对离子减薄制备纳米晶软磁合金透射电镜样品中的无颗粒区的研究

　　自从Yoshizawa等[1]发现铁基纳米晶Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9具有非常好的软磁性能以来,人们对其进行了大量的研究。这种材料的制备过程如下:首先用快淬法制得非晶带,然后在晶化温度以上(550℃左右)进行退火处理。退火处理使得材料的微观结构发生了变化,即由原来的非晶态变成了纳米晶结构。这种纳米晶结构具有两相,一相是大小为15nm的体心立方结构的FeSi颗粒,另一相是剩余非晶基体相。前者均匀弥散分布于后者之中。FeSi颗粒中Si的含量为20%左右[2],高于Si的平均含量。由于FeSi颗粒非常小,一般分析电镜的分辨率达不到。另外,EDS很难探测到B的信号。Hono等[3]用原子探针场离子显微镜对这种材料进行了研究,他们得到的剩余非晶相成分的半定量结果是Nb和B为10—15at.%,Si为5at.%并有一些非常小的Cu的簇(小于2nm)。

　　在我们用高分辨电镜和分析电镜研究这种材料的过程中,发现样品上孔的边缘部分往往存在一些不含颗粒的非晶区(Grain-free region,以下简记为GFR),这种区域在离子减薄制备的样品中非常明显。我们用EDS对此区域的成分进行了研究,发现这些非晶区的成分不同于理论估计的剩余非晶基体相的化学成分,也不同于材料原来的平均成分。其电子选区衍射(SAD)花样表现为d=0.27nm附近的一个非晶衍射环,既和两相区的衍射花样不同,也和制备态的非晶衍射环不同。

　　实　　验

　　宽为15mm厚度为20μm的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶带由单辊快淬法制备,然后在550℃下退火1h,接着,直接在此厚度(20μm)下进行离子减薄制得透射电镜样品。离子减薄中所用的电压为6kV,束流为0.5mA,离子束入射角为10°左右。形貌观察和选区衍射都在JEOL-2000FX电镜上进行。EDS谱用和JEOL-2000FX相联的TN-5500 X-ray分析仪采集。并用了JEOL-2000EXⅡ高分辨电镜进行了观察。电镜均在200kV下工作。

　　结　　果

　　图1(a)和(b)示出了孔边缘上的一个不含颗粒的非晶区(GFR)的明场和暗场像,可以看出孔的边缘首先是GFR区,再往里才是两相区(Two-phase region,记为TPR)。而在图1(c)却看不到这种GFR区域。在我们用离子减薄制备的样品上,在一个孔的边缘可能有好多GFR区,而相应的如图1(c)所示的地方反而不多。这些GFR区沿孔的边缘延伸,呈一种带形,有的比较宽而长,有的窄而短。我们还用同样的方法制备了另外一种和Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9有相同微结构的纳米晶软磁合金Fe79.5P12C6Cu0.5Mo0.5Si1.5[4]透射电镜样品,同样观察到了这种GFR区。这里要说明的是在高分辨电镜下,在这些所谓的无颗粒区看到极少量的粒度也很小的颗粒,说明这些区还是存在部分颗粒的,只是其数量和粒度都极小。