II) و (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 (آلياژ III) انجام شد. محاسبات ترموديناميکي مربوط به انرژي آزاد گيبس تشکيل ساختار آمورف براي اين آلياژها به ترتيب برابر با 181-، 308- و 451- کيلوژول بر مول است و بنابراين بيشترين نيروي محرکه‌ي ترموديناميکي براي تشکيل ساختار آمورف براي آلياژ (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 (آلياژ (III است. در آزمايش‌هاي آلياژسازي مکانيکي نيز، بيشترين قابليت تشکيل ساختار آمورف مربوط به آلياژ (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 (آلياژ III) با ساختار نهاييِ دوفازي آمورف-نانوکريستال بود. در ادامه اثر افزودن عنصر کبالت به آلياژ (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 (آلياژ III) مورد بررسي قرار گرفت. نتايج آلياژسازي مکانيکي آلياژ (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 – Co 20 ، بهبود قابليت تشکيل ساختار آمورف را نشان داد. همچنين بررسي رفتار مغناطيسي آلياژ (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 (آلياژ (III و آلياژ (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 – Co 20 نيز مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج مغناطيسي آلياژ (Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 (آلياژ (III ، مغناطش اشباع emu/g 30 و ميدان وادارندگي Oe 125 را نشان مي‌دهد. اين در حالي است که با افزودن 20 درصد اتمي کبالت به آلياژ ((Fe 50 Ti 25 Al 25 ) 70 B 15 P 7 C 6 Si 2 – Co 20 )، مغناطش اشباع به emu/g 82 و ميدان وادارندگي Oe 129 تغيير کرده است. مشخص شد که در اثر افزودن عنصر کبالت به‌صورت کنترل‌شده، علاوه بر افزايش قابليت تشکيل ساختار آمورف، رفتار مغناطيسي آلياژ با توجه به افزايش مغناطش اشباع و کاهش فاکتور Mr/Ms در کنار تغيير ناچيز در ميدان وادارندگي، بهبود يافته است. کلمات کليدي: مواد آمورف-نانوکريستال، آلياژهاي آمورف پايه آهن، آلياژسازي مکانيکي، رفتار مغناطيسي.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی