【论文报道】恭喜李福山老师博士生韩成府在Thin Solid Films (IF=2.1)上发表论文！

供稿人：张振言

论文题目：Microstructure evolutiaon of forsterite film during the high-temperature annealing process in grain-oriented silicon steel

论文作者：Chengfu Han(韩成府), Xianhui Wang, Ruifeng Li, Songshan Zhao, Jianhui Tian, Zhenyu Du, Fushan Li*

期刊：Thin Solid Films

DOI：https://doi.org/10.1016/j.tsf.2025.140607

内容：

【研究背景】

在磁性材料领域，取向硅钢凭借高饱和磁通密度、弱磁致伸缩和低铁损等特性，在变压器、电抗器及电机制造中发挥着不可替代的作用，能够有效降低设备的空载损耗、噪音和体积。随着科技发展，对高性能取向硅钢的需求日益增长。其表面绝缘涂层是提升性能的关键因素，其中，良好的硅酸镁薄膜意义重大。它不仅能引入拉伸应力以降低磁损，还能防止铁芯短路、减少涡流损耗，并促进高斯织构的形成。然而，目前对硅酸镁薄膜在高温退火过程中的形成机制研究尚不全面，且铝元素对其微观结构的影响也未得到充分探究。因此，深入研究该薄膜在高温退火过程中的形成过程，对控制其在取向硅钢实际生产中的质量，具有重要的理论与实践意义。

【数据概括】

图一GOS钢的热处理过程示意图

图二不同退火温度下GOS钢样品表面的XPS光谱

图三GOS钢横截面的SEM图像：(a) 900℃; (b) 950℃; (c) 1000℃; (d) 1050℃; (e) 1100℃; (f) 1150℃。

图四850℃样品横截面的EDS元素分析：(a) SEM、EDS线扫描；(b) EDS线扫描结果；(c) - (f) 分别为Fe、Si、O和Al的元素分布。

图五950℃样品截面的EDS分析：(a) SEM图像、EDS线扫描；(b)~(f) 分别为Fe、Si、O、Mg和Al的元素分布；(g) EDS线扫描结果

图六1150℃样品表面的EDS分析：(a) SEM图像、EDS线扫描；(b) EDS线扫描结果

图七950℃样品表面的EDS分析。(a) STEM HA ADF图像；(b) - (f) 分别为Fe、Si、O、Mg和Al的元素分布；(g) EDS线扫描结果

图八950℃样品中不同氧化物与基体界面的透射电镜（TEM）(a) BF图像；(b) - (d) 分别为区域A、B和C的放大视图；(e) - (g) 分别为面板(b)、(c)和(d)的高分辨透射电镜(HRTEM)图像；(h) - (j) 分别为区域1、区域2和区域3的快速傅里叶变换(FFT)图像

图九1000℃样品表面的EDS分析：(a) STEM HA ADF图像；(b) - (f) 分别为Fe、Si、O、Mg和Al的元素分布；(g) EDS线扫描结果

【结论展望】

1. 确定硅酸镁薄膜初始形成温度在900 - 950℃。XPS光谱显示，850℃和900℃时样品表面主要由Fe、Si、O组成，无Mg离子；900 - 950℃时Mg²⁺出现，表明MgO与脱碳氧化层开始反应生成Mg₂SiO₄。

2. 900℃时无硅酸镁薄膜，950℃时样品外表面形成薄膜。随退火温度升高，SiO₂粒子球化且尺寸增大，薄膜厚度增加，1150℃时因热应力产生微裂纹。同时，不同温度下氧化层与基体的界面结构也发生变化，950℃时存在过渡区域，1100℃时过渡区域消失 。

3. 氧化层中Mg含量从表面向内部递减。950℃时，薄膜与基体间有未反应的区域；1100℃时，MgO与Fe₂SiO₄充分反应，次表层SiO₂与Mg反应，且1100℃样品氧化层底部铝、硅、氧富集，可能形成Al₂O₃·SiO₂ 。