致真精密仪器助力安徽工业大学科研团队发表重要成果

近日，安徽工业大学侯龙老师团队在富钴铁基纳米晶合金软磁性能优化领域取得重要进展。该研究以题为“Magnetic field-assisted two-step annealing for super magnetic softness in Co-rich Fe-based nanocrystalline alloys”的论文发表于材料科学与技术领域顶级期刊《Journal of Materials Science & Technology》。科研团队使用致真精密仪器的磁光克尔测量系统，通过证实磁场辅助两步退火后合金磁畴特征，为破解其饱和磁通密度-矫顽力(Bs−Hc)权衡关系提供了关键证据。

▲《Journal of Materials Science & Technology》期刊论文截图。

▲致真精密仪器磁光克尔测量系统直接观测到的(Fe0.8Co0.2)84Ni2B12.5Cu1Si0.5合金磁畴形貌图，清晰呈现了无磁场退火(NA1)、一步磁场退火(FA1)及两步磁场退火(FA2)工艺下的磁畴差异。

软磁材料是高效能源转换与传输的核心材料，广泛应用于变压器、电机和电感器等电子器件。随着5G通信、新能源汽车和智能制造的快速发展，对高饱和磁通密度和低矫顽力的软磁材料需求日益迫切。然而，传统铁基纳米晶合金面临一个棘手的Bs-Hc权衡困境：提高饱和磁通密度往往导致矫顽力恶化，反之亦然。特别是当引入钴元素提升磁性能时，其带来的磁各向异性会严重损害磁软度。如何破解这一权衡关系，成为软磁材料领域的关键挑战。

研究团队设计了一种富钴铁基纳米晶合金(Fe0.8Co0.2)84Ni2B12.5Cu1Si0.5，并提出磁场辅助两步退火新策略。该策略将退火过程分为两个阶段：第一阶段在280 °C下预退火10分钟，在磁场辅助下进行结构弛豫，促进原子重排形成更均匀的亚纳米尺度结构；第二阶段在约400 °C下晶化退火5分钟，再次施加磁场降低形核激活能，促进高密度类晶有序团簇形成，从而抑制粗大纳米晶粒的生长。

图1.制备与热处理工艺示意图（FA1和FA2过程中施加的磁场强度为 0.08 T）：(a) 带材制备示意图；(b) 热处理流程示意图；(c) 多参数退火工艺详细说明图。

研究团队利用致真精密仪器的磁光克尔测量系统直接观测磁畴演变，清晰揭示了磁场辅助两步退火对磁结构的优化作用。无磁场退火的样品磁畴垂直于易磁化方向，存在大量分支和粗糙边缘，钉扎效应显著。经一步磁场退火后，磁畴趋于规则，钉扎点减少，磁畴壁接近外场方向。而经过两步磁场退火的样品，磁畴完全平行于外磁场，无可见钉扎点，磁化过程以磁畴转动为主，实现了超低矫顽力。

微观结构分析进一步揭示了这一现象的内在机理。磁场辅助两步退火使合金形成高密度类晶有序团簇而非粗大纳米晶，平均晶粒尺寸从35.9 nm降至17.6 nm。这种独特结构使总磁各向异性显著降低，与磁畴观测结果高度吻合，为优异的磁软度提供了结构基础。

图2.(Fe0.8Co0.2)84Ni₂B12.5Cu₁Si0.5合金400 ℃退火后的微观结构：(a、c) 明场透射电镜图像；(b、d) 对应的晶粒尺寸分布；(e、f) 为 (c) 中选定的Ⅰ、Ⅱ区域的局部放大图像。

经优化后的合金展现出卓越的软磁性能，饱和磁通密度达到1.86 T，矫顽力仅为3.7 A/m，有效磁导率在1 kHz下达10700。与现有商用合金相比，该材料饱和磁通密度显著优于传统产品，同时保持极低矫顽力，成功破解了富钴合金中的磁性能权衡难题。

该研究通过磁场辅助两步退火实现了对合金原子构型和磁结构的协同调控，为设计高性能富钴铁基纳米晶软磁材料提供了新思路。

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致真精密仪器

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