近日，安徽工業(yè)大學侯龍老師團隊在富鈷鐵基納米晶合金軟磁性能優(yōu)化領域取得重要進展。該研究以題為“Magnetic field-assisted two-step annealing for super magnetic softness in Co-rich Fe-based nanocrystalline alloys”的論文發(fā)表于材料科學與技術領域頂級期刊《Journal of Materials Science & Technology》?？蒲袌F隊使用致真精密儀器的磁光克爾測量系統(tǒng)，通過證實磁場輔助兩步退火后合金磁疇特征，為破解其飽和磁通密度-矯頑力(Bs?Hc)權衡關系提供了關鍵證據(jù)。

▲《Journal of Materials Science & Technology》期刊論文截圖。

▲致真精密儀器磁光克爾測量系統(tǒng)直接觀測到的(Fe0.8Co0.2)84Ni2B12.5Cu1Si0.5合金磁疇形貌圖，清晰呈現(xiàn)了無磁場退火(NA1)、一步磁場退火(FA1)及兩步磁場退火(FA2)工藝下的磁疇差異。

軟磁材料是高效能源轉換與傳輸?shù)暮诵牟牧?，廣泛應用于變壓器、電機和電感器等電子器件。隨著5G通信、新能源汽車和智能制造的快速發(fā)展，對高飽和磁通密度和低矯頑力的軟磁材料需求日益迫切。然而，傳統(tǒng)鐵基納米晶合金面臨一個棘手的Bs-Hc權衡困境：提高飽和磁通密度往往導致矯頑力惡化，反之亦然。特別是當引入鈷元素提升磁性能時，其帶來的磁各向異性會嚴重損害磁軟度。如何破解這一權衡關系，成為軟磁材料領域的關鍵挑戰(zhàn)。

研究團隊設計了一種富鈷鐵基納米晶合金(Fe0.8Co0.2)84Ni2B12.5Cu1Si0.5，并提出磁場輔助兩步退火新策略。該策略將退火過程分為兩個階段：第一階段在280 °C下預退火10分鐘，在磁場輔助下進行結構弛豫，促進原子重排形成更均勻的亞納米尺度結構；第二階段在約400 °C下晶化退火5分鐘，再次施加磁場降低形核激活能，促進高密度類晶有序團簇形成，從而抑制粗大納米晶粒的生長。

圖1.制備與熱處理工藝示意圖（FA1和FA2過程中施加的磁場強度為 0.08 T）：(a) 帶材制備示意圖；(b) 熱處理流程示意圖；(c) 多參數(shù)退火工藝詳細說明圖。

研究團隊利用致真精密儀器的磁光克爾測量系統(tǒng)直接觀測磁疇演變，清晰揭示了磁場輔助兩步退火對磁結構的優(yōu)化作用。無磁場退火的樣品磁疇垂直于易磁化方向，存在大量分支和粗糙邊緣，釘扎效應顯著。經(jīng)一步磁場退火后，磁疇趨于規(guī)則，釘扎點減少，磁疇壁接近外場方向。而經(jīng)過兩步磁場退火的樣品，磁疇完全平行于外磁場，無可見釘扎點，磁化過程以磁疇轉動為主，實現(xiàn)了超低矯頑力。

微觀結構分析進一步揭示了這一現(xiàn)象的內(nèi)在機理。磁場輔助兩步退火使合金形成高密度類晶有序團簇而非粗大納米晶，平均晶粒尺寸從35.9 nm降至17.6 nm。這種獨特結構使總磁各向異性顯著降低，與磁疇觀測結果高度吻合，為優(yōu)異的磁軟度提供了結構基礎。

圖2.(Fe0.8Co0.2)84Ni?B12.5Cu?Si0.5合金400 ℃退火后的微觀結構：(a、c) 明場透射電鏡圖像；(b、d) 對應的晶粒尺寸分布；(e、f) 為 (c) 中選定的Ⅰ、Ⅱ區(qū)域的局部放大圖像。

經(jīng)優(yōu)化后的合金展現(xiàn)出卓越的軟磁性能，飽和磁通密度達到1.86 T，矯頑力僅為3.7 A/m，有效磁導率在1 kHz下達10700。與現(xiàn)有商用合金相比，該材料飽和磁通密度顯著優(yōu)于傳統(tǒng)產(chǎn)品，同時保持極低矯頑力，成功破解了富鈷合金中的磁性能權衡難題。

該研究通過磁場輔助兩步退火實現(xiàn)了對合金原子構型和磁結構的協(xié)同調控，為設計高性能富鈷鐵基納米晶軟磁材料提供了新思路。

磁光克爾測量系統(tǒng)

磁光克爾測量系統(tǒng)可對磁性材料和自旋電子芯片進行高分辨磁疇成像，分辨率可達250 nm，配置高度智能化的控制系統(tǒng)和多功能磁場探針臺，將光學成像、多維磁場、電學輸運表征、微波測試、變溫模塊集成于一體，一鍵操作便能實現(xiàn)磁場、電流、自旋軌道矩、自旋轉移矩等各種激勵條件下的磁動力學過程觀察。配備微秒級快速反應磁場，能夠進行高精度磁疇速度測量和DMI測量。

致真精密儀器

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