中科院宁波材料所《Journal of Non-Crystalline Solids》：Co微合金化与磁场退火协同调控铁基非晶合金软磁性能
发布时间：
2026-09-02
如何打破高磁感与高非晶形成能力的固有性能矛盾，实现软磁、工艺、力学性能的协同优化，是现阶段非晶软磁材料领域亟待攻克的核心技术难题。
近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所王军强、张岩团队，在铁基非晶合金软磁性能协同调控方面取得重要进展，相关成果以"Enhancing soft magnetic properties of Fe-based amorphous alloys via Co microalloying and magnetic field annealing"为题，发表于国际知名期刊《Journal of Non-Crystalline Solids》。
研究团队以Fe83Si3.6B8.8C3.4P1.2为基础组分，创新性地引入了Co微合金化与纵向磁场退火（FA）协同策略，突破了铁基非晶软磁合金中高Bs与高GFA的本征博弈限制，为面向新能源汽车高速驱动电机的高性能、低成本软磁材料开发奠定了重要基础。
▲《Journal of Non-Crystalline Solids》期刊论文截图
研究团队运用了多种测试方法完成了对材料性能的表征，借助XRD、DSC、TEM、VSM 等多种仪器完成结构与磁性能表征，利用致真精密仪器磁光克尔显微镜原位观测磁畴动态变化，利用力学仪器开展弯折试验评价材料韧性。
致真精密仪器-自旋测试多功能磁光克尔显微镜具备高灵敏度磁光成像能力，清晰地捕捉了非晶薄带退火前后畴壁形貌变化，揭示了磁场退火诱导单轴各向异性并驱动180°畴壁规则排列的微观机制。
▲致真精密仪器-自旋测试多功能磁光克尔显微镜
磁畴成像结果表明：常规退火样品的畴壁呈不规则、相互钉扎的迷宫状结构，畴壁运动受到强烈阻碍；而经过纵向磁场退火后，杂乱的迷宫畴被重构，转变为平行分布的180°规则条畴，有效消除了Co掺杂引入的局域磁钉扎效应，畴壁可实现连续、平稳、均匀的可逆运动，最终使合金获得优异的低矫顽力特性。
▲磁化下降支上零磁场下的磁畴结构（+7 mT 饱和磁化之后）：(a) Co0-NA、(b) Co0-FA、(c) Co3-NA、(d) Co3-FA 合金。退火及测试过程中施加的磁场方向平行于薄带轴向（水平方向）
▲ Co3 NA与Co3 FA合金在不同外加磁场下的MOKE动态磁畴图像。(a) Co3 NA，外加磁场H=−1.5 mT（磁化上升支）；(b) Co3 FA，外加磁场H=−1.5 mT（磁化上升支）；(c) Co3 NA，外加磁场H= −3 mT（磁化下降支）；(d) Co3 FA，外加磁场H=−3 mT（磁化下降支）。外加磁场方向平行于薄带轴向（水平方向）。
结合TEM微观结构表征与理论分析，团队进一步阐明了Co微合金化与磁场退火的协同改性机理：适量Co掺杂（≤ 3 at.%）可使材料在保留非晶体的前提下，通过形成Fe-Co原子对，增强铁磁交换耦合，提升居里温度与Bs；配合磁场退火工艺，可在非晶体系内精准引入感生单轴各向异性，诱导磁矩择优取向、促进规则条畴成型。当Co含量超过临界值（≥ 6 at.%）时，体系析出少量α-Fe(Co)纳米晶、矫顽力小幅上升，材料仍可维持优异的综合软磁性能。这一"成分调控+场致各向异性"的双重策略，成功实现了非晶态框架内软磁性能的精确优化，避免了纳米晶化退火导致的严重脆化问题。
此次在Journal of Non-Crystalline Solids期刊上发表重要成果，充分展现了中科院宁波材料所在非晶软磁材料领域的深厚积累与创新能力，致真精密仪器-自旋测试多功能磁光克尔显微镜的出色表现也再次证明国产高端精密表征设备已具备支撑国际前沿材料研究的能力，能够为磁畴微观动态演化的高精度观测提供可靠保障。
资料来源：论文《Enhancing soft magnetic properties of Fe-based amorphous alloys via Co microalloying and magnetic field annealing》（Journal of Non-Crystalline Solids, 690 (2026) 124289，DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2026.124289）
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