【论文报道】恭喜王坦老师研究生孙秋雨在Intermetallics (IF=4.3)上发表论文！

供稿人：刘仲庆  

论文题目：Optimizing the glass forming ability and soft magnetic properties of FeNiB nanocrystalline alloys through carbon addition

论文作者：Qiuyu Sun(孙秋雨)^a, Kun Zhang^a, Suo Zhang^b, Chen Chen^a, Ran Wei^a, Yongfu Cai^a, Shaojie Wu^a, Fushan Li^a, Tan Wang^a*

Journal：Intermetallics

DOI: https://doi.org/10.1016/j.intermet.2025.108781

   【研究背景】

在软磁材料研究与应用领域，铁基纳米晶软磁合金因其优异的综合软磁性能而备受瞩目，成为新一代高性能软磁材料的代表。这类合金通常具备低矫顽力(H_c)和高磁导率(μ_e)等性能特点。低的H_c可以帮助降低磁性材料的磁滞损耗。高的μ_e有助于降低器件工作所需的外加磁场强度，同时提升电磁能量转换效率。这些优异的软磁性能可以很好的满足电流互感器的高精度要求，在高频电流取样器和巨磁阻抗传感器件等领域中有广阔应用前景。目前，随着制造业的不断发展，人们要求电子器件更加小型化、高效化。高的B_s能够帮助缩小铁芯体积，节省设备空间，降低磁滞损耗。但目前大规模工业化生产的铁基纳米晶合金通常存在B_s较低的问题，难以满足器件的小型化需求。虽然近年来开发出的Nanomet合金具有较高的B_s，但其非晶形成能力(GFA)较低，带材制备困难。此外，该合金软磁性能不稳定，极易受到退火工艺参数的影响，从而制约了其大规模的工业化生产与应用。因此如何在保持铁基纳米晶软磁合金高B_s的同时提高合金体系的GFA，已成为该领域目前的研究热点。                                                                                                【成果速览】

在本研究中，郑州大学材料科学与工程学院非晶高熵合金课题组的孙秋雨同学采用感应熔炼炉结合单辊熔体快淬技术成功制备了合金薄带。通过差示扫描量热仪（DSC）系统分析了薄带样品的热力学性能，并采用快速退火工艺对样品进行热处理。利用X射线衍射仪（XRD）和透射电子显微镜（TEM）分别对快淬态和热处理态薄带的微观结构进行了表征。此外，采用振动样品磁强计（VSM）精确测定了样品的饱和磁感应强度（B_s），同时借助阻抗分析仪和B-H分析仪分别测试了矫顽力（H_c）和磁导率（μ_e）等关键磁性能参数。

通过C替代Fe对Fe₈₅Ni₂B₁₃合金成分进行调控，成功开发出兼顾高GFA和高B_s的Fe_85-xNi₂B₁₃C_x (x = 0、1、2、3和4 at. %)合金体系。当碳含量超过2 at. %时，铜辊线速度为40 m/s下制备的淬态合金条带呈现出非晶态结构。碳的添加有效提高了合金的热稳定性。随着C含量从0增加到4 at. %，Fe_85-xNi₂B₁₃C_x合金的第一起始晶化温度(T_x1)从628 K增加到688 K，第二起始晶化温度(T_x2)从748 K增加到768 K，Fe₈₃Ni₂B₁₃C₂合金的退火窗口(ΔT)达到104 K。在753 K下快速退火6 s后，Fe₈₃Ni₂B₁₃C₂合金呈现出最优的综合软磁性能，B_s为1.87 T，H_c为8.2 A/m。

【结论展望】

(1) 采用单辊熔体快淬法成功制备了Fe_85-xNi₂B₁₃C_x (x = 0、1、2、3和4 at. %)合金带材。碳的添加显著提高了合金体系的非晶形成能力，当碳含量超过2 at. %时，铜辊线速度为40 m/s下制备的淬态合金条带呈现出完全非晶态结构。

(2) 碳的添加有效提高了合金的热稳定性。随着C含量从0增加到4 at. %， Fe_85-xNi₂B₁₃C_x合金的第一起始晶化温度(T_x1)从628 K增加到688 K，第二起始晶化温度(T_x2)从748 K增加到768 K，Fe₈₃Ni₂B₁₃C₂合金的退火窗口(ΔT)达到104 K。

(3) 在753 K下快速退火6 s后，Fe₈₃Ni₂B₁₃C₂合金呈现出最优的综合软磁性能，B_s为1.87 T，H_c为8.2 A/m