供稿人：王东威
【研究背景】
随着社会的发展，人们对开发高效、高性能的设备越来越感兴趣。具有高饱和磁感应强度（Bs）、低矫顽力（Hc）和低磁芯损耗(P)的软磁材料可显著提高效率，因此受到广泛关注。近年来的研究主要集中在增加Fe含量以提高铁基非晶合金的Bs方面，但这种方法会导致非晶形成能力（AFA）的降低。有研究者报道，在NANOMET合金中加入少量的C可以兼顾软磁性能和AFA，但是C/Si比是如何影响铁基非晶合金的结构和性能的，及是否可以进一步优化C/Si比以提高其非晶成形能力和软磁性能，目前还不清楚。
【成果速览】
本文工作中，郑州大学材料科学与工程学院非晶高熵合金课题组朱文忠同学使用感应炉及单辊纺丝机制带。采用XRD和DSC研究了铸态带的非晶结构和热性能。采用马弗炉封管退火。采用VSM测量Bs。利用阻抗仪和B-H仪测试Hc和µe。利用磁光克尔显微镜对不同磁场下的磁畴结构进行了表征。为了调整AFA、热稳定性以及最佳软磁性能的退火温度点，分别做了不同转速的铸态条带、不同升温速率的DSC、不同频振幅（Hm）和钉扎场（Hp）的µe。
本文以Fe82Si6−xB9P3Cx（x=0-6 at.%）合金是本工作中主要研究的非晶合金，其中用C代替Si导致原子尺寸差异增大，较大的负混合焓有助于高AFA水平。用适量的C取代Si后，可能具有微合金化效应，使非晶结构的构型更加复杂。这种原子尺寸差异增强了非晶结构内的热稳定性。
随着C含量的增加，最适退火温度下的Hc先减小后增大。Hc和µe呈现相反关系，不同Hm的增加导致µe的先增后减。最大µe所需的交流电场幅值可以认为是这些带的Hp，其随C增加先降后升。用C代替Si可以促进Fe元素的质量分数增加，从而提高Bs。C-0和C-2合金均表现出较宽的磁畴结构和相对平坦的壁。这种均匀性有利于合金磁化过程中磁畴的移动和磁矩的旋转。矫顽力与磁畴宽度成反比关系，表明磁畴越宽，Hc值越低。
相关成果以“The Effects of Si Substitution with C on the Amorphous Forming Ability, Thermal Stability, and Magnetic Properties of an FeSiBPC Amorphous Alloy”为题刊登在Metals上。
【结论展望】
本文系统研究了添加碳对非晶FeSiBPC合金体系的影响，重点研究了其AFA、热稳定性和磁性能。深入分析和讨论了增强AFA和优化软磁性能的潜在机理。得出以下结论：
1) 在40 m/s转速的条件下制备的Fe82Si6−xB9P3Cx (x = 0,1,2,3,4,5和6)合金带，观察到含碳原子百分比大于1的合金呈现出完全非晶结构。这表明，在特定的合金体系中加入适量的碳元素可以有效地提高AFA。
2) 与在C-0合金中观察到的结果相比，在C-2和C-4合金中引入碳导致更高的Ex1和Ep1值。这表明碳的适当掺入提高了这些非晶带的热稳定性。
3) 添加2%的C可以有效地优化Fe82Si4B9P3C2合金的软磁性能，其中低Hc为1.7 A /m，高µe为10608 (f = 1 kHz)，相对较高的Bs为1.61 T。这些改进可能归因于通过适当的碳添加实现了更均匀和优化的磁畴结构。
