鐵基與鎳基非晶塊狀材料之開發｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	田弘宇 DanielTien
論文名稱：	鐵基與鎳基非晶塊狀材料之開發 The Study of Novel Fe- and Ni-Based Bulk Metallic Glasses
指導教授：	金重勳 Tsung-Shune Chin
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 材料科學工程學系 Materials Science and Engineering
論文出版年：	2005
畢業學年度：	93
語文別：	中文
論文頁數：	103
中文關鍵詞：	鐵基、鎳基、非晶態、塊狀金屬玻璃
外文關鍵詞：	Fe-Based, Ni-Based, Amorphous, Bulk Metallic Glasses
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由於非晶帶材尺寸之侷限使其應用上有諸多限制，近年來世界各國致力於開發新的非晶塊材合金系統，相對的使非晶的理論面與應用面蓬勃發展。本論文目的為開發具強非晶能力之非晶合金塊材，主要為鐵基非晶塊狀軟磁材料與鎳基非晶塊材。鐵基非晶材料之設計依據為著名的高導磁率Sendust合金，仿效其成分而開發高導磁率非晶合金塊材，並研究其軟磁特性；鎳基非晶合金塊材之研究目的為開發簡單組成且具有強非晶能力之塊材，並研究其機械性質與抗腐蝕能力。
　　將所設計出之鐵基與鎳基合金成份利用銅模鑄造法，鑄造不同直徑棒材，兩者皆具有塊狀非晶形成能力，可達直徑2 mm非晶。利用鐵基合金系具2 mm非晶形成能力成分Fe67Al4Si8B15Nb1Ta1Zr1，進一步製作非晶環狀式樣，經應力退火，量測初導磁率已達到原合金Sendust之92%；鎳基非晶合金之維氏硬度均為Hv 950以上，Ni58Ta36Sn6之破裂強度更可達1192 MPa，並具有絕佳之耐蝕性。

The size limitation of amorphous ribbons greatly restricts industrial applications, many groups have heavily devoted themselves to investigating novel Bulk Metallic Glasses (BMGs) in these two decades. Therefore, the studies of new BMGs established the glass forming theories and led more popular applications.
The purpose of this research is to develop new Fe- and Ni-based BMGs with good glass forming ability. The motivation and design of Fe-based BMGs is based on the composition of the Sendust (Fe-Al-Si) alloy that has a very high permeability. The aim of exploring new Ni-based BMGs is to develop simple ternary Ni-based BMGs with good mechanical properties and corrosion resistance.
Both series of alloys exhibit good glass forming ability to form bulk glassy rods with a diameter up to 2 mm by conventional copper-mold casting method. The initial permeability of the Fe-Al-Si-based BMGs Fe67Al4Si8B15Nb1Ta1Zr1 achieves 92% of Sendust after heat treatment. The hardness of Ni-based BMGs are higher than Hv 950, and the highest fracture strength of Ni-Ta-Sn alloy system in Ni58Ta36Sn6 reaches 1192 MPa, with extremely high corrosion resistance.

中文摘要    I
Abstract    II
圖目錄    IX
表目錄    XII
第一章 緒論    1
1-1 前言    1
1-2 研究動機    2
1-2-1 Fe-Al-Si基塊狀非晶合金系    2
1-2-2 Ni-Ta基塊狀非晶合金系    3
第二章　　文獻回顧    5
2-1  非晶材料發展史    5
2-2 磁性非晶軟磁合金的分類    7
2-3 基本磁學理論    10
2-3-1 磁性質來源    10
2-4 現今各種非晶態合金的形成理論    14
2-4-1 非晶態合金形成熱力學    14
2-4-2 由熱膨脹係數變化來探討玻璃轉換溫度    15
2-4-3 孕核與成長動力學    15
2-4-4 臨界冷卻速率理論    17
2-5 製作非晶態合金三大經驗法則以及具備的要素    19
2-5-1  Inoue三大經驗法則    19
2-5-2 約化玻璃轉換溫度Trg要高    21
2-5-3 寬廣的過冷液相區ΔTx    22
2-5-4  低共晶溫度    23
2-4-5 加入雜質原子的重要性    25
2-4-6 原子的鍵結特性    25
2-4-7 其他參考特性    25
2-5 非晶態合金之製造方法－快速凝固法    26
2-5-1 化學及電解沈積法    28
2-5-2 噴射急冷法    28
2-5-3 滾壓    28
2-5-4 單輪熔液旋淬法    29
2-5-5 粉末壓錠法    30
2-5-6 銅模鑄造法    30
2-6 非晶態合金磁性能    31
2-6-1軟磁性能    31
2-6-2 硬磁性能    35
2-7 非晶合金之機械性能、抗腐蝕性能及應用    36
2-7-1 機械性能    36
2-7-2 抗腐蝕性能    39
第三章  實驗方法與步驟    41
3-1實驗流程    41
3-1-1實驗的流程    41
3-1-2製備合金及樣品之工具    41
3-1-3藥品    41
3-2 製作非晶樣品    46
3-2-1合金設計    46
3-2-2 合金熔配    49
3-2-3噴鑄棒材    50
3-2-4薄帶噴製    50
3-2-5 環形鐵芯製作    51
3-2-6 退火處理    51
3-3分析與量測    54
3-3-1 X-Ray結構分析    54
3-3-2 DSC熱性質分析    54
3-3-3 DTA熱性質分析    55
3-3-4 VSM 磁性量測    55
3-3-5 居理溫度量測    56
3-3-6 電阻率量測    56
3-3-7 維氏硬度量測    58
3-3-8 腐蝕速率    58
3-3-9 抗壓強度測試    59
第四章 實驗結果與討論    60
4-1  Fe-Al-Si基合金系    60
4-1-1 XRD    63
4-1-2熱性質分析    65
4-1-3 VSM量測結果    71
4-1-4 導磁率之測量    73
4-1-5 居禮溫度量測    77
4-1-6電阻率    78
4-1-7 Fe70Al4Si8B15Nb1Ta1Zr1合金之優點    79
4-2  Ni-Ta基合金系    80
4-2-1 XRD    84
4-2-2 熱性質分析    86
4-2-3 密度    90
4-2-4 腐蝕速率量測    90
4-2-5 維氏硬度    93
4-2-6 壓縮試驗結果    94
第五章  結論    97
5-1 Fe82-xAlxSi2XB15Nb1Ta1Zr1合金系    97
5-2 Ni-Ta基合金系    99
　 5-3 建議未來研究工作 100

                                

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